节理岩体损伤分析与破坏预测

发布时间：2020-03-28 16:45

【摘要】：节理岩体是自然界常见的一类复杂介质,具有较强的非均质性与非连续性。由于形成条件与地质运动的作用,使得节理岩体内部含有大量复杂交错的裂隙,裂隙的存在又对岩体的物理力学性质产生重大影响,给建设在岩体中的各种工程(如岩质边坡、基坑等工程)带来了安全隐患。因此开展节理岩体的损伤破坏规律与失稳预测研究,对保证岩土工程的安全建设与稳定运营具有重要意义。为此,本文以湖南地区常见的黄砂岩为研究对象,开展了单轴压缩试验与声发射实验。研究了单轴压缩下节理岩体的受力特性、变形破坏规律。运用声发射技术及理论对节理岩体进行了损伤分析与破坏失稳预测,为工程实际提供一定的指导性建议。论文主要研究内容和结论如下:(1)通过单轴压缩破坏试验,获得了节理岩体的应力应变特性与破坏模式。在节理的影响下,岩体的强度与刚度与完整无节理岩体相比均有不同程度的弱化。节理岩体的强度与弹性模量变化趋势相同,均随节理倾角增大呈开口向上的抛物线分布,其中45°倾角节理岩体强度与弹性模量均为最低。节理岩体破坏模式主要有两类,穿切节理面的张拉破坏和沿节理面的剪切破坏。在节理倾角由0°增大到90°的过程中,节理岩体的破坏模式由以穿切节理面的张拉破坏为主逐渐转变为以沿节理面的剪切破坏为主,且45°节理倾角为两种破坏模式的临界角度值。(2)通过对声发射数据的检测与分析,获得了声发射特征参数(振铃计数率与能量计数率)与岩体破坏过程中的几个阶段的对应关系。试件破坏前的振铃计数率与能量计数率连续突增可以作为试件破坏的前兆。声发射损伤本构曲线与节理岩体的试验曲线吻合较好,说明声发射信号与节理岩体内部的损伤具有一致性,利用声发射特征参数可以估计节理岩体强度与受力状态。(3)通过将振铃计数率与时间的关系进行拟合,结合尖点突变模型对节理岩体破坏进行预测分析。结果表明:声发射特征参数预测节理岩石破坏的预测结果与实际情况基本吻合。大多数情况都能做到提前预测,但也出现少数预测结果不理想的情况,如突变模型刚进入非稳定状态时岩体就发生破坏,因此应结合节理岩体的声发射本构关系与突变理论对节理岩体的安全稳定性做出评价与预测。
【图文】：

技术路线图

节理设置与试件
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45

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本文编号：2604651