《岩體斷裂面細觀接觸演化與長期力學行為研究》是依託北京科技大學，由王金安擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：岩體斷裂面細觀接觸演化與長期力學行為研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王金安
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以交通、水電、資源開發等工程中發生的山體崩滑、地層塌陷等重大工程地質災害為背景，開展岩體斷裂面細觀接觸演化和長期力學行為的研究。藉助雷射掃描、三軸剪下蠕變實驗、聲發射和CT檢測等方法，研究斷裂岩體雙翼表面粗糙性、細觀接觸狀態、接觸損傷演化等影響岩體長期力學行為的特徵關係。針對岩石斷裂面豐富的粗糙性信息和對測量步長的依賴性，研究岩石斷裂粗糙面幾何跨尺度覆蓋的分形維數計算方法，提出表征岩體斷裂雙翼表面壓剪接觸的分形結構模型和相伴幾何參量。通過對岩石斷裂雙翼表面接觸與損傷的測試和理論分析，揭示構成岩體壓剪力學性質的粗糙面細觀結構彈塑性離散接觸的集群效應，研究蠕變過程中岩石粗糙表面凹凸體磨損及亞表面微裂紋、微孔洞發展等表面接觸損傷演化規律，發展和建立岩石斷裂面細觀接觸演化與巨觀岩體長期力學行為的理論模型，為分析斷裂岩體力學行為和預測岩體的長期穩定性提供依據。
結題摘要
本項目以岩土工程中山體滑坡、岩體失穩等重大工程地質災害為背景，開展岩體斷裂面細觀接觸演化和長期力學行為的研究。 主要研究內容如下： （1）岩石斷裂面粗糙性的分形描述。研究幾何跨尺度粗糙面的測量和分形描述方法，提煉反映斷裂岩體變形和抗剪強度的相伴分形參量，建立岩體斷裂面細觀分形模型。 （2）岩石斷裂面細觀離散接觸與巨觀力學行為的特徵關係。研究荷載作用下斷裂面接觸點分布和接觸面積變化規律，建立描述岩體斷裂雙翼粗糙面分形接觸模型；在彈塑性接觸和分形理論研究基礎上，建立壓剪荷載共同作用下岩石斷裂面的彈塑性離散和不規則接觸力學模型。 （3）岩石斷裂面細觀接觸損傷演化規律。研究壓剪荷載作用下岩石兩斷裂面上的凹凸體產生變形和磨損、斷裂岩體亞表面內部微裂紋和微孔洞等缺陷不斷萌生和擴展，以及導致細觀凹凸體斷裂和嚙合失效的力學機制。 （4）斷裂岩體長期力學行為。研究長期載荷作用下岩體斷裂面離散不規則接觸和損傷演化規律，建立岩石斷裂面細觀接觸與巨觀岩體長期力學行為的關係。 重要成果如下： （1）對表征斷裂岩石粗糙性的參數（粗糙度和起伏度）進行了定量計算和分析，得到了斷裂岩石表面粗糙度和起伏度分維隨載荷的演化規律。 （2）提出了“切層-面積法”，發現了兩類斷裂岩石的接觸特徵，揭示出構成斷裂岩石長期抗剪強度的機制，獲得了斷裂岩石剪下蠕變前後岩石斷裂面細觀結構和空間展布形態、斷裂岩石內部三維損傷情況。 （3）通過斷裂岩石在剪下蠕變階段聲發射特徵分析，揭示了拉伸和壓剪斷裂岩石在剪下蠕變過程中的細觀破壞機理。壓剪斷裂岩石聲發射機理由起伏面相互摩擦、亞表面裂紋生長構成，拉破壞斷裂岩石聲發射機理是由微凸體剪斷、磨損、遷移機制構成。 （4）考慮粗糙度和塑性因子影響，建立了預測岩體斷裂面細觀接觸演化與長期力學行為的岩石剪下蠕變模型。 （5）通過引入在不同法向載荷作用下粗糙表面接觸分形維數動態演化規律，建立了斷裂岩石在法向和剪下力作用下的接觸力學模型。反映出斷裂岩石剪下強度隨法向力變化的細觀力學機制，並由實驗得到初步驗證。 2012-2015年度，共發表論文13篇（其中SCI收錄3篇，EI收錄11篇）。培養博士2人，碩士3人，2人獲研究生國家獎學金。 本項研究的科學意義在於揭示斷裂岩石表面細觀接觸力學機理和岩體長期力學行為的關係，為分析和預測斷裂岩長期穩定性提供理論依據。
