斷續(xù)節(jié)理巖體的強(qiáng)度與破壞特征研究.pdf

1、隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求也越來越高，尤其是我國大型的水利、能源、市政工程的不斷投入建設(shè)，這些工程的地質(zhì)復(fù)雜程度、整體規(guī)模都較過去有顯著提升，所面臨的巖體被節(jié)理所削弱的問題也越來越多，如果處理不當(dāng)可能引起巖體的突然破壞造成巨大的人員、經(jīng)濟(jì)損失，所以對(duì)于斷續(xù)節(jié)理巖體的研究有著重要的理論和實(shí)踐意義。本文運(yùn)用RFPA軟件，針對(duì)巖體工程中較為常見的非貫通斷續(xù)節(jié)理巖體建立數(shù)值模型，進(jìn)行強(qiáng)度與破壞特征的研究?？偨Y(jié)了節(jié)理幾何分布

2、特征、應(yīng)力條件與破壞模式、強(qiáng)度特征之間的影響規(guī)律，并與物理試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證，有著較好的一致性。主要內(nèi)容包括:
　　1.通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于斷續(xù)節(jié)理巖體強(qiáng)度與破壞特征在理論、物理試驗(yàn)與數(shù)值試驗(yàn)等方面的研究現(xiàn)狀。
　　2.運(yùn)用有限元方法的RFPA軟件，實(shí)現(xiàn)節(jié)理巖體破壞過程中裂紋萌生、擴(kuò)展、貫通破壞過程的數(shù)值模擬。建立不同的節(jié)理幾何布置方式，在不同的側(cè)壓下進(jìn)行試驗(yàn)，探討節(jié)理傾角、巖橋長(zhǎng)度、層距、臺(tái)階角、側(cè)壓等對(duì)

3、破壞模式、強(qiáng)度特性以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響，研究結(jié)果表明:
　　(1)斷續(xù)節(jié)理巖體的破壞模式共有四種:沿節(jié)理面破壞、轉(zhuǎn)動(dòng)塊體破壞、臺(tái)階狀破壞和混合破壞。沿節(jié)理面破壞與臺(tái)階狀破壞峰值強(qiáng)度高、破壞應(yīng)變大，轉(zhuǎn)動(dòng)破壞峰值強(qiáng)度低、破壞應(yīng)變小。
　　(2)隨著節(jié)理傾角的增大，巖體的力學(xué)行為表現(xiàn)出脆性破壞—漸進(jìn)破壞—脆性破壞的過程。
　　(3)當(dāng)節(jié)理傾角為90°時(shí)，節(jié)理臺(tái)階角γ對(duì)其破壞形式影響較大，破壞模式由臺(tái)階狀破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)塊體破

4、壞，造成峰值強(qiáng)度、破壞應(yīng)變變小，對(duì)其他各節(jié)理傾角時(shí)試件的強(qiáng)度與破壞應(yīng)變影響較小。層距d對(duì)階梯狀破壞模式影響較小，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)破壞模式影響較大。巖橋長(zhǎng)度lr不影響破壞模式的轉(zhuǎn)變，但對(duì)沿節(jié)理面破壞與臺(tái)階狀破壞模式的峰值強(qiáng)度、破壞應(yīng)變影響較大。
　　(4)隨著側(cè)壓的增加，巖體的破壞區(qū)域由中部向端部轉(zhuǎn)移，其破壞模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。在高側(cè)壓情況下巖石發(fā)生局部的材料破壞。同時(shí)側(cè)壓的增加對(duì)強(qiáng)度的提高有顯著作用，但提高幅度隨側(cè)壓的繼續(xù)增加而降低。
　　

5、(5)在節(jié)理隨機(jī)分布的巖體中，優(yōu)勢(shì)破壞面在多數(shù)情況下就是節(jié)理分布密集的薄弱帶。此時(shí)節(jié)理傾角變化對(duì)破壞過程的影響較大，隨著節(jié)理傾角的增大，優(yōu)勢(shì)破壞面由帶狀向分塊狀轉(zhuǎn)變，各節(jié)理傾角下特征尺寸與特征強(qiáng)度有很大不同。
　　(6)隨著模型尺寸的逐漸增大，整體的破壞模式由脆性破壞向漸進(jìn)破壞轉(zhuǎn)變。側(cè)壓施加后，節(jié)理巖體仍然具有明顯的尺寸效應(yīng)。
　　3.建立三維表面裂紋的巖體模型，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，從不同的角度分析研究三維空間中裂紋的萌生、擴(kuò)展規(guī)

6、律。研究結(jié)果表明:
　　(1)相比較二維條件時(shí)，三維巖石在節(jié)理尖端的應(yīng)力集中并不明顯。裂紋的擴(kuò)展也并未沿最大主應(yīng)力方向進(jìn)行，同樣在物理試驗(yàn)中也可以觀察到裂紋的萌生遠(yuǎn)離節(jié)理出現(xiàn)。
　　(2)三維表面裂紋與二維情況下簡(jiǎn)化的透體裂紋在擴(kuò)展貫通上有很大區(qū)別，在厚度方向上橢圓裂紋邊緣出現(xiàn)應(yīng)力集中，而后的擴(kuò)展沒有明顯方向，呈發(fā)散式的走向。
　　(3)不同厚度處巖塊的破壞模式大致相同，并與表面的破壞方式一致，隨深度的增加，表面裂紋的