基于剪切和张拉试验的水泥砂浆-黏土岩二元体界面影响区模型

摘要：

黏土岩隧道常采用喷射水泥砂浆的方法进行初次支护,若支护与岩体黏结强度不足将产生巨大的安全隐患.以水泥砂浆-黏土岩二元体为研究对象,开展界面的剪切和张拉试验,首先分析黏土岩初始含水率对二元体黏结强度的影响,然后根据二元体的宏观破坏模式和细观的孔隙特征,提出一种确定界面影响区厚度的方法,最后建立界面影响区模型,进行偏压状态下界面脱黏的数值模拟.研究表明:(1)张拉和剪切破坏时,砂浆-黏土岩二元体的破坏面均位于浇注界面附近的黏土岩中,该区域的力学性能较差,为二元体的界面影响区.(2)二元体界面抗剪刚度Ks和残余摩擦因数k与法向应力无关,随含水率增加而减低.(3)二元体浇注过程中浆液向黏土岩渗入和水泥凝结过程中水分向砂浆侧的迁移会引起黏土矿物的胀缩,在影响区内产生大量的初始微裂隙,根据这一特殊的孔隙特征,基于计算机层析扫描(CT)和数字图像处理技术,可以对影响区厚度进行无损伤识别.(4)本文提出的界面黏结模型,考虑了界面在法向和切向的黏结效应及切向的摩擦效应,可以准确地模拟二元体张拉及剪切破坏时的应力-位移关系.(5)当界面处于偏压状态时,砂浆-黏土岩界面的脱黏荷载随荷载与界面法线夹角的增大而较小,因此偏压隧道的支护结构更易脱黏,施工时宜采取加强措施.

关键词：岩石力学、砂浆-黏土岩二元体、界面影响区、计算机层析扫描、黏结模型、含水率

所属期刊栏目：42

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：964-975