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岩体中大量分布复杂、尺度各异的节理、断层等结构面是岩体介质不连续的根本原因。结构面的存在不仅破坏了岩体的完整性,而且直接影响岩体力学性质上的非线性、非均匀性、非连续性和各向异性和破坏模式上的复杂性。从而岩体强度参数和变形参数的取值问题变得异常复杂。实际岩体工程中大多是通过对岩体的分类分级,并借助专家经验和工程类比综合考虑而确定岩体力学的等效参数。
本文的主要研究内容是在现场岩体地质勘查资料和IV与V类岩体中的断续节理现场精细描述基础上,借助于统计分析方法,进行了岩体结构的概化得到简化岩体模型。从而可以在模型在真三轴仪器进行断续节理岩体强度和变形试验,试验考虑了中间主应力效应、断续节理的各向异性效应和尺寸效应等的影响,并在分析试验资料基础上对Hoek-Brown经验准则进行了三维修正,具体工作如下:
(1)影响复杂应力环境下断续节理岩体强度和变形的因素有σ2、节理连通率、节理密度、节理产状、节理夹角、节理面的各向异性等;在考虑上述因素基础上进行了真三轴试验强度和变形研究,得出了上述因素对强度和变形的影响规律并建立了相应的关系式。
(2)进行了不同应力路径和不同循环加载方式下真三轴的强度试验和变形试验,得到了对强度和变形影响规律。
(3)在断续节理岩体真三轴试验和大量岩石真三轴试验资料基础上,对Hoek-Brown经验准则进行了修正,修正形式考虑了中间主应力效应的影响,并结合多方面试验资料对修正公式进行了正确性的验证;描述了修正后的Hoek-Brown经验准则在主应力空间中的屈服面形状,讨论了屈服面角点存在的原因。
(4)基于单弱面理论对各向异性断续节理岩体建立了三维的强度公式,并在考虑中间主应力效应的情况下对其强度公式进行修正,认为各向异性节理岩体的强度是受σ3、σ2、连通率、节理夹角,节理面的内摩擦角和粘聚力、岩块的内摩擦角和粘聚力等因素的综和影响。
(5)将真三轴模型试验结果的规律应用到锦屏一级水电站坝基岩体参数评价中,对于坝基中广泛存在的条纹状大理岩体,基于试验基础上提出考虑连通率影响时岩体的强度参数和变形参数的取值区间。
(6)设计并制作了一个柱状节理模型的专用模具,基于此进行了玄武岩柱状节理真三轴模型试验强度和变形试验,并讨论了中间主应力效应、应力路径效应、各向异性效应和尺寸效应对强度和变形的影响。
第(3)(4)(6)项工作进行的研究,对现有试验或者理论进行了有意的补充和创新。