寒區(qū)裂隙巖石損傷破壞規(guī)律試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究初探.pdf

1、西部寒區(qū)裂隙巖石損傷破壞機(jī)理研究是目前寒區(qū)巖石力學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究課題之一。本文利用RMT-150B巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)和巖土損傷力學(xué)CT專用試驗(yàn)系列設(shè)備對(duì)紅砂巖試樣以及含有預(yù)制裂紋的紅砂巖試樣的損傷擴(kuò)展特性進(jìn)行了初步的宏細(xì)觀試驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析了含有預(yù)制的裂紋紅砂巖試樣的細(xì)觀損傷破壞特性，運(yùn)用分岔與混沌理論對(duì)紅砂巖試樣的細(xì)觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了初步分析，考慮溫度場(chǎng)—應(yīng)力場(chǎng)耦合作用，采用彈塑性有限元法研究了結(jié)構(gòu)面、施工方法對(duì)寒區(qū)隧道圍巖穩(wěn)定性影響的

2、初步規(guī)律。主要工作有： (1)對(duì)負(fù)溫及常溫下含有預(yù)制裂紋的紅砂巖在單軸壓縮、三軸壓縮、疲勞等荷載作用下的損傷破壞機(jī)理進(jìn)行了宏細(xì)觀試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，預(yù)制裂紋的存在降低了巖石強(qiáng)度，控制著巖石的破壞進(jìn)程，是導(dǎo)致巖石破壞主裂紋產(chǎn)生的主要原因，含有單一裂紋巖石試樣的疲勞破壞過程受到應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線控制，裂隙巖石具有疲勞破壞門檻值。 (2)運(yùn)用分岔與混沌理論，對(duì)CT細(xì)觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，裂隙巖石細(xì)觀破壞過程的CT數(shù)變

3、化可以用Logistic方程來描述，具有分岔與混沌特征。 (3)以青藏鐵路風(fēng)火山隧道為例，完成了寒區(qū)隧道圍巖溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)耦合變形規(guī)律的有限元分析。結(jié)果表明，分步開挖施工方法能夠顯著減小寒區(qū)隧道開挖建設(shè)過程中的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高施工過程的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)面的存在使圍巖應(yīng)力集中現(xiàn)象更加顯著，變形量明顯增加，是導(dǎo)致工程災(zāi)害不可忽略的因素之一。采用人工回凍的施工方法，能夠有效提高裂隙圍巖的強(qiáng)度，降低襯砌承受的圍巖壓力，有助于隧道的安全施工