高地應力下巖石卸載破壞機理及其應用研究.pdf

1、巖體的變形破壞與其所受荷載狀態(tài)和賦存環(huán)境密切相關，加、卸載均能引起巖體的變形和破壞，應力路徑不同導致巖體的變形和破壞過程也不同?；A工程開挖時為卸載，建筑物建成后轉為加荷，邊坡工程主要為卸載；地下工程中二次應力場中切向應力為加載，徑向應力為卸載。 開展巖體卸載破壞機理的研究，不但對于揭示卸載巖體的力學行為及其破壞的力學機理、完善和發(fā)展巖體力學理論、研究人類工程活動誘發(fā)的地質災害機理等方面均具十分重要的理論意義，而且對于巖體工程實

2、踐也具有重大的經濟效益和很高的實用價值。十多年來，隨著巖石力學的深入發(fā)展以及工程建設的需要，巖石卸載試驗的研究己在一定程度上得到了開展，在卸載巖石的變形破裂特征，強度與應力路徑的關系等方面取得了一些成果，為巖體在卸載狀態(tài)下的變形破裂性質的研究提供了基礎。 本文以錦屏水電站的大理巖為主要研究對象，在大量試驗的基礎上，主要進行了以下幾方面的研究工作： (1)在MTS電液壓伺服控制剛性試驗機上對大理巖進行了單軸壓縮試驗、不同圍

3、壓下常規(guī)三軸試驗和峰前、峰后卸圍壓試驗，得到大理巖在不同的試驗方式下表現(xiàn)出不同的強度特性和變形特性，主要表現(xiàn)為：無論是加載還是卸載，圍壓對巖樣的軸向承載力都有較大影響；無論是峰前還是峰后卸圍壓，巖樣都表現(xiàn)出脆性破壞的特征，破壞時試樣的側向應變約為軸向應變的兩倍，而常規(guī)三軸試驗試樣破壞時側向應變與軸向應變大致相等；與常規(guī)三軸試驗相比，卸圍壓更容易導致巖石發(fā)生破裂，其破壞程度也更為強烈，而巖樣破壞表現(xiàn)出的脆性峰前卸圍壓比峰后卸圍壓又更為強烈

4、。為建立大理巖的卸載屈服準則和彈塑性損傷本構模型提供了必要的試驗資料。 (2)根據試驗數(shù)據分別作出了常規(guī)三軸試驗、峰前和峰后卸圍壓試驗的莫爾強度包絡線并用進行擬和。在卸圍壓試驗的基礎上，提出了冪函數(shù)型莫爾強度準則，并與雙參數(shù)型莫爾強度準則和拋物型莫爾強度準則作了對比分析，得出冪函數(shù)型莫爾強度包線與試驗得到的莫爾圓能較好地相切。作出了冪函數(shù)型莫爾強度準則在π平面上的破壞曲線。 (3)從孔隙度的基本概念出發(fā)，定義了材料的損傷

5、變量，以冪函數(shù)型莫爾強度準則為屈服條件，采用相關聯(lián)流動法則，建立了大理巖卸載破壞的彈塑性損傷本構模型，并將模型編制成用戶子程序以實現(xiàn)與ABAQUS的連接。 (4)基于大型通用有限元軟件ABAQUS提供的用戶自定義材料子程序接口(UMAT)，通過二次開發(fā)，在ABAQUS/standard模塊中實現(xiàn)了本文建立的大理巖卸載破壞的彈塑性損傷本構模型，分析了錦屏水電站引水隧洞的穩(wěn)定性，并與ABAQUS原有的莫爾-庫倫強度準則計算的結果做了