自然界中遍布岩体,它是许多地质构造的重要组成部分。在矿山岩体力学中岩体被视为有结构特征,岩块(结构体)和结构面共同组成了岩体。在矿山岩体工程中结构面主要表现为断层、层理、节理等。结构面对岩体的力学特性具有重要的影响,因此研究结构面的特征,进而研究其力学特性对岩体工程具有重要的意义。首先,针对岩石试件力学试验不可重复性的缺陷,应用三维扫描技术获取岩石结构面形貌数据,以所获形貌数据为基础,应用3D打印技术制作一批形貌特征相同的结构面模具;在制备好的钢模内浇注一批大小为10 cm×10 cm×10cm石膏结构面试件。三维扫描与3D打印技术实现了相貌特征相同的结构面在不同法向应力和不同方向的剪切力学试验。然后,在实验室开展了石膏结构面的各向异性剪切力学试验,对同一批16个完全相同的结构面进行了四个方向(0°、90°、180°、270°)的剪切力学试验,每个方向的法向力分为4个等级,分别为0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa。试验结果表明随着法向应力的增加峰值剪切强度也在增加;不同方向剪切强度不相同,在90°、180°方向的剪切强度要大于0°和270°方向的剪切强度,相对剪切方向结构面下盘呈“爬坡”则该方向剪切强度大,反之则小。此结论所指角度方向,适合本次试验的试件。推广可知结构面各方向的剪切强度与结构面在各方向的倾角以及剪切方向(加载的上/下盘的运动方向)有关。充分说明结构面粗糙度对其剪切力学性质具有重要的影响。为了进一步深入分析岩石结构面剪切强度的各向异性特征,应用PFC数值试验软件开展了结构面各向异性剪切力学的数值模拟试验。以同材料、同配比石膏试件力学参数为基础,进行了PFC数值试验细观参数标定,然后针对上述结构面,在每个方向上等间距分别提取五条曲线,并对五条曲线的高程数据求取平均值,得到新的轮廓线作为模拟结构面轮廓线,PFC数值模拟结果与实验结果较吻合。该项研究是岩石结构面各向异性剪切力学试验的新探索,为进一步深入认识岩石结构面各向异性力学性质提供了新方法。