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研究亮点
● INL直剪试验机的开发：为研究结构面在初始法向载荷（INL）条件下的剪切行为，开发了一种新的直剪试验机。该试验机基于YZ-5型改进，无需伺服控制系统，能够在低法向应力下进行剪切试验，填补了现有设备在此领域的空白。
● 不同填充状态下结构面的剪切行为：研究了在INL条件下未填充和填充结构面的剪切行为。结果表明，结构面的剪切强度和剪切变形特性受填充物类型和含量影响显著，特别是黏土含量对剪切强度有重要影响。
● 黏土含量对剪切强度的影响：探讨了不同黏土含量对填充结构面剪切强度的影响。结果显示，黏土含量增加会显著提高结构面的峰值剪切强度，同时减弱剪切滑动现象。
摘要：在非平面、粗糙、未锚固结构面上滑动的局部浅层岩块中，普遍存在结构面剪切现象，其特征是在初始法向载荷之外，由剪切膨胀引起的局部法向载荷/刚度的自由变化（INL）。
现有的适用于这种情况的岩石结构面直剪试验设备很少，对于这种INL边界条件下的结构面剪切行为的理解也很有限。在此，我们开发了一种用于测量剪切强度的INL结构面直剪试验机。该试验机基于YZ-5型改进，无需伺服控制系统，即可实现这些边界条件下的测试。研究了在INL边界条件下未填充和填充结构面的剪切行为。此外，明确了黏土含量对这些填充结构面剪切行为的可能影响。该试验机使得能够测试在非平面、粗糙、未锚固结构面上滑动的局部浅层岩块的剪切性能。
此项工作对研究INL边界条件下的结构面剪切行为作出了有限的贡献，同时也揭示了该研究的局限性。
结果解读：研究结果显示，在INL条件下，未填充结构面表现出双阶段的剪切变形：1. 阶段 I（闭合阶段）：表面初步闭合，剪切应力线性增加。2. 阶段 II（粗糙面滑动与磨损阶段）：沿粗糙面滑动，剪切应力增加幅度降低。填充结构面的行为受黏土含量影响显著：1. 阶段 I（闭合或滑动阶段）：由于填充物存在，结构面孔隙较小，初期滑动后闭合。2. 阶段 II（沿粗糙面和填充物滑动阶段）：填充物润滑结构面表面，削弱了粗糙度影响，剪切应力增加缓慢。较高的黏土含量提高了峰值剪切强度，但由于填充物的弱化作用，整体剪切强度下降。
图. 改进的直接剪切试验装置的照片。
图. 自动数据采集系统示意图。①表示水平应力传感器。②表示法向应力传感器。③表示水平位移传感器。④表示法向位移传感器。
要点问答
原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。
原文链接：https://doi.org/10.1144/qjegh2023-087
主要作者简介
第一作者：
南昌工程学院
Affiliation: National and Provincial Joint Engineering Laboratory for the Hydraulic Engineering Safety and Efficient Utilization of Water Resources of Poyang Lake Basin, Nanchang Institute of Technology, Nanchang, Jiangxi 330099, China
江西省水利科学院
Affiliation: Jiangxi Provincial Institute of Water Science, Nanchang, Jiangxi 330029, China
中国地质大学（武汉）
Affiliation: Badong National Observation and Research Station of Geohazards, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China
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