高地應(yīng)力下巖石卸載破壞機理及其應(yīng)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(guān)，加、卸載均能引起巖體的變形和破壞，應(yīng)力路徑不同導(dǎo)致巖體的變形和破壞過程也不同?；A(chǔ)工程開挖時為卸載，建筑物建成后轉(zhuǎn)為加荷，邊坡工程主要為卸載；地下工程中二次應(yīng)力場中切向應(yīng)力為加載，徑向應(yīng)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(xué)行為及其破壞的力學(xué)機理、完善和發(fā)展巖體力學(xué)理論、研究人類工程活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)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(jīng)濟效益和很高的實用價值。十多年來，隨著巖石力學(xué)的深入發(fā)展以及工程建設(shè)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(yīng)力路徑的關(guān)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(zhì)的研究提供了基礎(chǔ)。 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(chǔ)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(cè)向應(yīng)變約為軸向應(yīng)變的兩倍，而常規(guī)三軸試驗試樣破壞時側(cè)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變大致相等；與常規(guī)三軸試驗相比，卸圍壓更容易導(dǎo)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(gòu)模型提供了必要的試驗資料。 (2)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)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(luò)線并用進行擬和。在卸圍壓試驗的基礎(chǔ)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(guān)聯(lián)流動法則，建立了大理巖卸載破壞的彈塑性損傷本構(gòu)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(gòu)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(jié)果做了