论文部分内容阅读
寒区岩体工程随着国家发展以西部为中心逐渐增多,寒区冻融灾害对工程建设的影响渐渐突出。本文围绕岩体冻融损伤力学特性以及岩质边坡破坏机制开展研究,通过室内试验、理论模型、数值模拟等研究方法对研究寒区岩质边坡在时间效应下的破坏机制。本文主要研究内容与结论如下:
(1)通过对预制岩样进行冻融循环、单轴压缩以及三轴压缩试验,分析冻融循环次数对岩石的物理力学性能的影响,揭示了岩石破坏规律和强度劣化规律,分析岩石的破坏特征,并提出拉伸破坏、剪切破坏以及拉剪混合破坏三种破坏模式。
(2)分析岩石冻融损伤影响因素,探讨岩石冻融损伤劣化机理,将岩石的损伤分为冻融引起的损伤和由于荷载作用引起的损伤两部分;基于Lemaitre应变等价原理,建立了冻融-受荷耦合作用下岩石损伤本构方程;推导了冻融-受荷作用下岩石在应力强度因子的计算式,得到岩石稳定性评价方法。
(3)基于伴有相变的非稳态温度场理论,结合附面层边界理论建立了周期性变温条件下的边坡温度场边界条件,模拟了考虑时间效应下的寒区岩质边坡温度场。建立了寒区岩质边坡稳定性断裂力学计算模型,并与扩展有限元方法以及ABAQUS强度折减法计算得到的寒区岩质边坡稳定性结果对比,对比发现3种方法计算的稳定性结果基本一致。并利用扩展有限元分析了边坡主控结构面的扩展情况,以及沿主控结构面方向的应力、位移变化规律;利用Abaqus强度折减法分析边坡在冻融作用下破坏时塑性区云图,分析了在冻融作用下岩质边坡表层冻融破坏机理;并通过改变主控结构面位置与长度,分析了主控结构面位置和长度的改变对寒区岩质边坡稳定性的影响,得出随着冻融循环时间的增加,主控结构面位置的不同对边坡稳定系数衰减规律影响不大,只降低了边坡稳定系数大小;而结构面长度的增大会加快岩质边坡稳定系数的衰减。
(1)通过对预制岩样进行冻融循环、单轴压缩以及三轴压缩试验,分析冻融循环次数对岩石的物理力学性能的影响,揭示了岩石破坏规律和强度劣化规律,分析岩石的破坏特征,并提出拉伸破坏、剪切破坏以及拉剪混合破坏三种破坏模式。
(2)分析岩石冻融损伤影响因素,探讨岩石冻融损伤劣化机理,将岩石的损伤分为冻融引起的损伤和由于荷载作用引起的损伤两部分;基于Lemaitre应变等价原理,建立了冻融-受荷耦合作用下岩石损伤本构方程;推导了冻融-受荷作用下岩石在应力强度因子的计算式,得到岩石稳定性评价方法。
(3)基于伴有相变的非稳态温度场理论,结合附面层边界理论建立了周期性变温条件下的边坡温度场边界条件,模拟了考虑时间效应下的寒区岩质边坡温度场。建立了寒区岩质边坡稳定性断裂力学计算模型,并与扩展有限元方法以及ABAQUS强度折减法计算得到的寒区岩质边坡稳定性结果对比,对比发现3种方法计算的稳定性结果基本一致。并利用扩展有限元分析了边坡主控结构面的扩展情况,以及沿主控结构面方向的应力、位移变化规律;利用Abaqus强度折减法分析边坡在冻融作用下破坏时塑性区云图,分析了在冻融作用下岩质边坡表层冻融破坏机理;并通过改变主控结构面位置与长度,分析了主控结构面位置和长度的改变对寒区岩质边坡稳定性的影响,得出随着冻融循环时间的增加,主控结构面位置的不同对边坡稳定系数衰减规律影响不大,只降低了边坡稳定系数大小;而结构面长度的增大会加快岩质边坡稳定系数的衰减。