脆弹粘性岩体高边坡稳定的损伤断裂力学机制研究

边坡工程岩体的力学性态与其所处的应力环境、物理环境以及开挖施工卸荷坡邦岩体变形的时空效应等许多因素密切相关．因而，似本文研讨的闪云斜长花岗岩这类脆弹粘性岩体高边坡工程坡邦卸荷带岩体的稳定问题，从损伤、断裂力学的观点言，本质上反映了三方面的力学机制，即：（１）边坡分部开挖引起坡邦岩体的卸荷损伤、断裂效应；（２）二次应力场作用下坡邦岩体产生的损伤、断裂时效变形与蠕变扩容；以及（３）在高地应力区，脆弹粘性岩体因开挖导致与其应变能骤然急剧释放有关的地动力作用．本文结合长江三峡高边坡船闸工程的岩体稳定问题，拟就上述的前两个方面的研究工作进展作一简要论述．     

岩体卸荷分析的基本方法

描述了岩体卸荷的力学过程、卸荷岩体本构关系、力学参数和分析方法,以三峡工程永久船闸边坡为例进行了计算分析,并与实测结果进行了比较,从而阐述了与常规岩体力学的不同之处。     

卸荷岩体力学参数劣化规律的细观损伤分析

基于细观损伤力学和卸荷岩体力学理论,以铜坑矿92号矿体连续卸荷开挖试验采场岩体力学参数为初始值,运用RFPA软件,建立岩体卸荷计算的等效数值模型,并对分步连续卸荷进行计算,研究岩体卸荷破坏过程和声发射效应,得到卸荷岩体力学参数的变化曲线以及卸荷岩体力学参数的劣化规律.研究结果表明:卸荷第19步即卸荷量为3.8 MPa时,岩体发生破坏失稳;在卸荷过程中,岩体力学参数均呈逐渐弱化的趋势,其中内摩擦角、黏聚力和弹性模量随卸荷的推进逐渐减小,最终值分别相当于初始值的54％,50％和52％;泊松比则逐渐增大,最终值相当于初始值的1.16倍.这表明卸荷效应劣化了岩体力学参数,得到的卸荷岩体力学参数劣化规律拟合曲线和方程为采动卸荷力学响应的动态分析提供了依据.     

陡高边坡节理岩体卸荷岩体力学的物理基础

指出运用卸荷岩体力学 ,研究三峡工程永久船闸岩石陡高边坡节理岩体特性的重要性 ,与岩体由原所受地应力作用到卸荷减压致拉的 (反 )应力应变的机理 阐明卸荷过程中 ,若体抗拉强度、变形模量、泊桑比等参数不是常量 ,是随岩体分化衰变的变量及其物理基础 ;形变显现弹性恢复应变、扩容 ,扩容蠕变的演绎特性 提出卸荷节理岩体的弹 -扩 -粘形状的本构方程     

岩体稳定分析中的渗流模型与各参数计算

应力与渗流耦合作用下岩体的变形和破坏特征,与岩体结构、岩体的力学性质、渗流场有关,结合边坡的稳定分析模型,研究合理分析计算岩体的力学参数、渗透系数张量的方法.利用岩体质量分类系统和塑性破坏准则估算裂隙岩体的力学参数,计算裂隙岩体的渗流系数,为岩体稳定分析奠定基础.     

复杂应力状态下完整岩体卸荷破坏的损伤力学分析

在损伤力学理论的基础上建立了岩体卸荷破坏的损伤本构模型，通过与红砂岩的四种卸荷破坏试验结果经过表明该模型适用于脆弹性岩体的卸荷破坏。     

三峡卸荷岩体宏观力学参数三维数值模拟

通过对岩体“试件”的三维数值模拟，研究了三峡工程永久船闸高边坡岩体在卸荷应力状态下的应力应变关系，并与试验结果进行了比较，获得了满意的结果，最后确定了岩体在卸荷应力状态下的宏观力学参数。     

影响卸荷岩体边坡稳定性的参数敏感性分析

根据系统分析的原理，对影响卸荷岩体边坡稳定性的的参数c、f、ε进行了敏感性分析，特别考虑了卸荷作用及卸荷方向对岩体边坡稳定性的影响，结果表明，在卸荷岩体边坡稳定分析中卸荷的影响是不可忽视的．     

BP神经网络在卸荷岩体稳定分析中的应用

在卸荷岩体的稳定分析计算中，卸荷分析方法不同于常规方法，它采用动态变化的卸荷力学参数。应用BP神经网络能够获得卸荷岩体的这种动态力学参数，为卸荷分析带来了方便。     

高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟

高地应力下脆性岩体工程开挖变形机理、稳定性评价及灾害控制技术研究一直是岩石力学和工程地质研究的难点问题。基于高应力下脆性岩石卸荷力学试验分析,明确了卸荷过程中的岩石力学参数及变形破坏演化规律,发现高应力下脆性岩石的破坏具有较明显的应变强度特征。分析了高应力下脆性岩石卸荷破坏采用张拉屈服的Griffith应变强度准则的合理性,建立了考虑卸荷屈服引起岩体力学参数变化的弹脆塑性数值计算方法,并在实际工程中得以验证。     

基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数确定

地质强度指标(geology stresgth index,GSI)系统和Hoek-Brown破坏准则能反映岩体所处的地质环境,估算出节理化岩体的强度参数。然而,对于具有卸荷特征的岩质边坡,以往GSI的取值缺少对卸荷裂隙与坡面间空间关系的考虑。借鉴边坡岩体质量评价系数(CSMR)系统中对边坡破坏方式和结构面产状的修正方法,以西南某水电站坝肩边坡为例,提出基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数。     

岩体卸荷渗流特性的试验

岩体破坏可能是由于各类岩体工程的开挖引起的,同时影响其失稳破坏的主要外界因素就是地下水及其在岩体中的渗流.为了分析岩石卸荷量与渗透系数的关系,提出了岩石卸荷试验的方法和步骤.通过试验得到了不同阶段卸荷量与渗透系数之间的关系曲线.根据试验结果,建立了卸荷应力-渗透系数关系方程,探讨了岩石渗透系数与卸荷量之间的变化规律:在卸荷过程中的弹性阶段,其渗透系数基本无变化;当进入卸荷的塑性阶段,其渗透系数发生较大变化,尤其当卸荷量达到极限卸荷量的80%以上.渗透系数增长较快.     

开挖卸荷洞壁围岩强度变化规律研究

基于非线性Hoek-Brown强度准则,对地下岩体开挖应力重分布后岩体强度的变化规律进行了研究。结果表明,由于应力卸荷洞周一定范围岩体强度发生明显降低,不同部位降低幅值不同,距洞壁位置越远降低越小。岩体表征参数GSI、单轴抗压强度σci降低,卸荷后岩体强度降低,应力扰动系数D降低,岩体强度升高。     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

适合于破碎体的强度判别准则优选

对破碎体强度破坏的判别准则进行了系统分析、筛选,认为Hoek-Brown、Mohr-Coulumb、Griffith-Meclin-tock、最大张应力、最大张应变、三参数八面体剪应力、含弱面结构岩体的三维(二维)等强度准则适合于破碎体的破坏判别。应根据具体情况(岩性、岩体的破碎程度、应力状态等)选择相应的强度准则。     

洛阳龙门石窟水的赋存对岩体稳定性的影响

由于地下水的发育和大量溶洞的存在,龙门石窟与国内其他石窟相比,有着典型的水文环境。采用岩体力学中的基本理论和方法——库仑准则和摩尔圆,评价了水的赋存对洞窟立壁岩体稳定性的影响。通过计算饱水前后节理面滑动临界剪切强度的降低和在应力摩尔圆的直观图示可以得到,边坡卸荷裂隙中水的存在明显降低了岩体的力学强度,是诱发洞窟岩体失稳事件产生的活跃因素。