本文關(guān)鍵詞： 斷續(xù)節(jié)理 結(jié)構(gòu)效應 節(jié)理參數(shù) 不同應力環(huán)境 顆粒流模型　出處：《中國礦業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：結(jié)構(gòu)面的存在使工程巖體具有結(jié)構(gòu)效應,大大增加了巖石材料力學性質(zhì)評估的難度,使巖體工程設計更加復雜。斷續(xù)節(jié)理普遍賦存于工程巖體中,在荷載作用下產(chǎn)生新生裂隙,并且逐漸擴展、連通,形成宏觀破裂面,使工程巖體逐步喪失承載能力。因此,研究斷續(xù)節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)效應對巖體工程的穩(wěn)定性控制具有十分重要的意義。本文結(jié)合國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)項目(2013CB036003)和國家自然科學基金項目(51374198),針對工程巖體力學性質(zhì)難以預測的科學難題,采用物理模型試驗和顆粒流數(shù)值模型試驗相結(jié)合的方法,對單向、雙向和三向應力環(huán)境下斷續(xù)節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)效應進行了系統(tǒng)研究。主要研究成果與結(jié)論如下：(1)采用人工相似材料制備了182塊斷續(xù)節(jié)理巖體物理模型試樣,在單軸壓縮條件下分別研究了斷續(xù)節(jié)理巖體節(jié)理間距力學效應和節(jié)理重疊度力學效應,分析獲得了平行節(jié)理間的相互作用機理。平行節(jié)理間的相互作用對斷續(xù)節(jié)理巖體模型破壞模式、強度性質(zhì)和變形性質(zhì)具有重要的影響,受到節(jié)理傾角、節(jié)理間距和節(jié)理重疊度的制約。隨著節(jié)理間距的減小,斷續(xù)節(jié)理巖體模型的歸一化強度和試樣表面最大位移變形量值均減��；當節(jié)理傾角小于等于45°時,斷續(xù)節(jié)理巖體的歸一化強度和試樣表面最大位移變形量值隨著節(jié)理重疊度的減小而減小(2)在上述室內(nèi)物理模型試驗的基礎上,采用顆粒流數(shù)值模型試驗擴展研究了斷續(xù)節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)力學效應。首先對數(shù)值模型中完整材料的微觀參數(shù)通過與物理試驗結(jié)果校驗的方法進行確定；然后,通過反演分析確定了數(shù)值模型中節(jié)理張開度及相應的微觀力學參數(shù)。在確定的微觀力學參數(shù)體系基礎上,系統(tǒng)研究了斷續(xù)節(jié)理巖體節(jié)理傾角、節(jié)理連續(xù)度和節(jié)理張開度力學效應。節(jié)理傾角和節(jié)理連續(xù)度對斷續(xù)節(jié)理巖體的力學性質(zhì)影響顯著,節(jié)理張開度對斷續(xù)節(jié)理巖體力學性質(zhì)的影響隨節(jié)理傾角的變化而變化。節(jié)理表面的接觸和相互作用對斷續(xù)節(jié)理巖體宏觀力學性質(zhì)具有重要影響。(3)采用錨桿對84塊不同幾何結(jié)構(gòu)斷續(xù)節(jié)理巖體物理模型試樣進行錨固約束,研究側(cè)向定剛度約束條件下斷續(xù)節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)效應。同時,采用顆粒流數(shù)值模型試驗研究了側(cè)向定壓力約束條件下斷續(xù)節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)效應。研究表明,盡管側(cè)向應力對斷續(xù)節(jié)理巖體的破壞模式影響較小,但可以有效地增加各個傾角水平下斷續(xù)節(jié)理巖體的強度。當斷續(xù)節(jié)理巖體中節(jié)理傾角為30°、45°和60°時,采用錨桿進行支護可以提高巖體的承載力；當節(jié)理傾角為0°和15°或75°和90°時,采用增加支護應力的措施可以提高巖體的承載力；在錨桿上施加預緊力是進行巖體加固的有效措施。(4)在上述單向、雙向應力環(huán)境下模型試驗的基礎上,采用顆粒流數(shù)值模型試驗研究了隧道開挖三向應力環(huán)境下斷續(xù)節(jié)理巖體節(jié)理傾角力學效應。闡明了在無支護應力條件下斷續(xù)節(jié)理巖體受預制節(jié)理傾角的影響主要表現(xiàn)的三種破壞模式,即完整材料破壞、階段型破壞和平面破壞。完整材料破壞模式下斷續(xù)節(jié)理巖體的強度較高,階梯型破壞和平面破壞模式下斷續(xù)節(jié)理巖體的強度較低。斷續(xù)節(jié)理巖體自由面的收斂變形分為三個階段,每個階段收斂變形的大小受到節(jié)理傾角和支護應力的影響。提高自由面上的支護力可以大大提高斷續(xù)節(jié)理巖體的強度,一定條件下,斷續(xù)節(jié)理巖體強度的平均增量可以達到所施加支護應力10倍以上。(5)在三向應力環(huán)境下,采用顆粒流數(shù)值模型試驗進一步系統(tǒng)研究了斷續(xù)節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)效應中節(jié)理力學參數(shù)效應�？紤]粘接的平滑節(jié)理模型,分別研究了斷續(xù)節(jié)理巖體節(jié)理法向剛度、剪切剛度、節(jié)理摩擦系數(shù)、節(jié)理內(nèi)摩察角、節(jié)理內(nèi)聚力和節(jié)理抗拉強度的力學效應。研究揭示了在三向應力環(huán)境下沿原有節(jié)理的剪切滑移是造成斷續(xù)節(jié)理巖體破壞的機制,節(jié)理力學參數(shù)中與節(jié)理剪切強度相關(guān)的參數(shù),如節(jié)理內(nèi)聚力和節(jié)理內(nèi)摩擦角,對斷續(xù)節(jié)理巖體的宏觀力學性質(zhì)起到主要作用。
[Abstract]:In this paper , the mechanical effects of jointed rock mass are studied by physical model test and particle flow numerical model test . ( 4 ) On the basis of the above - mentioned model test of unidirectional and bi - directional stress environment , the mechanical effect of jointed rock mass under three - direction stress environment is studied by using particle flow numerical model test .

【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：1487403