節(jié)理巖體特性的模型試驗和特征單元體的研究.pdf

1、巖石的特殊形成過程決定了巖體材料性質(zhì)的復(fù)雜性。一般自然界中巖體經(jīng)受過復(fù)雜的地質(zhì)作用后,其內(nèi)部存在不同規(guī)模、性質(zhì)各異的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面(節(jié)理、裂隙、斷層等),使得巖體的結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)性質(zhì)錯綜復(fù)雜。本文從室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模擬計算這兩方面研究了節(jié)理巖體的強度和變形特性以及巖體特征單元體。巖體特征單元體REV(Representative Elementary Volume)是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的一個重要概念。REV是一個尺度,即將巖體等效連續(xù)力學(xué)性質(zhì)視

2、為常數(shù)的最小尺度。本文主要作了如下工作:
　　(1)通過室內(nèi)模型試驗研究了多節(jié)理巖體的強度和變形特性。主要制作了三類試件,分別是完整試件、節(jié)理試件和加錨節(jié)理試件。節(jié)理試件是在完整試件的內(nèi)部預(yù)制了三個一定傾角的節(jié)理,加錨節(jié)理試件是在節(jié)理試件內(nèi)部預(yù)留錨孔,待試件達到一定強度后采用數(shù)值錨固劑將錨桿錨固其中后的試件。節(jié)理的傾角(節(jié)理面與水平面之間的夾角)設(shè)有30°、45°、60°三種。對三類試件分別進行了單軸壓縮試驗。室內(nèi)試驗的主要內(nèi)容和

3、主要結(jié)論如下:1)通過對不同配合比的砂漿材料進行單軸壓縮和劈裂試驗,研制出了一種與工程巖體物理力學(xué)參數(shù)滿足一定相似比的砂漿材料。并以此配合比選擇了一硬鋁合金作為相似錨桿材料。2)對三種試件進行單軸壓縮試驗,分別研究了預(yù)制節(jié)理對模擬巖體材料強度的弱化效果及錨桿對節(jié)理巖體的加固效應(yīng)。結(jié)果表明隨著節(jié)理傾角的增大,節(jié)理對巖體的強度弱化效果愈明顯。此時,錨桿對節(jié)理的加固效應(yīng)也愈顯著。預(yù)制節(jié)理對模擬巖體試件、錨固對節(jié)理巖體試件的破壞形態(tài)都產(chǎn)生了顯著

4、影響。
　　(2)通過總結(jié)前人的科研成果,歸納了節(jié)理巖體等效連續(xù)模型的基本思路和強度等效的基本原理?？偨Y(jié)了節(jié)理巖體特征體(REV)的研究方法。重點介紹了數(shù)值方法研究巖體特征單元的思路和步驟。
　　(3)以大崗山水電站工程為背景,通過數(shù)值模擬方法確定了該工程計算域巖體的特征單元體尺寸以及等效力學(xué)參數(shù),并通過數(shù)值加載試驗,確定了滿足REV尺寸巖體的強度屈服方程。結(jié)果表明,該巖體的屈服曲線滿足指數(shù)函數(shù)。
　　(4)建立了大崗

5、山水電站洞室群準(zhǔn)三維計算模型。采用兩種計算方案,一種方案是利用地質(zhì)統(tǒng)計特征計算得到的巖體參數(shù)(由設(shè)計單位提供),并根據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)測位移數(shù)據(jù)進行參數(shù)反演進而得到修正的巖體參數(shù)進行計算;另一種計算方案是考慮隨機節(jié)理,通過數(shù)值方法確定不同巖體分區(qū)的REV尺寸和巖體等效參數(shù)及強度屈服函數(shù)進行計算。分別以上述兩種方案進行該工程洞室群的開挖模擬計算,對計算結(jié)果中的關(guān)鍵點位移做了研究。同時考慮了圍巖劈裂破壞產(chǎn)生的裂隙張開位移,利用山東大學(xué)前人研究的經(jīng)驗