本文選題：節(jié)理 + 灌漿�。� 參考：《武漢大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：天然巖體是完整巖石被節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面切割而成的不連續(xù)地質(zhì)體,結(jié)構(gòu)面的存在大大弱化了巖體力學(xué)特性。在大型水利水電工程中,張拉型硬巖節(jié)理是普遍遇到的一種結(jié)構(gòu)面,該類節(jié)理主要出現(xiàn)在堅硬巖體中,由地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動、張拉傾倒變形以及開挖卸荷等作用產(chǎn)生。張拉型硬巖節(jié)理抗剪強(qiáng)度低,對硬巖的削弱作用非常明顯,由此導(dǎo)致的巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題異常突出。本文以張拉型硬巖節(jié)理為主要研究對象,通過室內(nèi)試驗和理論分析相結(jié)合的研究方法,對節(jié)理三維形貌表征方法以及張拉型硬巖節(jié)理灌漿前后的抗剪強(qiáng)度特性開展了系統(tǒng)研究。本文主要研究內(nèi)容及成果如下：(1)節(jié)理三維形貌表征方法研究通過劈裂法制備張拉型節(jié)理試件,借助三維激光掃描儀研究節(jié)理三維形貌特性,在此基礎(chǔ)上將統(tǒng)計方法和分形理論相結(jié)合,建立了新的三維粗糙度指標(biāo)。新指標(biāo)具有物理意義明確,能夠較好地表征節(jié)理三維形貌特征,指標(biāo)參數(shù)在一定范圍內(nèi)獨(dú)立于形貌測量尺度的優(yōu)點(diǎn)。此外,新指標(biāo)綜合考慮了不同尺度的粗糙特征,并且在一定范圍內(nèi)能夠放寬對測量尺度的要求,便于推廣應(yīng)用。(2)張拉型硬巖節(jié)理剪切強(qiáng)度特性試驗研究以張拉型硬巖節(jié)理為研究對象,通過直剪試驗對其抗剪強(qiáng)度特性、剪脹特性、破壞機(jī)理,以及重復(fù)剪切過程中抗剪強(qiáng)度及節(jié)理形貌的演化規(guī)律進(jìn)行研究。研究成果表明,張拉型硬巖節(jié)理抗剪強(qiáng)度高,但峰后抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)迅速跌落的現(xiàn)象；張拉型硬巖節(jié)理剪脹效應(yīng)明顯,剪脹量大；張拉型硬巖節(jié)理的剪切磨損主要發(fā)生在局部起伏角較大區(qū)域；重復(fù)剪切情況下節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度呈指數(shù)衰減,節(jié)理形貌磨損增加。(3)張拉型硬巖節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度模型研究對試驗結(jié)果總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上,基于新的三維粗糙度指標(biāo)建立了張拉型硬巖節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度模型,并通過試驗結(jié)果驗證了新模型的合理性。新模型物理意義明確,運(yùn)用方便,能夠反映節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度的各向異性,并且在一定范圍內(nèi)放寬形貌測量尺度的情況下,新模型計算得到的峰值抗剪強(qiáng)度仍具有較高精度。(4)灌漿張拉型硬巖節(jié)理剪切強(qiáng)度特性試驗研究制備灌漿張拉型硬巖節(jié)理,通過直剪試驗研究灌漿張拉型硬巖節(jié)理的抗剪強(qiáng)度特性、剪脹特性、剪切破壞機(jī)理,以及灌漿加固節(jié)理的力學(xué)作用機(jī)制。研究成果表明,灌漿使得節(jié)理抗剪強(qiáng)度提高,但峰后抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)直線跌落現(xiàn)象,殘余抗剪強(qiáng)度低；大部分灌漿節(jié)理剪切過程具有明顯剪脹效應(yīng),但剪脹量較�。还酀{張拉型硬巖節(jié)理以沿節(jié)理巖壁-水泥漿結(jié)石膠結(jié)面發(fā)生破壞為主,但在充填度較小且法向壓力較高時,可能沿水泥漿結(jié)石層發(fā)生剪碎破壞；就灌漿加固節(jié)理的力學(xué)機(jī)制而言,灌漿一方面增加了節(jié)理粘結(jié)強(qiáng)度,另一方面卻弱化了節(jié)理接觸條件。(5)灌漿張拉型硬巖節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度模型研究對試驗結(jié)果總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上,基于張拉型硬巖節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度模型,建立了灌漿張拉型硬巖節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度模型,并以試驗結(jié)果驗證了模型的合理性。新模型物理意義明確,運(yùn)用方便,能夠反映灌漿節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度的各向異性,并且反映了灌漿節(jié)理膠結(jié)面粘結(jié)強(qiáng)度、水泥漿充填度以及節(jié)理巖壁-水泥漿結(jié)石強(qiáng)度比對灌漿節(jié)理峰值抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律。(6)灌漿張拉型硬巖節(jié)理長期剪切力學(xué)特性研究制備灌漿張拉型硬巖節(jié)理,通過剪切蠕變試驗對灌漿節(jié)理剪切蠕變特性和長期抗剪強(qiáng)度進(jìn)行研究,并在過渡蠕變法基礎(chǔ)上建立了確定節(jié)理長期抗剪強(qiáng)度的改進(jìn)過渡蠕變法。研究成果表明,灌漿節(jié)理具有明顯蠕變特性,剪應(yīng)力較小時蠕變僅出現(xiàn)衰減階段,剪應(yīng)力較大時同時出現(xiàn)衰減蠕變和等速蠕變階段,但蠕變過程并未出現(xiàn)加速破壞階段；改進(jìn)的過渡蠕變法確定的灌漿節(jié)理長期抗剪強(qiáng)度與規(guī)范推薦的方法較為接近,但新方法同時具備無需對蠕變曲線進(jìn)行疊加以及無需人為確定蠕變曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)；在本文試驗條件下,灌漿張拉型大理巖節(jié)理長期抗剪強(qiáng)度約為峰值抗剪強(qiáng)度的50%。
[Abstract]:The natural rock mass is a discontinuous geological body that has been cut from the whole rock by joints, cracks and other structures. The existence of the structural plane greatly weakened the mechanical properties of the rock mass. In large water conservancy and hydropower projects, the tensioned hard rock joints are generally encountered in a structural plane. This kind of joints mainly occurs in hard rock, which is composed of geological structures and tensioning. The effect of the toppling deformation and excavation unloading. The shear strength of the tensioned hard rock joints is low, the weakening of the hard rock is very obvious, and the problem of the stability of the rock structure is very prominent. This paper takes the tensile type hard rock joints as the main research object, and the joint study method combining indoor test and theoretical analysis to the joint three. The main research contents and achievements in this paper are as follows: (1) study on the characterization method of the three dimensional morphology of joints: the study on the preparation of the tensile joints by splitting method and the study of the three-dimensional morphology characteristics of the joints with the aid of a three-dimensional laser scavenger. Combining the statistical method with the fractal theory, a new index of three-dimensional roughness is established. The new index has a clear physical meaning, which can better characterize the three dimensional morphology characteristics of the joints, and the index parameters are independent of the measurement scale in a certain range. In addition, the new index synthesis takes into account the rough features of different scales and is in the first place. The requirements for the measurement scale can be relaxed in the fixed range. (2) the shear strength characteristics of tensioned hard rock joints are studied by the tensile test of hard rock joints. The shear strength characteristics, dilatancy characteristics, failure mechanism, and the shear strength and joint morphology during the heavy shear process are studied by the direct shear test. The research results show that the shear strength of the tensioned hard rock joints is high, but the shear strength after the peak is rapidly falling; the shear dilatancy effect of the tensile type hard rock joints is obvious, the shear dilatancy is large, and the shear wear of the tensile type hard rock joints mainly occurs in the larger region of the local undulation angle, and the peak shear resistance under repeated shear conditions is resistant to shear. The strength is exponentially attenuated and the wear morphology wear increases. (3) the model of the peak shear strength of the tensioned hard rock joints is based on the conclusion and analysis of the experimental results. Based on the new three-dimensional roughness index, the peak shear strength model of the tensioned hard rock joints is established, and the rationality of the new model is verified by the test results. The new model physics is verified. It is of clear meaning and convenient to use. It can reflect the anisotropy of the peak shear strength of the joint, and the peak shear strength calculated by the new model still has high precision under the condition that the measurement scale of the new model is relaxed in a certain range. (4) the tensile tensile type hard rock joints are prepared by the experimental study of the shear strength characteristics of the grout tensile type hard rock joints. The shear strength characteristics, dilatancy characteristics, shear failure mechanism, and mechanical mechanism of jointed joints strengthened by grouting are studied through direct shear test. The results show that the shear strength of the joints is improved by grouting, but the shear strength of the joints is straight down, the residual shear strength is low, and most of the grouting joints are used. The shear process has obvious dilatancy effect, but the shear expansion is smaller, and the grouting tensile type hard rock joints are mainly damaged along the jointed rock wall cement paste cementation surface, but when the filling degree is small and the normal pressure is high, the shear failure may occur along the cement slurry stone layer. The joint bond strength is increased, and the joint conditions are weakened on the other hand. (5) on the basis of the study of the peak shear strength model of the tensile tensile type hard rock joints, based on the peak shear strength model of the tensile type hard rock joints, the peak shear strength model of the grouting tensile type hard rock joints is established, and the test is tested. The results verify the rationality of the model. The new model has a clear physical meaning and is convenient to use. It can reflect the anisotropy of the peak shear strength of the grouting joint. It also reflects the influence of the bonding strength of the cementing joint surface, the filling degree of the cement slurry and the strength of the joint rock wall to the peak shear strength of the grouting joint. (6) irrigation. Study on the long-term shear mechanical properties of tensile type hard rock joints, the grouting tensile type hard rock joints were prepared. The shear creep properties and long term shear strength of the grouting joints were studied by shear creep test, and a modified transitional creep method was established to determine the long-term shear strength of joints on the basis of transition creep method. The joints have obvious creep characteristics, and the shear stress only appears in the attenuating stage when the creep is small, while the attenuating creep and isokinetic creep stage occur at the same time when the shear stress is large, but the creep process does not appear in the stage of accelerated failure; the improved transitional creep deformation method is close to the method recommended by the standard, but the new formula is new. The method has the advantages of no need to superimpose the creep curve and no human determination of the turning point of the creep curve. Under the test conditions, the long term shear strength of the marble joint with the grouting tensile type is about 50%. of the peak shear strength.

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU45

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本文編號：1780642