硬脆性巖體卸荷非線性流變模型及工程應(yīng)用.pdf

1、大型水電工程項(xiàng)目的服役期限較長，壩址巖體強(qiáng)度較高，一般都處于三維高應(yīng)力狀態(tài)，高壩邊坡巖體工程在開挖卸荷后會(huì)產(chǎn)生明顯的瞬時(shí)變形及時(shí)效變形。巖體的卸荷流變破壞現(xiàn)象，已引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，但對(duì)硬脆性巖體的卸荷流變力學(xué)特性及破壞機(jī)制尚缺乏深入的分析研究。基于此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用室內(nèi)試驗(yàn)、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(xué)特性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立了能夠描述硬脆性巖石材料變形破壞時(shí)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(yīng)用本文的試驗(yàn)與理論研究成果，通過大型有限元軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)采用全自動(dòng)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(yàn)和三軸卸荷流變?cè)囼?yàn)。研究了硬脆性巖石基本力學(xué)特性和卸荷流變力學(xué)特性，重點(diǎn)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(qiáng)度變化規(guī)律及卸荷流變破壞方式。
　　(2)采用SU

3、70熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，開展了破壞斷面的SEM試驗(yàn)。研究了硬脆性巖石的破壞機(jī)制，分析了硬脆性巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化與宏觀強(qiáng)度及宏觀破壞形式的關(guān)系。
　　(3)用“穩(wěn)態(tài)蠕變速率交點(diǎn)法”對(duì)硬脆性巖體卸荷長期強(qiáng)度進(jìn)行分析，得到了硬脆性巖體卸荷長期強(qiáng)度臨界值，能夠較好地反映硬脆性巖石的卸荷流變長期強(qiáng)度規(guī)律。
　　(4)基于分?jǐn)?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(dǎo)了模型的一維本構(gòu)方程及三維表達(dá)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(kuò)容現(xiàn)象更為顯著”及“脆性破壞特征更為明顯”的試驗(yàn)特征。
　　(5)結(jié)合ANSYS的二次開發(fā)平臺(tái)，對(duì)硬脆性巖石卸荷非線性流變模型進(jìn)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(yīng)用程序，對(duì)比模型計(jì)算得到的數(shù)值曲線與蠕變?cè)囼?yàn)曲線，二者吻合較好，驗(yàn)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(duì)大崗山水電站高邊坡工程進(jìn)行了邊坡開挖卸荷長期穩(wěn)定性