高地應(yīng)力下巖石卸載破壞機(jī)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。基礎(chǔ)工程開挖時(shí)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(chǎng)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(jī)理的研究，不但對(duì)于揭示卸載巖體的力學(xué)行為及其破壞的力學(xué)機(jī)理、完善和發(fā)展巖體力學(xué)理論、研究人類工程活動(dòng)誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理等方面均具十分重要的理論意義，而且對(duì)于巖體工程實(shí)

2、踐也具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和很高的實(shí)用價(jià)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(yàn)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(qiáng)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(duì)象，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主要進(jìn)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(yàn)機(jī)上對(duì)大理巖進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)、不同圍

3、壓下常規(guī)三軸試驗(yàn)和峰前、峰后卸圍壓試驗(yàn)，得到大理巖在不同的試驗(yàn)方式下表現(xiàn)出不同的強(qiáng)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(duì)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(shí)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(yàn)試樣破壞時(shí)側(cè)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變大致相等；與常規(guī)三軸試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)烈

4、。為建立大理巖的卸載屈服準(zhǔn)則和彈塑性損傷本構(gòu)模型提供了必要的試驗(yàn)資料。 (2)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出了常規(guī)三軸試驗(yàn)、峰前和峰后卸圍壓試驗(yàn)的莫爾強(qiáng)度包絡(luò)線并用進(jìn)行擬和。在卸圍壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了冪函數(shù)型莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則，并與雙參數(shù)型莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則和拋物型莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則作了對(duì)比分析，得出冪函數(shù)型莫爾強(qiáng)度包線與試驗(yàn)得到的莫爾圓能較好地相切。作出了冪函數(shù)型莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)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(qiáng)度準(zhǔn)則為屈服條件，采用相關(guān)聯(lián)流動(dòng)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(shí)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(shí)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(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算的結(jié)果做了