锯齿状岩体结构面剪切特性研究：PFC2D模拟

"黄达，黄润秋，雷鹏．贯通型锯齿状岩体结构面剪切变形及强度特征［J］．煤炭学报，2014，39(7):1229－1237．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2013．1406" 文章探讨了在岩体工程中常见的贯通型锯齿状结构面对剪切变形和强度特性的影响。通过使用二维颗粒流(PFC2D)模拟技术，作者分析了起伏角和法向应力两个关键参数对结构面剪切行为的决定性作用。研究发现，剪切变形主要表现为三种模式：爬坡、爬坡啃断和啃断。这些模式的变化随着起伏角和法向应力的增加呈现出近似对称的矩阵分布特征。 在爬坡模式下，结构面两侧出现少量擦痕和羽状微裂纹，但锯齿本身的破坏程度较小，剪应力-剪切位移曲线在峰值后表现为波动型的塑性流动。而在爬坡啃断模式中，锯齿的中上部分被剪断，伴随着结构面两侧的摩擦导致的羽状裂纹，剪应力-剪切位移曲线显示出更明显的非线性和波动特征。最后，在啃断模式下，锯齿沿着根部整体断裂，结构面两侧的摩擦滑动损伤不明显，剪应力在峰值后发生脆性跃落。 随着起伏角和法向应力的增大，剪切破坏过程中产生的微裂纹数量、吸收和耗散的能量均逐渐增多。结果表明，锯齿状结构面的剪切强度与法向应力和起伏角呈近似线性关系。基于这些发现，研究人员建立了一个考虑了锯齿状结构面爬坡和啃断效应的剪切强度经验公式，并通过边坡稳定性计算实例验证了该公式的适用性。 这项研究对于理解和预测含有锯齿状结构面的岩体在剪切荷载下的行为具有重要意义，可以为地质灾害评估、边坡稳定分析以及地下工程设计提供理论依据。此外，它也为岩体力学领域的研究提供了新的视角，强调了结构面微观几何特征对宏观力学性能的重要性。