《深部非貫通裂隙岩體鬆弛損傷機制與數值模擬》是依託重慶大學，由楊海清擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深部非貫通裂隙岩體鬆弛損傷機制與數值模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊海清
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
深部硬岩鬆弛損傷導致的圍岩破裂區漸進演化是深部岩體工程流變破壞的重要原因之一，然而目前深部硬岩鬆弛損傷機制尚未明確，且在鬆弛損傷導致的破裂區漸進演化數值模擬方面也有待於進一步深入。鑒於此，本項目以深部硬岩鬆弛損傷機制及其引發的圍岩破裂區漸進演化為研究對象，採用卸荷鬆弛聲發射定位試驗、細觀損傷力學和擴展有限元法等手段，一方面開展不同圍壓、載入等級和卸荷速率下的硬岩鬆弛聲發射定位試驗，以及岩石亞臨界流變斷裂試驗，結合細觀損傷力學和流變理論，建立鬆弛過程裂隙岩體細觀損傷演化模型，揭示深部硬岩鬆弛損傷導致岩體破裂區和非彈性變形發生機制；另一方面採用擴展有限元法，考慮圍岩流變效應，分析深埋洞室卸荷鬆弛過程圍岩損傷演化機制，模擬鬆弛損傷引起的圍岩破裂區漸進發展過程。最後，通過與圍岩變形和破裂區監測資料對比，驗證本研究成果的合理性。研究成果將為深部地下工程設計、施工及長期穩定性預測提供理論依據。
結題摘要
非貫通裂隙岩體在岩土工程中是十分普遍的，因而對其中裂隙的力學回響以及岩體的變形破壞機制、強度準則等力學特性的研究具有十分重要的意義。岩體內部存在的大量節理裂隙改變了岩體的物理力學性質，使其變形模量及強度等力學參數發生變化。而對於深部岩體，由於其所處的高地應力環境，非貫通裂隙對岩體的物理力學性質，以及開挖後的鬆弛損傷影響更為明顯。本項目以深部硬岩鬆弛損傷導致圍岩破裂區漸進演化為研究對象，通過不同軸向應變水平下脆性岩石的鬆弛試驗，驗證了深部脆性硬岩的應力鬆弛特性，且應鬆弛試驗中的應力變化量與軸向應變成正比。利用卸荷鬆弛聲發射定位試驗，通過多通道聲發射儀以及VIC高速相機對岩樣中裂紋擴展過程進行實時定位，結果表明裂紋兩側水平應變變化明顯，試件最終的破壞主要由於張拉裂紋的擴展引起的劈裂破壞。通過比較不同鬆弛應力路徑下的試件裂紋體積應變曲線可知，隨著應力鬆弛歷史的增加，裂紋擴展路徑上的特徵點起裂順序依次延後，在臨近破壞時，脆性材料表現出明顯非線性特性。此外，在不同圍岩和不同卸荷速率環境下，硬岩流變裂紋擴展長度與鬆弛試驗中試件軸壓與圍壓差值成正比。圍壓卸載越快，卸載後剩餘的軸向應力越小，因此對應的鬆弛試驗的初始軸向應力也越小，進而鬆弛過程中流變裂紋的擴展長度與擴展速率均呈現下降趨勢。利用OLYMPUS SZX16座式顯微鏡以及DIC應變測量系統，觀測到由於鬆弛試驗的作用，主裂紋面的斷裂由岩石晶體間破壞發展為穿晶破壞。同時，試件巨觀破壞模式也由張拉破壞發展為張拉-剪下破壞，或者純剪下破壞。最後以擴展有限元法為基礎，結合岩體鬆弛損傷演化方程和流變起裂準則，建立深部岩體平面問題非線性流變數值模型，分析得出開挖速率過快以及岩體中細微裂紋的大範圍分布都會導致大規模開挖損傷區的快速產生。本研究成果為深部地下工程設計、施工及長期穩定性預測提供理論支撐。
