巖石結(jié)構(gòu)面剪切動(dòng)力學(xué)特性及宏細(xì)觀力學(xué)機(jī)理研究.pdf

1、在建的黃島國(guó)家石油儲(chǔ)備庫(kù)地下水封石油洞庫(kù)工程中，節(jié)理的存在是影響洞室穩(wěn)定性的一大重要因素，目前靜載條件下的力學(xué)機(jī)制已能滿足結(jié)構(gòu)面力學(xué)機(jī)制的分析及節(jié)理巖體失穩(wěn)的防治，而通過(guò)大量的中英文文獻(xiàn)資料查閱發(fā)現(xiàn)對(duì)于動(dòng)荷載下結(jié)構(gòu)面的力學(xué)機(jī)制研究尚不明確，從而對(duì)于動(dòng)載條件下的節(jié)理巖體工程穩(wěn)定性無(wú)法開(kāi)展細(xì)致研究。因此，本課題以黃島國(guó)家石油儲(chǔ)備庫(kù)地下水封石油洞庫(kù)工程為研究背景，采用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)節(jié)理巖體動(dòng)荷載條件下的力學(xué)特

2、性及宏細(xì)觀力學(xué)機(jī)理進(jìn)行深入分析研究。
　　1.總結(jié)國(guó)內(nèi)外針對(duì)結(jié)構(gòu)面形貌特性表征方法的理論研究，基于二維剖面線JRC計(jì)算理論，并根據(jù)Barton標(biāo)準(zhǔn)粗糙剖面線對(duì)JRC與坡度均方根各回歸方程的適用性進(jìn)行了反計(jì)算分析。選取平均JRC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三維結(jié)構(gòu)面形貌特性的描述;基于激光掃描儀測(cè)量結(jié)果，采用Visual Basic語(yǔ)言編制程序?qū)崿F(xiàn)粗糙結(jié)構(gòu)面平均JRC的計(jì)算。
　　2.基于剪切試驗(yàn)結(jié)果，分析粗糙度系數(shù)、剪切速率對(duì)結(jié)構(gòu)面峰值強(qiáng)度的規(guī)

3、律，并綜合采用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，深入研究結(jié)構(gòu)面剪切破損演化過(guò)程。研究結(jié)果表明:剪切速率和粗糙度對(duì)結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度都有較為明顯的影響;同一結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度隨著剪切速率的增大而減小，并不受粗糙度系數(shù)的影響;同時(shí)結(jié)構(gòu)面剪切強(qiáng)度隨粗糙度系數(shù)增加呈現(xiàn)出線性增加的趨勢(shì)，但不受剪切速率的影響。剪切速率影響結(jié)構(gòu)面的損傷演化過(guò)程，剪切速率越大，結(jié)構(gòu)面剪切破損所需時(shí)間越少。且由于較大剪切速率條件下結(jié)構(gòu)面微裂紋來(lái)不及充分?jǐn)U展貫通，使相應(yīng)聲發(fā)射活動(dòng)較弱，表現(xiàn)為較低

4、的累計(jì)聲發(fā)射計(jì)數(shù)及累計(jì)聲發(fā)射能量，剪切速率的這一影響能夠從結(jié)構(gòu)面破損區(qū)域直觀觀測(cè)到。
　　3.基于粗糙結(jié)構(gòu)面不同剪切速率下的直接剪切試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)面形貌特性研究結(jié)果，對(duì)Barton提出的用于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)條件下的JRC-JCS抗剪強(qiáng)度模型進(jìn)行了修正。并利用Barton提出的標(biāo)準(zhǔn)粗糙剖面試樣及粗糙結(jié)構(gòu)面的剪切試驗(yàn)結(jié)果對(duì)新強(qiáng)度公式進(jìn)行了驗(yàn)證，模型對(duì)不同剪切速率下的結(jié)構(gòu)面預(yù)測(cè)值偏低，但是誤差保持在20％之內(nèi)，平均誤差為10.352％，