对具有粗糙裂缝的灌浆岩石构件复合力学行为的数值研究

《Scientific Reports》：Numerical investigation of the composite mechanical behavior of grouted rock members with rough fractures

　　

摘要

在灌浆实践中，天然粗糙裂缝中的灌浆不完整现象较为常见，这会改变岩体的力学性能。本研究通过数值模拟方法研究了不同裂缝粗糙度系数（JRC）下浆液的扩散行为。测试了具有不同粗糙度和填充程度的岩体模型在单轴压缩和恒定正交刚度（CNS）直剪作用下的性能。结果表明，单轴抗压强度受填充程度的影响较小，而受粗糙度的影响较大。较高的粗糙度会加剧应力集中，加速灌浆材料的破坏，并降低应力传递能力，从而降低抗压强度。灌浆不完整仅在灌浆前沿后方引起局部应力，对承载能力的影响较小。在CNS直剪条件下，峰值抗剪强度随填充程度和粗糙度的增加而提高，其中填充程度的影响更为显著。残余抗剪强度主要受粗糙度控制，在高粗糙度情况下，由于岩体表面的凸起相互咬合以及灌浆材料的膨胀作用，残余抗剪强度可能超过峰值强度。这些发现突显了裂缝粗糙度在部分灌浆岩体中的关键作用，并有助于在实际灌浆条件下的强度评估。