巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則表達(dá)方式是巖體工程地質(zhì)動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)理論問題?，F(xiàn)階段常用的巖體強(qiáng)度準(zhǔn)則，多是描述破壞瞬間巖土體的抗壓、抗剪或抗拉能力，未考慮巖體的漸進(jìn)破壞過程；難以描述自然界及實(shí)驗(yàn)室?guī)r體真實(shí)力學(xué)行為，如錦屏邊坡深裂縫的形成與演化、深埋洞室開挖脆性“楔形”巖爆破壞等現(xiàn)象。提出能夠考慮巖體漸進(jìn)破壞的強(qiáng)度模型對該領(lǐng)域研究具有重要意義。
近期，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所頁巖氣與地質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)室工程地質(zhì)力學(xué)學(xué)科組博士研究生郭松峰，在導(dǎo)師祁生文的指導(dǎo)下，以“深部裂隙巖體圍壓效應(yīng)”為方向，對裂隙巖體的工程地質(zhì)力學(xué)行為進(jìn)行深入了研究。該研究設(shè)計(jì)了循環(huán)加卸載試驗(yàn)，并基于試驗(yàn)結(jié)果提出基于塑性應(yīng)變累積的漸進(jìn)破壞抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則。在試驗(yàn)過程中，研究者通過不同塑性應(yīng)變試樣的加載和卸載，測試出了試樣累積破壞過程中的強(qiáng)度和變形參數(shù)，發(fā)現(xiàn)粘聚力和摩擦角均是塑性應(yīng)變的函數(shù)：隨著塑性應(yīng)變的增加，粘聚力逐漸弱化，摩擦角逐漸強(qiáng)化，變形模量逐漸減小；并通過巴西劈裂和直拉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度隨著塑性變形的出現(xiàn)而快速消失。因此，該研究在抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，增加漸進(jìn)破壞抗拉強(qiáng)度模型，建立了包含巖體拉、剪兩種力學(xué)行為的基于塑性應(yīng)變累積的漸進(jìn)破壞強(qiáng)度準(zhǔn)則。
利用基于以上準(zhǔn)則開發(fā)的軟件模塊，研究者對加拿大深部地下工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬。在模擬過程中，研究者發(fā)現(xiàn)其不但可以模擬楔形的破壞形狀，而且能夠重現(xiàn)張拉脆性破壞機(jī)理以及小灣高拱壩壩基開挖蔥皮破裂、錦屏一級高拱壩邊坡左岸深部裂縫、錦屏二級強(qiáng)烈?guī)r爆等高應(yīng)力地區(qū)高儲(chǔ)能巖體的獨(dú)特破壞現(xiàn)象。該項(xiàng)成果可為許多巖體破壞現(xiàn)象形成機(jī)理的揭示及其未來演化路徑的預(yù)測、相關(guān)工程預(yù)案的制定提供參考。該研究還利用Gaussian分布表征巖樣中不同礦物成分的變形、強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)非均勻性，結(jié)合提出的強(qiáng)度準(zhǔn)則，基于連續(xù)介質(zhì)理論，成功模擬了細(xì)觀非均勻巖體起裂、裂紋擴(kuò)展的漸進(jìn)破裂過程。
相關(guān)研究成果發(fā)表在工程地質(zhì)領(lǐng)域期刊Engineering Geology 上。
圖1.循環(huán)加卸載應(yīng)力路徑全應(yīng)力應(yīng)變曲線
圖2.基于塑性應(yīng)變累積的漸進(jìn)破壞強(qiáng)度準(zhǔn)則示意圖
圖3.基于連續(xù)介質(zhì)理論的裂紋起裂擴(kuò)展模擬（1）
圖4.基于連續(xù)介質(zhì)理論的裂紋起裂擴(kuò)展模擬（2）
成功提示
錯(cuò)誤提示
警告提示
評論 （0）