【摘 要】
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节理岩体是实际工程中常见的一类复杂岩体。由于节理面的存在,岩体的强度及变形特性均呈现出明显的各向异性和弱化特征。随着“十四五”规划和“一带一路”战略的逐步推进,各种交通运输、水利水电等岩土工程建设向更偏远的高寒地区延伸,天然岩体中赋存的孔隙水受冻融循环的作用冻结、融化、迁移,加速了岩体的损伤,对岩土工程建设和运营造成了极大的危害和困扰。因此,为全面反映岩体结构特性、赋存环境及荷载对岩体损伤和变形破
【基金项目】
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国家自然科学基金(41907259,41702339); 陕西省自然科学基金重点资助项目(2020JZ-53);
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节理岩体是实际工程中常见的一类复杂岩体。由于节理面的存在,岩体的强度及变形特性均呈现出明显的各向异性和弱化特征。随着“十四五”规划和“一带一路”战略的逐步推进,各种交通运输、水利水电等岩土工程建设向更偏远的高寒地区延伸,天然岩体中赋存的孔隙水受冻融循环的作用冻结、融化、迁移,加速了岩体的损伤,对岩土工程建设和运营造成了极大的危害和困扰。因此,为全面反映岩体结构特性、赋存环境及荷载对岩体损伤和变形破坏特征的影响,本文开展了常温-荷载及冻融-荷载作用下节理岩体损伤本构模型的研究。主要研究内容及结论如下:(1)充分考虑节理初始损伤的影响及岩体结构的非均匀性,基于D-P准则,建立节理岩体损伤本构模型,推导模型参数的理论表达式;为能够更好地描述荷载作用下节理岩体的变形破坏全过程,将荷载作用下的节理岩体抽象为损伤和未损伤2部分,其中损伤部分包括节理损伤、受荷损伤以及两者耦合损伤,损伤部分承受残余应力,建立可表征残余强度特征的节理岩体损伤本构模型;理论表征节理与受荷损伤的耦合效应及其所诱发的宏观力学响应,刻画节理状况及应变对岩体损伤演化及变形破坏特性的影响效应。(2)考虑节理状况、冻融循环及荷载因素对岩体的影响。首先以完整岩石为基准状态,从损伤微元数目入手,建立岩石冻融受荷耦合损伤模型。之后将冻融-荷载作用下的节理岩体等效为岩体在2级加载下的损伤,第1级为预制节理引起的初始损伤,第2级为预制节理后冻融受荷引起的总损伤,建立冻融受荷节理岩体多因子总损伤演化方程和本构模型。(3)对完整红砂岩岩样进行切割,预制0°和45°倾角节理;并对其分别进行饱水冻融循环和力学特性试验,探究不同节理状况和冻融循环次数下岩体力学特性及损伤值的变化规律。结果表明,相同冻融次数下,岩样的强度和弹性模量以完整岩石、0°倾角及45°倾角岩体依次降低,对应的总损伤值则呈相反变化规律;随冻融次数的增加,三种节理面状况红砂岩岩样的宏观力学特征均呈降低趋势,对应的总损伤值逐渐增加。(4)以节理岩体全应力-应变曲线特点和变形特征机理为切入点,将冻融受荷时的节理岩体抽象为损伤和未损伤2部分,其中损伤部分包括节理初始损伤、冻融损伤、受荷损伤、节理与冻融耦合损伤、节理与荷载耦合损伤、冻融与荷载耦合损伤以及三者耦合损伤,建立可表征残余强度特征的节理岩体冻融受荷损伤本构模型。结果表明,该模型可以更直观地反映岩体峰后残余强度特征阶段。
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