硬性结构面三维形貌量化及其与抗剪强度的相关性研究

发布时间：2018-05-30 18:56

  本文选题：结构面相 + 似材料　； 参考：《成都理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：岩体结构由两个基本单元的要素组成,分别是结构面与结构体,其中结构面的影响作用处于主导作用。因此,开展结构面的抗剪强度力学参数研究是评价岩体稳定性的关键所在。作为影响岩体结构面重要因素之一,粗糙度与抗剪强度有着紧密的相关性,随着粗糙度的增大,抗剪强度也随之增大。很多学者通过试验研究建立起粗糙度与抗剪强度的估算模型,但目前仍然存在很多的不足之处:(1)结构面形貌是三维的,而现在的评价方法大多数是基于二维粗糙度曲线,或者将结构面简单化成平面、锯齿状、凸起体,这显然是不合理的。结构面粗糙度的表征方法基本局限于描述二维曲线,考虑其形貌的三维粗糙度表征研究相对较少。(2)粗糙度评价仅仅关注了结构面的形貌特征,忽略了结构面粗糙度的一些特性,结构面粗糙度与结构面受力状态状态、受力方向是密切相关的。因此就相关结构面三维粗糙度进行快速评价和峰值抗剪强度估算展开研究具有重要的学术价值和工程意义。(3)岩石相似材料研究中,虽然在抗压强度上,有些相似材料已经能够覆盖至中等强度的岩石。但是,在如何重铸自然结构面三维形貌上的研究仍然较少。本文为了研究结构面表面形态参数与结构面抗剪强度的关系,利用三维激光扫描仪器、3D打印机,针对模型相似材料进行了研究探讨,得到了相似材料的配比方案。然后制作了与结构面形态和强度一致的剪切试验模型,通过对结构面室内直剪试验和数值模拟试验两种方法的共同研究来分析剪切破坏机制,最后对grasselli的三维估算模型提出改进公式,是公式更加精确合理。主要开展以下各方面的研究工作:(1)基于硬性结构面的剪切运动机制及岩性相似材料理论,研制了一套新型岩体硬性结构面模拟实验材料配制方法,获取另一种以水泥为胶凝材料,中粗砂、细砂为集料、细碎石为骨料,掺入减水剂、硅粉、绿色碳化硅等混凝土添加剂复合而成的高强度地质力学模型材料,该材料具有制作方法简单,原材料易得,价格便宜,物理力学性质特征与原岩协调性好等优点。通过系统的配比试验,获取了配制高强度相似材料的配比方案,该配比方案可为进行岩体硬性结构面试验的人员提供技术参考。(2)三维激光扫描和的3D打印技术在结构面模型制作中的首次尝试,详细阐述了一种岩体硬性结构面吻合结构面模型制作的新工艺,包括其选材,流程等,并进行了模型咬合度及相似度评价,是一门有推广价值的逆向工程——结构面吻合模型制作新工艺。(3)采用直剪试验和FLAC~(3D)数值模拟对结构面剪切特性的研究,对岩体结构面剪切破坏模式进行总x结。岩体结构面剪切破坏过程中,只有部分表面产生了滑动和破坏的痕迹,数值模拟研究也证实了这一点,只有面向剪切方向的表面提供抗剪阻力,另外面向剪切方向的微小平面主要以剪切破坏为主,而背向剪切方向的微小平面主要发生张拉破坏。得出抗剪强度估算模型中岩体的抗拉强度参数才预测峰值抗剪强度上具有更加的适合性。(4)通过结构面的三维形貌量化表明,结构面微元有效剪切倾角与≥的微元面积的总和与节理总面积的比值呈高次抛物线关系。基于多组不同形貌结构面的直剪试验结果,将结构面的峰值剪胀角与形貌参数相联系,提出新的能够考虑剪胀效应的节理峰值抗剪强度公式。新峰值抗剪强度公式符合莫尔 库仑摩擦定律的公式形式,并且物理含义明确清晰。所需要的参数均由结构面形貌测试确定,因此能够预测节理的峰值抗剪强度。
[Abstract]:The structure of rock mass is composed of two basic elements , which are structural plane and structure , and the influence of structural plane is dominant . As one of the most important factors influencing the structural plane of rock mass , the roughness and shear strength are closely related . ( 3 ) In the research of rock - like materials , some similar materials have been able to cover the medium - strength rock in the compressive strength . (4)閫氳繃缁撴瀯闈㈢殑涓夌淮褰㈣矊閲忓寲琛ㄦ槑,缁撴瀯闈㈠井鍏冩湁鏁堝壀鍒囧，

本文编号：1956411