岩质地层牛腿抗浮结构剪切力学特性及破坏特征研究

为探究岩质地层新型抗浮结构——牛腿抗浮结构的工作特性，基于其实际边界条件，设计剪切试验装置，开展室内剪切试验，分析其剪切力学特性，借助数值散斑系统与声发射系统，探究其变形演化过程、剪切破坏模式与损伤演化规律。研究表明:(1)根据剪切强度与变形特征，可将结构剪切过程划分为①初始压密段、②近似线弹性变形段、③初始微裂纹萌生与扩展段、④缓慢压剪非线性变形段、⑤应力脆性跌落段、⑥塑性流动变形段这 6个阶段。(2)随牛腿角度减小，峰值剪切应力τp和峰值剪切位移up呈先增大后减小的“抛物线”趋势，随牛腿高度增大，峰值剪切应力τp和峰值剪切位移up近似呈“反比例函数”趋势增大。(3)破坏由某一裂缝易发区开始，多易发区相继破坏，最终贯通，呈现以左侧压剪、右侧拉剪、交界面脱黏滑移为主，局部细小裂缝的剪切破坏模式。(4)随牛腿角度增大，破坏模式从沿交界面脱黏向沿材料内部贯通破坏转变，随牛腿高度增大，破坏模式从右上角快速拉坏向沿交界面脱黏、牛腿处向上下侧反向起裂转变。(5)随牛腿角度减小，声发射阶段I时长几乎相同，阶段Ⅱ时长先增大后减小，声发射活性先增大后减小;随牛腿高度增大，声发射阶段I时长几乎相同，阶段Ⅱ时长逐渐增大，声发射活性逐渐增大。研究结论有助于从极限状态角度指导牛腿抗浮结构设计。