層狀非連續(xù)巖體穩(wěn)定性試驗(yàn)及理論研究.pdf

1、自然界中，層狀非連續(xù)巖體十分常見，其穩(wěn)定性問題復(fù)雜而突出，但現(xiàn)有針對層狀非連續(xù)巖體穩(wěn)定性機(jī)理的相關(guān)研究尚不成熟，也缺乏對巖體破壞規(guī)律的研究。因此，本文采用模型試驗(yàn)、數(shù)值仿真和理論分析等方法開展層狀非連續(xù)巖體在擾動條件(開挖、降雨)下的破壞規(guī)律和滲流規(guī)律的研究，從而進(jìn)一步深入了解層狀非連續(xù)巖體所表現(xiàn)出來的力學(xué)特性，探索其穩(wěn)定性機(jī)理，尋找穩(wěn)定性分析方法，為解決工程技術(shù)問題提供支撐。
　　 1、開展了層狀非連續(xù)巖體地下洞室模型試驗(yàn)，得

2、到不同層理傾角下的地下洞室圍巖的破壞特征，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)層理傾角小于層理摩擦角時(shí)，洞室上覆巖層發(fā)生離層，各層內(nèi)的部分巖塊整體性沿節(jié)理面滑落，圍巖破壞范圍的左右界限，為層理和節(jié)理共同構(gòu)成的兩個(gè)臺階面，上部界限為一層理；當(dāng)層理傾角大于層理摩擦角，而小于圍巖自穩(wěn)極限角時(shí)，洞室上覆巖層不發(fā)生離層現(xiàn)象，破壞范圍內(nèi)塊體群整體性自由掉落，破壞范圍的左右界限為兩個(gè)臺階面，上限為一層理；當(dāng)層理傾角大于圍巖自穩(wěn)極限角，圍巖破壞范圍可確定為兩組層理所圍成的

3、區(qū)域。圍巖的全場位移表明：圍巖破壞時(shí)具有顯著的變形非連續(xù)性和結(jié)構(gòu)效應(yīng)。另外，在模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)中也考慮了軟弱夾層對破壞特征的影響，結(jié)果表明：當(dāng)層理傾角小于軟弱夾層摩擦角時(shí)，軟弱夾層基本上不影響洞室圍巖的破壞特征；當(dāng)層理傾角大于軟弱夾層摩擦角時(shí)，軟弱夾層對洞室圍巖的破壞特征有不同程度的影響。
　　 2、基于層狀非連續(xù)巖體地下洞室模型試驗(yàn)結(jié)果，從巖層的穩(wěn)定性、兩層理間巖體穩(wěn)定性和圍巖自穩(wěn)性三個(gè)方面對地下洞室圍巖破壞機(jī)理進(jìn)行分析，并建立初

4、步的穩(wěn)定性分析模型。首先，以巖層漸進(jìn)性穩(wěn)定過程為基礎(chǔ)，基于Voussoir梁理論，依據(jù)系統(tǒng)學(xué)耗散論建立多節(jié)理分析模型，解決了Voussoir梁理論的局限性，使巖層穩(wěn)定性分析更為合理；然后，采用線性規(guī)劃方法有效地分析了兩層理間巖體的穩(wěn)定性；最后，利用數(shù)值仿真方法探討了洞室圍巖的自穩(wěn)性機(jī)理，即地下洞室開挖后，應(yīng)力調(diào)整過程中，應(yīng)力以拱的形式轉(zhuǎn)移匯集，從而以應(yīng)力拱把荷載傳遞到比較穩(wěn)定的圍巖中。
　　 3、開展了層狀非連續(xù)巖體邊坡模型試驗(yàn)

5、，得出層狀非連續(xù)巖體邊坡的破壞模式：順層邊坡失穩(wěn)時(shí)為巖體沿某一層理面發(fā)生整體性滑移，而反傾斜邊坡失穩(wěn)時(shí)為巖體沿某一臺階面發(fā)生整體性滑移，然后，基于模型試驗(yàn)結(jié)果，探討極限平衡法和極限分析上限法在層狀非連續(xù)巖體邊坡穩(wěn)定性分析的適用性，并建立穩(wěn)定性分析模型，從而為層狀非連續(xù)巖體邊坡工程施工提供可靠的理論依據(jù)。
　　 4、針對層狀非連續(xù)巖體的水力學(xué)特性，首先，采用數(shù)值分析方法，分析地下洞室開挖時(shí)，地下水在層狀非連續(xù)巖體中下滲流規(guī)律，結(jié)果

6、表明：地下水位的下降值和圍巖裂隙水壓力值，受結(jié)構(gòu)面分布影響較大，即層狀非連續(xù)巖體中滲流場分布具有明顯的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。然后，采用數(shù)值仿真和模型試驗(yàn)，探討降雨入滲在層狀非連續(xù)巖體中的滲流規(guī)律，結(jié)果表明：隨著深度的增加，水等距離入滲的速度變緩，并且由于層理和層間節(jié)理的相互影響，層狀非連續(xù)巖體中水一般是水平向下入滲。
　　 5、根據(jù)層狀非連續(xù)巖體地下洞室和邊坡模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)巖體失穩(wěn)為多個(gè)塊體的組合沿同一方向的滑移或脫離，塊體理論在分析非連續(xù)