柱狀節理岩體的擾動特性和分析方法研究

《柱狀節理岩體的擾動特性和分析方法研究》是依託同濟大學，由夏才初擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：柱狀節理岩體的擾動特性和分析方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏才初
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

通過偶合節理在沿節理面不同錯位後的法向和剪下加卸載變形和強度試驗，用擾動狀態概念，建立偶合節理加卸載擾動本構模型和擾動峰值剪下強度準則。通過柱狀節理現場幾何尺度特徵和表面形貌特徵的研究，以及柱狀節理表面形貌和力學性質的尺度效應研究，結合偶合節理加卸載擾動本構模型和擾動峰值剪下強度準則，建立柱狀節理岩體的加卸載擾動本構模型和擾動峰值剪下強度準則。研究柱狀節理岩體這類節理髮育程度高、力學性質在載入與卸載時有差異、並呈高度非線性、且隨擾動程度而變化等特性的節理岩體的分析方法，擬採用離散元方法對這類節理岩體中的工程的變形和穩定性問題進行數值求解。對完善岩體力學中不同岩體結構的節理岩體的力學性質研究具有重要的學術意義，對解決柱狀節理岩體中大壩、邊坡、隧道和地下洞室等工程的變形和穩定性問題有很大的實際價值和廣闊的套用前景。

結題摘要

通過偶合節理在沿節理面不同錯位後的法向閉合變形試驗和直剪試驗，提出考慮節理基體變形影響以及考慮節理面粗糙度分量、起伏度分量不同影響的閉合變形模型；通過分析15組模擬材料節理試件在低法向應力下峰值摩擦角的合理範圍，提出含三維形貌參數的偶合節理新的峰值剪下強度準則，並得到了37組岩石節理試件直剪試驗數據的驗證；提出節理面移動穩定接觸算法，建立了偶合節理在不同接觸狀態下的含三維形貌參數、錯位量的擾動函式，得到了節理吻合係數（JMC）主要受微凸體視傾角分布影響的結論，並在偶合節理新的峰值剪下強度準則基礎上，提出了含三維形貌參數的節理在不同接觸狀態下的擾動峰值剪下強度準則，解決了已有的峰值剪下強度準則不能考慮節理上、下面錯位對其峰值剪下強度影響的問題，從而可根據該準則估算節理在不同接觸狀態下的剪下強度。採用顆粒流數值軟體（PFC2D）構建了真實節理的表面形貌，進行節理在不同接觸狀態下的數值直剪試驗，從細觀角度解釋節理的巨觀剪下力學性質，與直剪試驗結果比較具有很好的吻合性，從而節理數值剪下試驗可作為直剪試驗的補充，解決直剪試驗中相同形貌節理試件取樣和製備困難的問題。分別構建了白鶴灘四稜柱、六稜柱柱狀這兩種柱體的柱狀節理岩體的離散元數值試驗模型，由單軸壓縮試驗確定了這兩種柱狀節理岩體的表征單元體（REV），在REV尺度內採用數值試驗研究了柱體結構特徵（柱體直徑、長徑比、錯距比）對柱狀節理岩體彈性模量的影響；在不同接觸狀態節理峰值剪下強度準則的基礎上，針對柱狀節理岩體的特點提出非線性剪下強度準則；採用離散元數值方法弄清了節理的粗糙程度、接觸狀態對柱狀節理岩體強度影響的規律。