橫觀各向同性巖體巴西劈裂試驗理論及工程應用研究.pdf

1、在巖質(zhì)邊坡工程中，由于存在大量的層理、斷層和節(jié)理等不連續(xù)的結構面，巖體拉伸斷裂失穩(wěn)較一般邊坡復雜。目前，巖石抗拉強度的室內(nèi)測定方法一般采用直接拉伸法和劈裂法。巖石試件拉伸試驗中，由于夾持及保證拉伸荷載軸線與試樣軸線重合具有一定困難，采用直接拉伸方法進行巖石抗拉強度測試相對較少，而更為普遍的是采用劈裂法（即巴西試驗法）間接測定巖石的抗拉強度。本課題結合國家自然科學基金(50878213)、湖南省交通科技項目(200924)和湖南省研究生創(chuàng)

2、新項目(CX2012B057)，依托懷化至通道（懷通）高速公路工程，以板巖為研究對象，巴西劈裂試驗為手段，結合理論分析方法，展開了橫觀各向同性巖體彈性參數(shù)、抗拉強度、破壞準則、本構關系和邊坡拉裂破壞及穩(wěn)定性分析幾個方面的研究。其主要成果如下:
　　1)在礦物成份分析的基礎上，利用電子顯微鏡觀察了板巖的微觀結構和膠結類型;采用單軸儀和三軸儀分別測試了不同層理角度下板巖的抗壓強度和抗拉強度，得到了不同層理角度下強度的分布曲線，揭示了強

3、度與層理角度之間的關系及產(chǎn)生的機理。
　　2)巴西劈裂試驗為手段，測試了橫觀各向同性巖體的5個彈性參數(shù)，將試驗測得的5個彈性參數(shù)與圣維南經(jīng)驗公式對比，驗證了橫觀各向同性體5個彈性參數(shù)是相互獨立，且不存在函數(shù)關系。
　　3)基于圓盤各向異性平面彈性理論，采用傅里葉級數(shù)變換，求解了平面各向異性圓盤應力場和強度因子，并推導了由5個彈性參數(shù)和層理角度組成的各向異性圓盤強度因子表達式，分析了不同參數(shù)取值對強度因子的影響，得到了強度因子

4、隨參數(shù)變化的趨勢。
　　4)根據(jù)層狀巖體巴西劈裂圓盤平面應力的彈性力學解析解，并結合單弱面理論和Hoek-Brown強度準則，分別建立了不同層理角度與強度關系式。劈裂試驗結果和強度擬合曲線較吻合，這兩種強度準則下建立的關系式可以較好地反映出在含有層理面時巴西劈裂試驗抗拉強度隨結構面傾角變化的規(guī)律。探討了橫觀各向同性巖體劈裂試驗的幾種破壞模式，即當0°≤β＜25.2°或72.6°＜β≤90°時，屬于純拉伸破壞;當25.2°≤β≤72

5、.6°時，屬于沿層面剪切破壞。
　　5)基于彈性理論，結合數(shù)值方法，研究了各向同性圓盤的厚徑比、泊松比和加載角度對巴西劈裂試驗的影響，比以往用彈性平面法解決圓盤應力場問題更加接近實際情況，并且得到了巴西劈裂試驗圓盤合理的厚徑比和加載角度。以改進的Hoek-Brown模型較好的實現(xiàn)了橫觀各向同性體破壞準則在巴西劈裂試驗中的應用。
　　6)推導了滑移-拉裂和傾倒-拉裂層狀巖質(zhì)邊坡抗滑穩(wěn)定的上限解。分析了巖體重度、邊坡高度和邊坡坡