《高地應力強卸荷作用下柱狀節理玄武岩破壞機理研究》是依託東北大學，由金長宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高地應力強卸荷作用下柱狀節理玄武岩破壞機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：金長宇
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
川滇兩省是我國水電開發的主要地區，由於該地區地應力場較高，構造運動頻繁，地表侵蝕卸荷嚴重，因此川滇兩省節理岩體廣泛分布。目前準備興建的白鶴灘水電站就位於該地區，壩址區內柱狀節理較為發育，該岩體具有明顯的非連續、易斷裂與各向異性力學特徵，屬於典型的非貫通節理岩體。上述力學特徵為高邊坡與地下洞室群的設計與施工帶來諸多不確定因素。為了滿足大型水電工程建設的需要，同時為促進非貫通節理岩體力學研究的發展，該課題以高地應力強卸荷作用下柱狀節理玄武岩為研究對象，將神經網路與Voronoi 隨機模型相結合建立玄武岩的塊體模型、通過室內實驗與理論分析建立柱狀節理玄武岩的力學模型與破壞判據、藉助數值模擬與現場反饋分析驗證力學模型的準確性，最終建立一套符合強卸荷作用下柱狀節理岩體的研究方法，為我國其他同類水電工程提供可資借鑑工程依據。
結題摘要
川滇兩省是我國水電開發的主要地區，由於該地區地質成因複雜，地表侵蝕卸荷嚴重，柱狀節理玄武岩廣泛分布，目前準備興建的白鶴灘水電站就位於該地區。柱狀節理玄武岩具有明顯的非連續、易斷裂與各向異性力學特徵，屬於典型的非貫通節理岩體。本項目以柱狀節理玄武岩為研究對象，利用水、石膏與河砂的混合物作為柱狀節理玄武岩的相似材料，藉助石膏凝固的時效特性，模擬柱狀節理的生成過程，並且根據現場柱狀節理的幾何特性，製成截面為四邊形與六邊形的相似模型。通過單軸壓縮試驗不僅獲得了柱狀節理玄武岩的應力-應變曲線與基本的力學特性，同時解釋柱狀節理玄武岩各向異性的形成機制，確定了原生節理傾角對柱狀節理玄武岩強度與變形影響。而後，通過大量的原位變形觀測與鑽孔攝像檢測，獲得柱狀節理卸荷過程中的力學特性、洞室邊牆與頂拱的破壞模式。根據室內試驗與現場觀測結果，確定了柱狀節理玄武岩載入與卸荷過程中岩體的力學行為與破壞模式，建立了CRDM本構模型，並在3DEC平台上開發了本構模型。利用建立的本構模型對白鶴灘柱狀節理試驗洞開挖過程進行了模擬，通過現場監測結果與數值模擬的比較可以發現，D-CRDM模擬方法可以很好的模擬柱狀節理玄武岩的力學特性，並且能夠解釋現場岩體的失穩機理。根據柱狀節理玄武岩在不同應力環境的力學特性與破壞模式，建議白鶴灘水電站洞室群的支護應以鋼筋混凝土襯砌支護為主，錨桿支護為輔，這與傳統的支護方式有一定的差別，並通過現場工程支護的實際情況證明了該支護方法的正確性。目前，白鶴灘工程還在施工過程中，不斷揭露的柱狀節理臨空面越來越多、面積越來越大，柱狀節理玄武岩的卸荷力學特性也在不斷有新的進展與發現，力求在該基金的資助下繼續做一些探索性的研究，獲得更多有助於工程套用的科研成果。 在基金資助的三年內，撰寫著作1本，發表十餘篇論文，其中SCI檢索3篇，EI檢索2篇，培養研究生3名。
