岩石卸荷力學行為與邊坡開挖卸荷效應基礎研究

《岩石卸荷力學行為與邊坡開挖卸荷效應基礎研究》是依託北京科技大學，由周喻擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：岩石卸荷力學行為與邊坡開挖卸荷效應基礎研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：周喻
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

岩石在卸荷條件下表現出的力學行為與載入條件下的完全不同，而岩質邊坡開挖便是一種典型的工程卸荷問題。結合典型露天礦山岩質邊坡開挖工程，採用現場調研、室內試驗、數值模擬和理論分析相結合的方法，對卸荷條件下岩石力學行為與岩質邊坡開挖卸荷效應進行研究。首先，調查岩質邊坡空間形態及岩體宏-細觀結構特徵，基於顆粒流理論構建具有實際礦物顆粒結構特徵及分布規律的岩石細觀分析模型，建立對岩石細觀分析模型加卸載及聲發射、能量等特徵參量探測的動態監控方法；然後，結合卸荷力學試驗及細觀仿真結果，探尋卸荷條件下岩石損傷演化細觀機理及尺寸效應，構建能表征卸荷條件下工程岩體力學特性的連續性自定義本構模型；最後，基於岩石卸荷力學行為研究結果，探究開挖卸荷條件下流-固耦合作用邊坡開挖卸荷效應及其破壞機理，建立岩質邊坡卸荷區域、卸荷程度的劃分方法。研究成果最終可為露天礦山等岩質邊坡穩定性研究及滑坡防治提供理論依據。

結題摘要

岩質邊坡開挖卸荷，常常導致岩體損傷破壞，從而誘發滑坡事故。針對該科學問題，本項目採用了現場調研、理論分析、室內試驗及數值模擬相結合的方法，開展了岩質高邊坡開挖卸荷損傷機理研究。首先，設計並開展了岩石加卸載試驗，研究了加卸載條件下岩石力學特性；然後，基於顆粒流理論及PFC程式，建立了具有岩石礦物結構特徵的細觀分析模型，並基於該模型開展了邊坡岩體多尺度力學行為研究；最後，根據現場勘測資料，建立了具有實際結構面空間分布特徵的邊坡細觀分析模型，並開展了實際邊坡開挖過程的數值分析，從宏細觀角度研究了邊坡開挖卸荷條件下的損傷滑坡機制。本項目主要研究結論如下： (1) 在三軸卸荷試驗中，岩石試件的變形表現為沿卸荷方向的強烈擴容或膨脹，岩石的破裂體系較載入試驗更為發育，其破壞程度也更為嚴重一些。在單側限載入卸荷試驗中，岩體表現出板裂化現象，裂紋形態大致可劃分為5種類型。 (2) 採用平面黏結接觸模型構建能反映礦物顆粒結構特徵的邊坡岩石細觀分析模型，具有合理的拉壓比性質，能再現岩石在單軸拉伸、單軸壓縮、三軸壓縮條件下的拉伸、劈裂、剪下等破壞模式及非線性特性。隨岩體尺寸的增加，其單軸抗壓強度、彈性模量逐漸降低，而尺寸效應和各向異性逐漸減弱。 (3) 順層邊坡開挖卸荷計算表明，滑坡產生的微破裂主要從坡底斷續節理端部開始產生，逐漸向坡體上部發展；滑體底部形態較為平直，而後部形態較為曲折並呈台階狀破壞；滑坡產生的破碎顆粒體先在邊坡面中、下部產生，其體積相對較小，隨後在邊坡上部產生，其體積相對較大。