弱膠結軟岩本構關係及其工程災害孕育與演化機理研究

《弱膠結軟岩本構關係及其工程災害孕育與演化機理研究》是依託山東科技大學，由王渭明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：弱膠結軟岩本構關係及其工程災害孕育與演化機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王渭明
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

在我國新疆、甘肅、寧夏、蒙西等西部地區廣泛分布著三疊紀、白堊紀、侏羅紀弱膠結軟岩。由於其強度低，易風化，開挖、遇水後極易軟化、崩解，岩質迅速劣化，致使基坑坍塌、邊坡滑落、巷道大冒頂、高片幫、嚴重底臌等工程災害頻繁發生。所以，弱膠結軟岩工程災害防治問題是西部岩土工程建設中亟待解決的問題。本課題依託煤礦井巷工程，採集多種典型岩樣，在不同含水率狀態下進行系列岩塊變形、破壞試驗和大尺度岩樣界面剪下滲流流變耦合試驗，揭示開挖、水蝕對弱膠結軟岩的劣化機理，探索不同岩層界面水岩耦合作用剪下破壞機制；基於熱力學框架和形變能等效原則，建立弱膠結軟岩損傷準則、流變損傷演化方程及其多界面剪下滲流流變耦合方程；將以上本構關係嵌入通用軟體，結合典型工程進行正交數值分析和工程測試信息反演等綜合方法，研究弱膠結軟岩在工程地質環境下，圍岩開挖力學回響規律，揭示工程災害孕育、發生機理，提出災害度量參數，建立災害預測模型。

結題摘要

為了解決我國新疆、甘肅、寧夏、蒙西等西部地區弱膠結軟岩工程災害防治和岩土工程建設中亟待解決的問題。本課題研究了“弱膠結軟岩劣化機理及其本構關係研究、弱膠結軟岩界面剪下滲流流變耦合損傷演化模型研究、弱膠結軟岩工程災害孕育與演化機理研究”等內容。其研究成果不僅解決了西部地區軟岩工程中亟待解決的關鍵理論問題，為其它地區類似岩體工程建設和災害防治提供了理論基礎，有廣泛的套用前景，而且豐富和發展了岩石力學學科理論。本課題依託煤礦井巷工程，在不同含水率狀態下進行系列岩塊變形、破壞試驗和岩樣界面剪下滲流流變耦合試驗，結合數值模擬和理論分析，掌握了典型弱膠結軟岩劣化機理及其本構關係；揭示了弱膠結軟岩界面的力學特性和幾何形態與岩體等效變形模量和有效強度的相關性。提出了弱膠結軟岩界面剪下滲流流變耦合模型和單裂隙岩體流固耦合本構關係；在基礎上進行了系列數值模擬分析，推出了多界面軟岩滲流流變耦合損傷演化方程和給出了強度準則，確定了與岩體基本力學性質和應力狀態相關的岩體裂隙水滲透係數計算公式。揭示了開挖、水蝕對弱膠結軟岩的劣化和岩體界面水岩耦合作用剪下破壞機制，遵循熱力學框架和形變能等效原則，建立了弱膠結軟岩損傷準則、流變損傷演化方程及其多界面剪下滲流流變耦合方程。基於理論成果，結合典型工程進行正交數值分析和工程測試信息反演，研究弱膠結軟岩在工程地質環境下，圍岩開挖力學回響規律，揭示工程災害孕育、發生機理，提出災害度量參數，建立災害預測模型。在我國西部弱膠結軟岩礦區井巷工程、濟南捷運岩土混合地層隧道、青島捷運土岩膠結地層隧道、鄭州軟土層下穿黃河調水隧道、長沙市旁穿瀏陽河富水礫石軟土地層並下穿公路和鐵路兩用橋隧道等工程中套用。共發表期刊論文40篇，其中SCU收錄5篇，EI收錄5篇；國家授權發明專利8項。