硬脆性巖體卸荷非線性流變模型及工程應用.pdf

1、大型水電工程項目的服役期限較長，壩址巖體強度較高，一般都處于三維高應力狀態(tài)，高壩邊坡巖體工程在開挖卸荷后會產(chǎn)生明顯的瞬時變形及時效變形。巖體的卸荷流變破壞現(xiàn)象，已引起國內(nèi)外學者的關注，但對硬脆性巖體的卸荷流變力學特性及破壞機制尚缺乏深入的分析研究?；诖?，本文在前人研究的基礎上，利用室內(nèi)試驗、理論分析以及數(shù)值建模等手段，系統(tǒng)研究了硬脆性巖體的卸荷流變力學特性，根據(jù)試驗結(jié)果建立了能夠描述硬脆性巖石材料變形破壞時效演化規(guī)律的卸荷流變本構(gòu)模型

2、，以大崗山水電站高壩邊坡工程為背景，應用本文的試驗與理論研究成果，通過大型有限元軟件ANSYS對其進行數(shù)值計算分析。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)采用全自動巖石三軸流變伺服儀，開展了孟底溝水電站花崗巖和大崗山水電站輝綠巖的常規(guī)三軸試驗和三軸卸荷流變試驗。研究了硬脆性巖石基本力學特性和卸荷流變力學特性，重點研究了硬脆性巖石卸荷流變變形規(guī)律、卸荷流變速率變化規(guī)律、卸荷流變強度變化規(guī)律及卸荷流變破壞方式。
　　(2)采用SU

3、70熱場發(fā)射掃描電鏡，開展了破壞斷面的SEM試驗。研究了硬脆性巖石的破壞機制，分析了硬脆性巖石的細觀結(jié)構(gòu)變化與宏觀強度及宏觀破壞形式的關系。
　　(3)用“穩(wěn)態(tài)蠕變速率交點法”對硬脆性巖體卸荷長期強度進行分析，得到了硬脆性巖體卸荷長期強度臨界值，能夠較好地反映硬脆性巖石的卸荷流變長期強度規(guī)律。
　　(4)基于分數(shù)階微積分理論，建立了硬脆性巖石卸荷非線性流變模型，推導了模型的一維本構(gòu)方程及三維表達式，該模型能夠較好地描述硬脆性

4、巖體卸荷穩(wěn)態(tài)蠕變階段平穩(wěn)變形、加速蠕變階段“擴容現(xiàn)象更為顯著”及“脆性破壞特征更為明顯”的試驗特征。
　　(5)結(jié)合ANSYS的二次開發(fā)平臺，對硬脆性巖石卸荷非線性流變模型進行了二次開發(fā)，編制了硬脆性巖石卸荷流變模型的數(shù)值應用程序，對比模型計算得到的數(shù)值曲線與蠕變試驗曲線，二者吻合較好，驗證了二次開發(fā)程序的正確性。
　　(6)利用硬脆性巖石卸荷非線性流變模型的二次開發(fā)程序，對大崗山水電站高邊坡工程進行了邊坡開挖卸荷長期穩(wěn)定性