本研究以含天然与预制结构面的花岗岩（图1）为对象，通过真三轴循环加卸载试验，系统探究了结构面倾角对硬岩强度、变形及破坏模式的影响，并建立了适用于含天然硬性结构面花岗岩的剪胀角模型（式1）。主要结论如下：

（1）两类花岗岩的峰值强度随结构面倾角呈“U型”分布，天然结构面试样的强度始终高于预制试样（图2、图3）。

（2）随着结构面倾角从0°增至90°，破坏模式由“结构面不影响”渐变为“沿结构面剪切破坏”，最终发展为“沿结构面张拉破坏”；其中40°–70°倾角最易诱发剪切破坏。

（3）天然结构面试样的裂纹损伤应力随塑性体积应变增加而下降，二者均与峰值强度正相关；倾角40°–70°时塑性体积应变较小且发展缓慢（图4）。

（4）建立的剪胀角模型综合考虑了塑性体积应变与结构面倾角的影响，预测结果与试验数据吻合良好（图5），为含天然硬性结构面岩体的剪胀特性评估提供了可靠工具。

图1 天然硬性结构面的花岗岩试样及其组分

图2 真三轴循环加卸载条件下含结构面花岗岩的典型应力-应变曲线（β=45°） a 天然硬性结构面花岗岩试样；b 预制结构面花岗岩试样

图3 真三轴循环加卸载条件下含不同倾角天然和预制结构面花岗岩强度特征

图4 真三轴循环加卸载条件下含结构面花岗岩的裂纹损伤应力与塑性体积应变的关系  a天然硬性结构面花岗岩试样；b预制结构面花岗岩试样

图5 剪胀角模型拟合曲线与试验结果对比  a倾角β=90°的含天然硬性结构面花岗岩；b倾角β=70°的含预制结构面花岗岩

图6 不同结构面产状下围岩的典型破坏模式  a临空面附近结构面引发剪切滑移破坏；b围岩内部结构面引发岩爆破坏

未来关于结构面岩体剪胀扩容特性的研究可从以下几个方面开展：（1）由单一结构面向多结构面及复杂结构面网络条件深入研究，系统分析结构面组合对岩体剪胀特性与破坏模式的影响。（2）结合开挖卸荷、动静组合加载等工况，研究深部工程扰动条件下剪胀角时变特性与路径依赖规律。（3）结合声发射、DIC、CT等技术，从细观尺度进一步揭示岩体剪胀特性与裂纹演化之间的内在机制。相关研究有助于提升深部结构面岩体变形与失稳预测的可靠性。

徐鸿，长沙理工大学副教授，博导，长期致力于节理岩体力学行为及灾变控制、硬岩高应力灾害孕育机制及预警方法研究；主持国家自然科学基金面上项目、青年项目（C类）等科研项目10余项，发表SCI/EI论文20余篇，参编中英文专著2部，公开专利10余项，相关成果在白鹤滩水电站、锦屏地下实验室等工程得到了成功应用；担任自然科学基金项目、权威期刊论文等评审专家。