结构面力学特性研究

裂隙岩体中的结构面对岩体的变形破坏起着关键性的控制作用。国内外学者对于岩体结构面剪切力学特性的研究从未间断过，而这些研究主要集中于两侧壁岩岩性相同的同性结构面。国外Barton(1973)、Patton(1973)、Ladanyi＆Archambault(1977)、Desai等(1984)、Goodman(1989)、Saeb(1990)、Desai＆Ma(1992)、Haberfield＆Johnston(1994)、Maksimovic (1996)、Indraratna＆Haque(2000)、Grasselli＆Egger(2003)、Vallier(2010)先后开展了结构面剪切性质研究，并提出了相应的抗剪强度准则。国内潘别桐(1989)讨论了各种荷载条件下结构面的变形特性、变形曲线分析表达式、变形参数及其在岩体稳定和渗流分析中的应用;王建峰和李智毅等(1993)对7组具不同岩性、不同粗糙度及起伏度的红层样品进行了试验，探讨了在试验过程中所揭示的强度周期性变化现象;杜守继等(2006)基于不规则人工岩石节理剪切试验，分析了岩石节理剪切变形特性及与变形历史的依存关系;杜时贵等(2010)基于相似材料模型试验法对岩体结构面抗剪强度机制开展了研究。结果表明，利用模拟结构面代替原岩结构面进行直剪试验，模拟结构面表面的磨损程度、粗糙度系数衰减规律及破坏形式均与原岩结构面相似，且模拟结构面抗剪强度直剪试验结果与理论计算值相差不大;朱小明、李海波等(2011)利用高强石膏材料浇筑含不同一阶和二阶起伏度的岩体节理模拟试件，通过开展不同一阶和二阶起伏度及不同法向应力条件下的剪切试验，对其剪切强度特性进行了研究;曹平、范祥等(2011)采用试验方法研究了岩石节理抗剪强度与表面形貌之间的关系;史玲和蔡美峰(2012)通过建立楔形物理模型，研究了岩石节理在固定法向压力条件下的剪切特性;张清照等(2012)基于规则锯齿形结构面剪切试验，对规则锯齿形结构面的力学特性进行了基础性研究，提出了结构面剪切刚度计算模型以及结构面爬坡角与粗糙度系数之间的经验关系。

另外，一些学者相继开展了结构面本构模型的研究。国外Goodman(1968)考虑结构面切向和法向应力的耦合作用，基于线弹性理论提出了岩体结构面的Goodman单元;Desai (1984)在Goodman单元模型基础上提出了循环荷载作用下的接触面非线性模型;Clough (1971)根据直剪试验结果，采用类似Ducan-Chang模型方法提出了剪应力与剪切变形的双曲线模型。随后Haberfield＆Johnston(1994)、Grasselli＆Egger(2003)、Goh等(2011)先后开展了结构面剪切性质研究，提出了不同类型的结构面本构模型。国内殷有泉和张宏(1981)在塑性力学的理论框架内建立了节理的本构关系;Fan＆Yin(1988)进一步引入水和温度对节理性质的影响;殷有泉(1994)在弹塑性损伤的理论框架内，讨论了节理等地质间断面的本构模型，该模型能够反映节理面的损伤弱化、扩容和弹性刚度劣化等复杂特性;赵坚(1998)考虑节理表面粗糙度和吻合度的影响，提出了岩石节理剪切强度的JRCJMC模型;许宏发和金丰年(2000)提出了一种岩体节理剪切变形的幂函数模型，并对模型中参数的影响因素进行了分析;唐志成和夏才初等(2011)提出节理的硬化-软化全剪切本构模型，采用单个函数反映节理剪切位移曲线的变化特征，同时采用分段函数考虑剪胀特征，对节理的剪胀现象进行了分析;徐磊和任青文(2011)针对在经典连续介质力学理论框架内建立岩体结构面本构模型的缺点，基于岩体结构面的实际受力变形特性，采用直接法建立了一种新型岩体结构面本构模型。