【摘要】：大型水電工程項目的服役期限較長,壩址巖體強度較高,一般都處于三維高應(yīng)力狀態(tài),高壩邊坡巖體工程在開挖卸荷后會產(chǎn)生明顯的瞬時變形及時效變形。巖體的卸荷流變破壞現(xiàn)象,已引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注,但對硬脆性巖體的卸荷流變力學(xué)特性及破壞機制尚缺乏深入的分析研究。基于此,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,利用室內(nèi)試驗、理論分析以及數(shù)值建模等手段,系統(tǒng)研究了硬脆性巖體的卸荷流變力學(xué)特性,根據(jù)試驗結(jié)果建立了能夠描述硬脆性巖石材料變形破壞時效演化規(guī)律的卸荷流變本構(gòu)模型,以大崗山水電站高壩邊坡工程為背景,應(yīng)用本文的試驗與理論研究成果,通過大型有限元軟件ANSYS對其進行數(shù)值計算分析。主要研究內(nèi)容和成果如下：(1)采用全自動巖石三軸流變伺服儀,開展了孟底溝水電站花崗巖和大崗山水電站輝綠巖的常規(guī)三軸試驗和三軸卸荷流變試驗。研究了硬脆性巖石基本力學(xué)特性和卸荷流變力學(xué)特性,重點研究了硬脆性巖石卸荷流變變形規(guī)律、卸荷流變速率變化規(guī)律、卸荷流變強度變化規(guī)律及卸荷流變破壞方式。(2)采用SU 70熱場發(fā)射掃描電鏡,開展了破壞斷面的SEM試驗。研究了硬脆性巖石的破壞機制,分析了硬脆性巖石的細觀結(jié)構(gòu)變化與宏觀強度及宏觀破壞形式的關(guān)系。(3)用“穩(wěn)態(tài)蠕變速率交點法”對硬脆性巖體卸荷長期強度進行分析,得到了硬脆性巖體卸荷長期強度臨界值,能夠較好地反映硬脆性巖石的卸荷流變長期強度規(guī)律。(4)基于分數(shù)階微積分理論,建立了硬脆性巖石卸荷非線性流變模型,推導(dǎo)了模型的一維本構(gòu)方程及三維表達式,該模型能夠較好地描述硬脆性巖體卸荷穩(wěn)態(tài)蠕變階段平穩(wěn)變形、加速蠕變階段“擴容現(xiàn)象更為顯著”及“脆性破壞特征更為明顯”的試驗特征。(5)結(jié)合ANSYS的二次開發(fā)平臺,對硬脆性巖石卸荷非線性流變模型進行了二次開發(fā),編制了硬脆性巖石卸荷流變模型的數(shù)值應(yīng)用程序,對比模型計算得到的數(shù)值曲線與蠕變試驗曲線,二者吻合較好,驗證了二次開發(fā)程序的正確性。(6)利用硬脆性巖石卸荷非線性流變模型的二次開發(fā)程序,對大崗山水電站高邊坡工程進行了邊坡開挖卸荷長期穩(wěn)定性的三維數(shù)值分析。
【圖文】：

平整度、垂直度等符合《水利水電工程巖石試驗規(guī)程（ＳＵ２６４－２００１）》試驗要逡逑求。由于巖石遇水易膨脹和崩解，在鉆取巖芯的過程中容易折斷，因此整個過程逡逑均采取無水操作程序。圖２．１為制備的部分花崗巖和輝綠巖標準試件。逡逑翻逡逑（ａ）花崗巖邐（ｂ）輝綠巖逡逑圖２．１巧分試驗巖樣試件逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｏｍｅ邋ｇｒａｎｉｔｅ邋ａｎｄ邋ｄｉａｂａｓｅ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ逡逑１３逡逑

分為５個階段，，即孔隙壓密階段、彈性變形階段、屈服階段、軟化階段和峰后破逡逑壞階段。下面Ｗ圍壓２０Ｍ化時花崗巖的典型應(yīng)力－應(yīng)變曲線為例，說明硬脆性巖逡逑石應(yīng)力－應(yīng)變?nèi)^程經(jīng)歷的５個不同階段，如圖２．７所示。逡逑３如邋ｒ邋扣二２０ＭＰａ逡逑引）０邐Ｄ逡逑－２．５邐－２邐－１．５邐－１邐－０．５邐０邐０．５邐Ｉ邐１．５邐３邐２．５逡逑８／Ｈｒ逡逑田２．７邋Ｈ軸巧縮條件下硬d孕匝沂撓αΓΡ淝咤義希疲椋紓玻澹峰澹裕穡椋悖幔戾澹螅簦潁澹螅螅螅簦潁幔椋鑠澹悖酰潁觶邋澹錚駑澹猓潁椋簦歟邋澹潁錚悖脲澹椋鑠澹簦齲幔椋幔戾澹悖錚恚穡潁澹螅螅椋錚鑠寤櫻翦義希ǎ歟希煉危嚎紫堆姑芙錐�，曲线闪暭。辶x希保瑰義

本文編號：2577669