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题名基于分形特征的3D打印岩石结构面剪切特性研究
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作者
杜淼然
尹培杰
张越
晏长根
欧运起
付弘哲
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机构
长安大学
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出处
《工程地质学报》
北大核心
2025年第2期458-470,共13页
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基金
国家重点研发计划项目(资助号:2019YFC1520600)。
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文摘
在以往大多数研究中,由于结构面形貌的多样性及试样数量有限,导致所获取的分形维数范围较小,在剪切力学行为中结构面所体现的分形差异并不明显。本文以标准差(σ)和分形维数(D)作为结构面形貌控制参数,生成随机粗糙结构面,通过常法向荷载(CNL)剪切试验探究不同分形特征结构面的剪切力学行为。根据生成结构面的几何特征,结构面整体起伏度随着标准差的增大而增大,起伏变化频率随着分形维数增加而增大。借助3D打印技术制备两种标准差、5种分形维数共10种结构面试样,采用TAJW-2000岩石三轴剪切流变试验机开展剪切试验。结果表明,在恒定法向应力下,结构面抗剪强度随分形维数的增加而增大,而标准差越大,抗剪强度增大的幅度则越大;随着剪切速率增大,结构面抗剪强度降低;分析基于剪切速率定义的不同标准差结构面的抗剪强度比(η_(v))随分形维数增加的变化规律,发现速率变化对形貌复杂的结构面影响更为显著。残余强度随法向应力的增加而增大;当标准差较大时,剪切速率增加,残余强度有明显降低,尤其在高法向应力下,降低的幅度更为显著。基于各粗糙结构面的具有方向特征的一阶导数均方根Z_(2)′与抗剪强度的幂函数关系,提出在不同剪切速率条件下,考虑法向应力、Z_(2)′的结构面抗剪强度预测模型。
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关键词
岩石结构面
分形维数
3D打印
直剪试验
抗剪强度
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Keywords
Rock joint
Fractal dimension
3D printing
Direct shear test
Strength behavior
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分类号
TU452
[建筑科学—岩土工程]
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