硬质裂隙岩体三轴加载及卸荷蠕变特性研究

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1、硬质裂隙岩体三轴加载及卸荷蠕变特性研究重庆大学博士学位论文学生姓名：杨超指导教师：张永兴教授黄达教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年六月StudyontheTriaxialLoadingandUnloadingCreepPropertiesofFracturedHardRockAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByYangChaoSupervisedbyProf.ZhangYon

2、gxingbyProf.HuangDaSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,ChongqingChinaJune2015中文摘要摘要近年来随着一些如高边坡、大型地下洞室等重大岩体工程项目的实施，越来越多的工程实践表明，硬质岩体的变形破坏常常会经历一个较为明显的时效过程。基于此，结合导师国家自然科学基金面上项目“高残余应力下卸荷破裂硬岩的流变特性及时效扩展机理研究”（41172243），本文以锦屏I级水电站大理岩和重庆机场砂岩为原样制备裂隙岩体，采用室内试验、理论分析和数值计

3、算等相结合的方法，对常规单、三轴压缩条件下裂隙岩体的变形及破坏特征、不同加载与卸荷路径条件下裂隙岩体的蠕变特性、裂隙岩体加载及卸荷蠕变本构模型及参数相关性、裂隙岩体蠕变损伤模型和裂隙岩体时效扩展模拟计算方法等进行了研究。主要研究内容如下：①对制备的完整岩石及不同类型的裂隙岩体进行了单、三轴压缩试验，研究了完整岩石与裂隙岩体的强度与变形特征，以及各类岩石与裂隙岩体的破坏特征，并采用数值软件AUTODYN对三轴压缩条件下双裂隙砂岩的扩展模式进行了模拟；②利用RLW-2000岩石流变试验机对完整大理岩、单裂隙岩体模型试件以及双裂隙砂岩等进行了三轴加载及卸荷蠕变试验研究，重点分析了分级卸

4、荷量对大理岩三轴蠕变特性的影响，不同类型的裂隙岩体在三轴加载及卸荷蠕变条件下的变形与破坏特征，并与常规三轴压缩条件下裂隙岩体的特征应力和破坏模式进行了对比；③基于三轴加卸荷蠕变试验曲线特征采用传统的元件模型对未出现加速蠕变阶段的完整岩石、裂隙岩体的三轴蠕变特性进行了描述，采用最小二乘法对模型参数进行了辨识，并对不同条件下的参数变化规律展开了系统地讨论；④根据已有的相关研究成果，假定没有出现加速蠕变阶段的裂隙岩体其裂隙未扩展，从而将预制的裂隙看成一种初始损伤并计算其损伤变量，并利用应变等效和能量等价原理建立了裂隙岩体损伤流变本构模型，从而建立了完整岩石与裂隙岩体间的关系，并与室内试

5、验结果进行了对比与分析；⑤根据试验及理论分析结果，并结合国内外已有的相关研究成果，基于裂隙岩体的变形及破裂在裂隙尖端应力强度因子K与亚临界断裂韧度K0和断裂韧度KC间的大小不同而有较大区别的认识，提出了裂隙岩体的数值计算方法。并以FLAC2D有限差分软件为基础，利用FISH语言编写本构模型进行二次开发，实现了裂隙岩体蠕变的程序化计算。并分别以单个单元和多个单元建立模型，计算模型在受恒定荷载作用下随时间的变形与破坏特征，验证了所建立的数值模拟方案I重庆大学博士学位论文的科学性。关键词：岩体力学，硬质裂隙岩体，三轴加载及卸荷应力路径，蠕变特性，裂纹扩展II英文摘要ABSTRACTWi

6、ththeimplementationofsomemajorrockmassengineeringprojectssuchashighslopeandlargeundergroundcavernsprojectsinrecentyears,moreandmoreengineeringpracticesshowthatthedeformationandfailurecharacteristicsofhardrockmassoftenexperienceamoreobviousageingprocess.Inviewofthis,andincombinationwithNationa

7、lNaturalScienceFoundationProject"Studyontherheologicalpropertiesandagingpropagatedmechanismofhardfracturedrockunderhighresidualstress",researchescarriedoutinthispaperwoulduseacombinationmethodincludingtestingresearch,theoreticalanalysisandnum