史 玲，蔡美峰

（1. 北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 100083；2. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083）

1 引 言

CNS（constant normal stiffness）剪切试验是指试件在剪切过程中，存在一固定法向刚度Kn，所施加的法向压应力随着法向剪胀位移的变化而变化。Goodman通过试验及图解方式说明了岩块在滑落过程中，若通过不断施加法向压力限制其剪胀为0，节理在剪切过程中就会需要更大的剪力[1]。

这一节理剪切状态通常出现在地下巷道围岩中松散岩体的下滑过程。此时若要使岩石滑落首先要使石块在滑落过程中具备足够的剪胀空间，否则因为周围岩块的法向位移限制，而使节理摩擦阻力增大，岩石要想滑落，所需下滑主动力也相应增大。

目前对节理在 CNS条件下的剪切研究主要以试验为主，根据试验结果提出半经验强度公式[2－3]。理论上主要根据Goodman的图解法，提出法向位移方向的剪切刚度 kns、剪切位移方向的法向刚度 ksn来预测CNS剪切过程[4－6]。但这一方法较为复杂，不易理解。本文从剪切过程中法向剪胀位移与剪切位移的关系出发，将该问题简化成一个简单的物理模型，并假设最大剪切应力与残余剪切应力出现时的剪切位移为定值，根据模型中块体相对位移不变，算出某剪切位移条件下的压应力值与剪切应力值，通过不断的循环迭代得到整个过程的剪切应力变化曲线。

2 节理在CNS条件下的剪切模型

2.1 基本假设

根据大量的试验结果[4]，普通直剪试验所得曲线如图1所示，对于剪切应力与剪切位移关系曲线，当剪切位移u从0增大到up时，假设剪切应力线性增大到τp，当upur，保持τr不变。……