巖石和節(jié)理卸荷力學(xué)特性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)水能資源利用的不斷深入，地下洞室開(kāi)挖引起的巖石力學(xué)問(wèn)題成為水電工程建設(shè)中迫切需要解決的科學(xué)問(wèn)題。地下洞室開(kāi)挖時(shí)，洞室周圍巖體可能會(huì)出現(xiàn)卸荷或卸荷破壞現(xiàn)象，研究巖體在卸荷條件下的力學(xué)特性具有重要的實(shí)際意義。
　　 結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，以錦屏二級(jí)水電站輔助洞大理巖為主要研究對(duì)象，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主要開(kāi)展了以下幾方面研究工作：①大理巖加卸荷破壞試驗(yàn)及加卸荷強(qiáng)度特性研究；②大理巖加、卸荷變形特性試驗(yàn)及加卸荷本構(gòu)

2、模型研究；③巖石節(jié)理加卸載變形特性試驗(yàn)及加卸載變形特性分析；④貫通節(jié)理巖體加、卸荷變形特性分析。
　　 主要研究成果如下：
　　 (1)提出了將加卸荷應(yīng)力路徑與多級(jí)破壞相結(jié)合的試驗(yàn)方法，可以在盡量減小巖石離散性對(duì)強(qiáng)度影響的前提下揭示應(yīng)力路徑對(duì)巖石強(qiáng)度的影響。采用MTS815.02巖石力學(xué)三軸試驗(yàn)機(jī)，探討了荷載控制方式下卸荷多級(jí)破壞試驗(yàn)的實(shí)踐方法。
　　 (2)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大理巖卸荷條件下抗剪強(qiáng)度c值比加載條件下低1

3、4％，而φ值比加載條件下高23％。建議在引水隧洞開(kāi)挖穩(wěn)定分析時(shí)考慮巖石加、卸荷抗剪強(qiáng)度參數(shù)的差異。從巖石破壞的細(xì)觀機(jī)制出發(fā)，解釋了大理巖加、卸荷條件下抗剪強(qiáng)度參數(shù)差異的原因。
　　 (3)開(kāi)展了大理巖加卸荷變形特性試驗(yàn)，重點(diǎn)分析了大理巖試件的體積應(yīng)變特征。研究發(fā)現(xiàn)：加、卸條件下大理巖都經(jīng)歷了顯著的體積膨脹過(guò)程?？鄢嚰x散性差異的影響，加卸荷試驗(yàn)條件下大理巖剪脹規(guī)律完全一致。
　　 (4)從描述大理巖體積變形規(guī)律的角度出

4、發(fā)，對(duì)Weng提出的砂巖非線性模型進(jìn)行了改進(jìn)，建立了錦屏大理巖加卸荷本構(gòu)模型。結(jié)果表明，所建立模型可以較好的描述大理巖在加、卸荷條件下的體積變形規(guī)律。
　　 (5)選取錦屏水電站大理巖節(jié)理和福州機(jī)場(chǎng)高速花崗巖節(jié)理，采用三軸試驗(yàn)研究了巖石節(jié)理在高法向應(yīng)力條件下的加卸載變形特征。研究表明：
　　 節(jié)理法向加卸載曲線均具有明顯的非線性特征，且加卸載曲線并不重合，節(jié)理法向加卸載過(guò)程中有殘余位移產(chǎn)生。
　　 雙曲線卸載模型

5、可以較好的反映節(jié)理卸載曲線的非線性特征，且與試驗(yàn)曲線較為接近。線性卸載模型雖然不如雙曲線模型預(yù)測(cè)效果好，但線性卸載模型所需的參數(shù)較少且易于確定，因而應(yīng)用起來(lái)較為方便。
　　 節(jié)理切向加卸載曲線不重合，切向加卸載過(guò)程中有殘余位移產(chǎn)生。節(jié)理切向加載曲線具有明顯的非線性特征，而卸載曲線具有較明顯的線性特征。
　　 (6)采用三軸試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的手段，研究了含節(jié)理巖石試件在主應(yīng)力差加卸荷路徑下的變形特性。主要結(jié)論有：

6、>　　 含節(jié)理試件變形與應(yīng)力路徑相關(guān)。試件沿不同應(yīng)力路徑加載時(shí)，包含在其中的節(jié)理所經(jīng)歷變形過(guò)程通常不同。節(jié)理加、卸載變形規(guī)律差異是含節(jié)理試件在不同應(yīng)力路徑下變形差異的主要原因。
　　 從節(jié)理加卸載試驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，考慮節(jié)理加卸載變形規(guī)律差異的變形計(jì)算模型，能夠較好地解釋含節(jié)理試件三軸卸荷試驗(yàn)結(jié)果。
　　 由于含節(jié)理巖石試件的力學(xué)特性可以反映含單組節(jié)理巖體的力學(xué)性質(zhì)，因而，上述研究成果可以反映含單組節(jié)理巖體在加卸荷路徑下的變