巴东组是三峡库区典型的易滑地层，且巴东组第二段与第三段的分界面(粉砂质泥岩与泥灰岩的接触面)是易于发生滑动破坏的典型异性结构面。本节以粉砂质泥岩层面(同性结构面)、泥灰岩层面(同性结构面)及粉砂质泥岩与泥灰岩的接触面(异性结构面)作为研究对象，开展结构面剪切特性研究。
3.2.1.1 模型的建立
建立的二维平直状结构面数值模型由上、下两半部分组成，尺寸均为0.10m×0.02m。参照Fu(2005)的PFC直剪试验模型，在二维平直状模型中，以程序中定义的墙(wall)来替代剪切盒，建立8个墙，分别为1#，2#，…，8#墙，如图3-1所示。在墙内再生成不同属性的颗粒，在定义球颗粒的过程中需要充分考虑球体半径空隙扩大(Itasca，2008)，如图3-2所示。
图3-1 模型加载示意图
图3-2 模型球体生成和平行链接
3.2.1.2 模型边界条件
墙及颗粒生成后，先施加1MPa的恒定法向应力，再对模型施加剪切荷载。其中剪切过程可以通过改变墙体的速度来控制，最后监测数值结果。具体的实现过程为:
(1)使用PFC中的Fish语言编写伺服应力以保证恒定的1MPa应力均匀分布在7#墙。
(2)在剪切过程中，保持2#、3#、4#墙的水平速度为0，即使2#、3#、4#墙固定，7#、8#、9#墙保持同样的水平剪切速度。由于在剪切过程中保持拟静力加载状态，模拟试验设定7#、8#、9#墙的水平剪切速度v=0.1m/s。
(3)最后开始监测一系列模拟试验结果。PFC中通过监测与6#和8#墙作用的所有球颗粒的力用以计算剪切应力。
3.2.1.3 细观参数的确定
本课题组曾开展巴东组赵树岭滑坡稳定性的相关研究，选用该研究中试验所得粉砂质泥岩与泥灰岩的宏观物理力学参数，如表3-1所示。
表3-1 巴东组粉砂质泥岩与泥灰岩的宏观物理力学参数
PFC模拟中采用的微观参数很难直接通过真实试验获取。一般情况下认为，若在数值模拟试验时岩石表现出的力学行为与真实物理试验时表现的力学行为相近，则所使用的PFC中的微观参数是合理的，可以在数值模拟中使用。基于表3-1中巴东组粉砂质泥岩和泥灰岩的物理力学参数，进行数值模拟参数反演，通过不断调整颗粒微观参数，使得数值模拟结果与试验结果逐渐接近，最终确定粉砂质泥岩和泥灰岩的微观参数，如表3-2所示。
表3-2 巴东组粉砂质泥岩与泥灰岩的微观参数
图3-3给出了粉砂质泥岩和泥灰岩单轴抗压试验与数值模拟的轴向应力-应变曲线，表3-3为试验和数值模拟粉砂质泥岩和泥灰岩的主要力学参数对比。从表3-3可看出，试验与数值模拟得到的抗压强度和弹性模量较为接近，相对误差均小于1.5%。数值试验结果基本上反映了粉砂质泥岩和泥灰岩的力学特性。其中粉砂质泥岩和泥灰岩的粒径分别为(2.5～4.15)×10－4m和(3.5～5)×10－4m，颗粒黏结均采用平行黏结。
图3-3 粉砂质泥岩与泥灰岩单轴抗压试验与数值模拟结果
表3-3 粉砂质泥岩与泥灰岩试验和数值模拟主要力学参数
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
