靳天偉， 戚承志， 班力壬， 王曉嬌， 王皓楠

(北京建筑大學(xué) 北京未來(lái)城市設(shè)計(jì)高精尖創(chuàng)新中心， 北京交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)國(guó)際合作基地， 北京 100044)

在巖石工程中，巖體通常被認(rèn)為是由節(jié)理面等軟弱結(jié)構(gòu)面以及巖塊整塊組成的。節(jié)理面是巖體中存在的裂隙、斷層、薄弱層等的統(tǒng)稱(chēng)。由于節(jié)理面的不均勻分布造成了巖體的不均勻性、不連續(xù)性以及各向異性，削弱了巖體整體的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。巖體的破壞往往沿節(jié)理面發(fā)生剪切破壞，因此探究節(jié)理面的剪切性質(zhì)對(duì)評(píng)估工程結(jié)構(gòu)安全[1-3]具有重要影響。

研究表明，節(jié)理面的剪切性質(zhì)主要受其形貌特征的影響[4]。針對(duì)天然節(jié)理面，BARTON[5-6]提出的節(jié)理粗糙度系數(shù)- 面壁強(qiáng)度(JRC-JCS)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ㄟ^(guò)JRC將節(jié)理面的形貌定量描述出來(lái)；隨后，為了確定JRC，眾多學(xué)者提出了統(tǒng)計(jì)參數(shù)描述法、直邊法、分形幾何描述法等方法[7-16]。但由于JRC是一個(gè)描述節(jié)理面形貌的綜合性指標(biāo)，受多個(gè)參數(shù)的綜合影響，且當(dāng)計(jì)算JRC時(shí)，若采用不同的采樣間距或者計(jì)算方法，會(huì)使同一節(jié)理面得到不同的JRC結(jié)果，因此節(jié)理面形貌與JRC無(wú)法一一對(duì)應(yīng)[17]，且JRC為綜合性指標(biāo)，無(wú)法反映出某一特定參數(shù)對(duì)節(jié)理面剪切性質(zhì)的影響，因此通過(guò)JRC描繪整個(gè)節(jié)理面的形貌特征進(jìn)而獲得其剪切強(qiáng)度稍顯不足。

規(guī)則鋸齒節(jié)理面具有明確可控的形貌參數(shù)，因此可以通過(guò)規(guī)則鋸齒節(jié)理面探究單個(gè)參數(shù)對(duì)節(jié)理面剪切性質(zhì)的影響。沈明榮等[18]研究了不同法向應(yīng)力和起伏角的規(guī)則鋸齒節(jié)理面的剪切強(qiáng)度特性以及擴(kuò)容特性，并提出了剪切強(qiáng)度與剪切位移經(jīng)驗(yàn)公式。周輝等[19]通過(guò)直剪試驗(yàn)研究了不同起伏高度、剪切速率和法向壓力的不規(guī)則鋸齒節(jié)理面強(qiáng)度特征和破壞機(jī)制。朱小明等[20]研究了含二階起伏體的巖體節(jié)理剪切力學(xué)特性?？梢?jiàn)，當(dāng)探究單個(gè)參數(shù)對(duì)節(jié)理面剪切性質(zhì)的影響時(shí)，規(guī)則鋸齒節(jié)理面比天然節(jié)理面更加簡(jiǎn)便。

無(wú)論是天然節(jié)理面還是規(guī)則鋸齒節(jié)理面，在探究其剪切性質(zhì)時(shí)，都會(huì)默認(rèn)節(jié)理面完全耦合，但是自然界中完全耦合的節(jié)理面非常少見(jiàn)。戚承志等[21-22]通過(guò)理論分析了巖石類(lèi)材料關(guān)于其構(gòu)造層次空間的力學(xué)性質(zhì)，可見(jiàn)巖石類(lèi)材料的力學(xué)性質(zhì)受其空間分布的影響。節(jié)理面在剪切過(guò)程中，隨著爬坡的產(chǎn)生，節(jié)理面之間的接觸位置以及接觸面積會(huì)發(fā)生變化，上下盤(pán)之間會(huì)產(chǎn)生一定空間的“空腔”，“空腔”對(duì)應(yīng)的節(jié)理面部分不存在任何接觸位置。此時(shí)，節(jié)理面上只有接觸部分參與剪切，接觸部分決定了節(jié)理面的剪切性質(zhì)，進(jìn)而節(jié)理面的剪切性質(zhì)受“空腔”位置的影響。

可以設(shè)計(jì)含有一定平直部分的規(guī)則鋸齒節(jié)理面探究“空腔”位置對(duì)節(jié)理面剪切性質(zhì)的影響。隨著爬坡的發(fā)生，平直部分逐漸脫離形成“空腔”，平直部分位置不同，則形成的 “空腔”位置不同，進(jìn)而接觸位置不同。通過(guò)控制節(jié)理面上鋸齒的幾何尺寸與個(gè)數(shù)一致保證節(jié)理面具有相同的粗糙度。

為了探究規(guī)則鋸齒節(jié)理面的剪切力學(xué)特性，制作了具有相同粗糙度但接觸位置不同的規(guī)則鋸齒節(jié)理面，進(jìn)行不同豎向應(yīng)力、不同起伏角條件下節(jié)理面直剪試驗(yàn)，分析節(jié)理面的剪切強(qiáng)度、變形等力學(xué)特性。

1 試樣制備與試驗(yàn)方案

1.1 巖體節(jié)理面模型設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)制作了整體尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的紅砂巖試樣，將平直部分集中分布于節(jié)理面中部或?qū)ΨQ(chēng)分布于節(jié)理面兩側(cè)，當(dāng)節(jié)理面平直部分均布在兩側(cè)時(shí)，形成的“空腔”外側(cè)不存在接觸面積；當(dāng)集中在中部時(shí)，“空腔”外側(cè)存在接觸面積，保證了試樣接觸面積相同而接觸位置分布不同。節(jié)理面鋸齒分布形式如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

使用中科院武漢巖土所CNL&CNS巖體節(jié)理面剪切試驗(yàn)儀(RJST- 616)進(jìn)行規(guī)則鋸齒節(jié)理面的直剪試驗(yàn)，如圖2所示，采樣頻率為10 Hz。配套裝置包括軸向和切向加載系統(tǒng)、伺服控制軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)等?？刹捎梦灰萍虞d、荷載加載模式控制雙向加載，設(shè)置常法向荷載和常法向剛度2種邊界條件。試驗(yàn)全過(guò)程在伺服軟件系統(tǒng)控制下進(jìn)行，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄力學(xué)特征參數(shù)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)曲線。

圖1 不同接觸位置的紅砂巖規(guī)則鋸齒節(jié)理面Fig.1 Red sandstone regular dentate joints with different contact positions

圖2 CNL&CNS巖體節(jié)理面剪切試驗(yàn)儀(RJST- 616)Fig.2 CNL&CNS rock joint shear test apparatus(RJST- 616)

1.3 試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)通過(guò)直剪試驗(yàn)探究規(guī)則鋸齒節(jié)理面的剪切特性。將邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到等效二維模型如圖3所示。

圖3 等效二維剪切模型Fig.3 Equivalent 2D shear model

1.4 試驗(yàn)方案

取不同粗糙度(起伏角i分別為30°、40°、50°、60°)、不同豎向應(yīng)力σ(2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa)條件下的規(guī)則鋸齒節(jié)理面為研究對(duì)象，進(jìn)行常規(guī)直剪試驗(yàn)。采用切向位移加載方式，剪切加載速率為0.02 mm/s。剪切過(guò)程中上剪切盒只有豎直方向位移，下剪切盒只有剪切方向位移。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同接觸位置的規(guī)則鋸齒節(jié)理面在不同起伏角i和豎向應(yīng)力σ條件下的剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線。其中，同一粗糙度(起伏角i=30°)在不同豎向應(yīng)力σ(2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa)條件下的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示；不同粗糙度(起伏角i分別為40°、50°、60°)的節(jié)理面在同一豎向應(yīng)力σ(2 MPa、8 MPa)條件下的試驗(yàn)結(jié)果如圖5～圖6所示。

圖4 不同豎向應(yīng)力條件下的不同接觸位置節(jié)理面剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線(i=30°)Fig.4 Shear stress vs shear deformation curves with different contact positions under different vertical stress conditions(i=30°)

圖5 不同起伏角條件下的不同接觸位置節(jié)理面剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線(σ=2 MPa)Fig.5 Shear stress vs shear deformation curves with different contact positions under different undulation angle conditions(σ=2 MPa)

圖6 不同起伏角條件下的不同接觸位置節(jié)理面剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線(σ=8 MPa)Fig.6 Shear stress vs shear deformation curves with different contact positions under different undulation angle conditions(σ=8 MPa)

2.1 節(jié)理面剪切位移特征

分析圖4～圖6可知，節(jié)理面的剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線規(guī)律基本一致，大致可劃分為4個(gè)階段：

2.1.1 峰前線彈性階段

在位移加載初期，剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線近似線彈性，此階段節(jié)理面的曲線斜率(剪切剛度)恒定。由圖4～圖6可見(jiàn)，在起伏角i和豎向應(yīng)力σ一定的條件下，2種不同接觸位置的節(jié)理面，曲線斜率幾乎相同，說(shuō)明此階段的剪切剛度與接觸位置無(wú)關(guān)。因?yàn)榇藭r(shí)節(jié)理面上幾乎沒(méi)有微裂紋產(chǎn)生，剪切位移都是由爬坡效應(yīng)產(chǎn)生，隨著爬坡的發(fā)生，上下盤(pán)平直部分會(huì)逐漸脫離，從而上下盤(pán)之間只有鋸齒斜面接觸，剪切應(yīng)力主要體現(xiàn)在沿鋸齒迎坡面的摩擦作用，由于動(dòng)摩擦恒定，2種不同接觸位置的節(jié)理面上剪切應(yīng)力恒定，所以此時(shí)的剪切剛度恒定，與接觸位置無(wú)關(guān)。

2.1.2 峰前非線性階段

此階段為第一階段的末端至峰值剪切強(qiáng)度點(diǎn)之間，曲線斜率開(kāi)始發(fā)生變化，表現(xiàn)出一定的非線性變化甚至輕微波動(dòng)。剛開(kāi)始時(shí)仍發(fā)生爬坡，隨著爬坡的發(fā)展，節(jié)理面上鋸齒內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)微裂紋并呈現(xiàn)一定數(shù)量的增長(zhǎng)，使節(jié)理面的剪切剛度減小，從而使曲線斜率逐漸減小。在產(chǎn)生微裂紋的過(guò)程中，由于紅砂巖材料的非均質(zhì)性，會(huì)導(dǎo)致剪切應(yīng)力出現(xiàn)輕微抖動(dòng)。隨著微裂紋的發(fā)展、貫通，節(jié)理面上的鋸齒出現(xiàn)宏觀裂縫，此時(shí)爬坡和啃斷同時(shí)存在，鋸齒宏觀破壞出現(xiàn)之后，快速貫穿整個(gè)鋸齒，節(jié)理面發(fā)生破壞，由于此階段持續(xù)時(shí)間較短，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的剪切位移較小。

觀察圖4～圖6發(fā)現(xiàn)，此階段2種不同接觸位置節(jié)理面的曲線斜率減小的程度不同，這是由于在直剪過(guò)程中，節(jié)理面上距離施力端較近的鋸齒承受較大的剪切應(yīng)力，并沿著剪切方向逐漸減小[23-24]，由于2種節(jié)理面的接觸位置不同，整個(gè)節(jié)理面上的剪切應(yīng)力分布不同，受力不同的鋸齒上微裂紋發(fā)展的程度不同。不考慮鋸齒與鋸齒之間的差異性，承受剪切應(yīng)力較大的鋸齒微裂紋發(fā)展較快，較早出現(xiàn)宏觀裂紋，導(dǎo)致節(jié)理面的剪切剛度出現(xiàn)不同的變化，反映在曲線上為斜率變化的程度不同。

2.1.3 峰后軟化階段

當(dāng)節(jié)理面發(fā)生破壞后，節(jié)理面的峰后剪切應(yīng)力出現(xiàn)較大的應(yīng)力跌落，呈現(xiàn)出較為明顯的脆性破壞。在應(yīng)力跌落過(guò)程中，可能出現(xiàn)一些不同程度的起伏，起伏程度與節(jié)理面起伏角以及豎向應(yīng)力有關(guān)。將大的波動(dòng)定義為雙峰現(xiàn)象，由圖4～圖6可知，當(dāng)起伏角較大或者豎向應(yīng)力較大時(shí)，雙峰現(xiàn)象更為明顯。當(dāng)起伏角和豎向應(yīng)力較小時(shí)，鋸齒發(fā)生破壞時(shí)脆性程度較低，節(jié)理面主要以磨損為主，因此當(dāng)進(jìn)入峰后軟化階段，節(jié)理面的殘余粗糙度減小，雙峰現(xiàn)象不明顯；當(dāng)起伏角或豎向應(yīng)力較大時(shí)，節(jié)理面發(fā)生破壞會(huì)體現(xiàn)出較大的脆性，此時(shí)的殘余節(jié)理面較為粗糙，隨著剪切位移的進(jìn)一步增大，剪切應(yīng)力到達(dá)第二個(gè)峰值，當(dāng)殘余節(jié)理面到達(dá)其峰值剪切強(qiáng)度之后，會(huì)再次出現(xiàn)一定的應(yīng)力跌落，然后進(jìn)入下一階段。由于紅砂巖的非均質(zhì)性，在此階段內(nèi)仍會(huì)出現(xiàn)小型的脆斷，伴隨較小的“噼啪”聲，反映在曲線上為不規(guī)則抖動(dòng)。

2.1.4 峰后殘余階段

當(dāng)節(jié)理面發(fā)生破壞且殘余節(jié)理面的剪切強(qiáng)度也充分發(fā)揮之后，節(jié)理面上的剪切應(yīng)力趨于穩(wěn)定，此過(guò)程主要為上下盤(pán)之間的摩擦效應(yīng)。

2.2 不同接觸位置節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度特征

圖7為起伏角i為30°時(shí)，不同接觸位置節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度隨豎向應(yīng)力σ的變化情況。30°的節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度隨豎向應(yīng)力的變化規(guī)律性較好。隨著豎向應(yīng)力的增加，2種不同接觸位置節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度均近似線性增大，對(duì)其分別進(jìn)行線性擬合，擬合直線決定系數(shù)R2=0.97，符合線性的莫爾- 庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，擬合直線中的截距和斜率分別對(duì)應(yīng)黏聚力和內(nèi)摩擦角。

在起伏角i為30°豎向應(yīng)力相同的情況下，平直部分集中分布于中部的節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度低于平直部分均布在兩側(cè)的節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度。這是因?yàn)楫?dāng)節(jié)理面的起伏角i為30°時(shí)，在選取的豎向應(yīng)力范圍內(nèi)，試驗(yàn)開(kāi)始后由于爬坡效應(yīng)，節(jié)理面出現(xiàn)剪脹，上下盤(pán)平直部分會(huì)逐漸脫離，上下盤(pán)之間只以鋸齒的迎坡面為媒介進(jìn)行接觸。當(dāng)平直部分分布在兩側(cè)時(shí)，相鄰鋸齒之間的距離(齒距)一致，在剪切應(yīng)力沿著剪切方向遞減過(guò)程中，平直部分不參與應(yīng)力傳遞，此時(shí)相鄰鋸齒之間的剪切應(yīng)力差較小，剪切應(yīng)力分布近似均布，發(fā)生破壞時(shí)，所有鋸齒基本都達(dá)到單齒強(qiáng)度，整個(gè)節(jié)理面的剪切性能發(fā)揮較為充分。當(dāng)平直部分集中分布在中部時(shí)，平直部分兩側(cè)的鋸齒由于距離較大，剪切應(yīng)力差較大，節(jié)理面上剪切應(yīng)力分布不均勻，發(fā)生破壞時(shí)，只有近力端鋸齒達(dá)到單齒強(qiáng)度，較遠(yuǎn)端的鋸齒承擔(dān)的剪切應(yīng)力較小，整個(gè)節(jié)理面承擔(dān)的剪切應(yīng)力總體較小。

當(dāng)近力端鋸齒發(fā)生破壞，應(yīng)力向較近的鋸齒傳遞，較近的鋸齒在很短的時(shí)間內(nèi)也發(fā)生破壞，由于時(shí)間較短，宏觀上表現(xiàn)為所有鋸齒幾乎同時(shí)破壞，同時(shí)伴隨一聲較大的 “砰”，節(jié)理面發(fā)生破壞。觀察圖4～圖6，2種不同接觸位置的節(jié)理面基本都符合此規(guī)律。由圖6(c)可知，曲線有3個(gè)峰值，這是由于紅砂巖的非均質(zhì)性，導(dǎo)致部分鋸齒強(qiáng)度較低而較早發(fā)生破壞，此時(shí)節(jié)理面的剪切強(qiáng)度并沒(méi)有充分發(fā)揮，但是由于僅此一組誤差樣組，因此可忽略此組試驗(yàn)對(duì)規(guī)律的影響。

圖7 不同接觸位置節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度- 豎向應(yīng)力曲線(i=30°)Fig.7 Peak shear strength and normal stress curves with different contact positions(i=30°)

2.3 不同粗糙度節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度特征

圖8～圖9分別為2種豎向應(yīng)力σ(2 MPa、8 MPa)，不同接觸位置節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度隨起伏角i的變化規(guī)律。對(duì)于豎向應(yīng)力σ和接觸位置都相同的節(jié)理面，在低豎向應(yīng)力下，隨著起伏角i的增大，節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度先增大后減?。辉诟哓Q向應(yīng)力下，隨著起伏角i的增大，節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度減小。這是由于鋸齒發(fā)生破壞時(shí)的破壞模式發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致峰值剪切強(qiáng)度發(fā)生變化。

圖8 不同接觸位置節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度- 起伏角散點(diǎn)圖(σ=2 MPa)Fig.8 Scatter plots of peak shear strength and undulation angle curves with different contact positions (σ=2 MPa)

圖9 不同接觸位置節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度- 起伏角散點(diǎn)圖(σ=8 MPa)Fig.9 Scatter plots of peak shear strength and undulation angle curves with different contact positions(σ=8 MPa)

2.4 節(jié)理面殘余剪切強(qiáng)度特征

當(dāng)節(jié)理面進(jìn)入峰后殘余階段，此時(shí)的節(jié)理面仍具有一定的剪切強(qiáng)度，稱(chēng)為殘余剪切強(qiáng)度。將同一粗糙度(起伏角i=30°)在不同豎向應(yīng)力σ(2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa)條件下的2種不同接觸位置節(jié)理面和相同豎向應(yīng)力σ(2 MPa、8 MPa)在不同粗糙度(起伏角i分別為30°、40°、50°、60°)條件下的2種不同接觸位置節(jié)理面的殘余剪切強(qiáng)度分別匯總到表1～表3中。

表1 不同接觸位置節(jié)理面殘余剪切強(qiáng)度(i=30°)

表2 不同接觸位置節(jié)理面殘余剪切強(qiáng)度(σ=2 MPa)

表3 不同接觸位置節(jié)理面殘余剪切強(qiáng)度(σ=8 MPa)

由表1可知，在相同豎向應(yīng)力σ與起伏角i條件下，不同接觸位置節(jié)理面的殘余剪切強(qiáng)度相同。這是由于殘余剪切強(qiáng)度主要由破壞后節(jié)理面之間的摩擦造成。對(duì)于同種接觸位置節(jié)理面，隨著豎向應(yīng)力σ的增大，其殘余剪切強(qiáng)度增大，符合摩擦作用的規(guī)律。

由表2～表3可知，在同一豎向應(yīng)力σ條件下，殘余剪切強(qiáng)度也不隨接觸位置的變化而變化且不隨起伏角i的變化而變化。節(jié)理面進(jìn)入殘余階段后，由于上下盤(pán)之間的摩擦，節(jié)理面上承受剪切應(yīng)力的微凸體逐漸磨平，此時(shí)的節(jié)理面近似為平直節(jié)理面，因此殘余剪切強(qiáng)度與原始粗糙度以及接觸位置無(wú)關(guān)。

2.5 節(jié)理面破壞模式特征

在相同豎向應(yīng)力條件下，相同接觸位置的節(jié)理面峰值剪切強(qiáng)度隨著起伏角的增大先增大后減小，這與其破壞模式有關(guān)，結(jié)合拉應(yīng)力和切應(yīng)力破壞準(zhǔn)則，可以分析出在不同的幾何條件和應(yīng)力條件下，鋸齒可能受拉破壞或者剪切破壞。

2.5.1 發(fā)生爬坡啃斷破壞時(shí)

單齒節(jié)理峰值剪切強(qiáng)度為：

(1)

式中：τp為單齒節(jié)理峰值剪切強(qiáng)度，μ鋸齒接觸面的動(dòng)摩擦系數(shù)。

2.5.2 發(fā)生啃斷破壞時(shí)

1)當(dāng)發(fā)生受拉啃斷破壞時(shí)，單齒節(jié)理峰值剪切強(qiáng)度為：

(2)

式中：ft為鋸齒材料的抗拉強(qiáng)度。

2)當(dāng)發(fā)生剪切啃斷破壞時(shí)，單齒節(jié)理峰值剪切強(qiáng)度為：

τp=τf

(3)

式中：τf為鋸齒材料的峰值剪切強(qiáng)度。

當(dāng)采用適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)以及應(yīng)力參數(shù)時(shí)，通過(guò)分析可得在相同豎向應(yīng)力σ(4 MPa、8 MPa、12 MPa、16 MPa、20 MPa)條件下，峰值剪切強(qiáng)度關(guān)于起伏角的變化曲線，如圖10所示。

圖10 不同起伏角下的剪切模式與峰值剪切強(qiáng)度曲線Fig.10 Shear modes and peak shear strength curvesunder different undulation angles

通過(guò)理論分析可以看出本文的試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算具有一定的合理性與適用性。

3 結(jié)論

相同粗糙度的節(jié)理面，當(dāng)接觸位置不同時(shí)，節(jié)理面可能具有不同的剪切力學(xué)性質(zhì)，因此制作了具有相同粗糙度但接觸位置不同的規(guī)則鋸齒節(jié)理面，進(jìn)行了節(jié)理面直剪試驗(yàn)，分析了節(jié)理面的剪切強(qiáng)度、變形等力學(xué)特性。得出以下結(jié)論：

1)節(jié)理面的剪切應(yīng)力- 剪切位移曲線可分為4個(gè)階段：峰前線彈性階段、峰前非線性階段、峰后軟化階段、峰后殘余階段。

2)在相同起伏角和豎向應(yīng)力條件下，不同接觸位置節(jié)理面上的鋸齒由于剪切應(yīng)力分布不同，導(dǎo)致節(jié)理面在不同的階段剪切剛度、剪切強(qiáng)度具有不同的變化。

3)當(dāng)節(jié)理面平直部分均布在兩側(cè)時(shí)，“空腔”在剪切應(yīng)力的傳遞范圍之外，“空腔”不參與應(yīng)力傳遞；當(dāng)集中在中部時(shí)，“空腔”參與應(yīng)力傳遞，影響其剪切強(qiáng)度。

4)峰值剪切強(qiáng)度隨豎向應(yīng)力的增大而增大；隨著起伏角的增大，峰值剪切強(qiáng)度先增大后減小，與鋸齒的破壞模式有關(guān)。當(dāng)起伏角增大時(shí)，節(jié)理面逐漸由剪切破壞過(guò)渡到受拉破壞。當(dāng)發(fā)生爬坡啃斷破壞時(shí)，節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度隨著起伏角的增大而增大。當(dāng)發(fā)生啃斷破壞時(shí)，若節(jié)理面的峰值剪切強(qiáng)度隨著起伏角的增大而減小，則節(jié)理面發(fā)生受拉破壞；若節(jié)理面的剪切強(qiáng)度不隨起伏角的變化而變化，則節(jié)理面發(fā)生剪切破壞。

5)節(jié)理面的殘余剪切強(qiáng)度只受豎向應(yīng)力的影響，符合摩擦作用的規(guī)律，與初始形貌無(wú)關(guān)。