斷續(xù)預(yù)制裂紋巖石三軸流變力學(xué)特性的試驗(yàn)與模型研究

工程巖體似斷非斷，似連非連，呈現(xiàn)斷續(xù)結(jié)構(gòu)特征，且多處于三向復(fù)雜狀態(tài)下，因而研究復(fù)雜狀態(tài)下斷續(xù)預(yù)制裂紋巖石三軸流變力學(xué)特性，對于確保節(jié)理裂隙巖體工程長期穩(wěn)定與安全具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本項(xiàng)目擬以錦屏一級水電站巖石高邊坡工程和向家壩水電站大型地下洞室群巖石工程長期穩(wěn)定與安全性為研究目標(biāo)，采用巖石全自動三軸流變伺服儀，對斷續(xù)預(yù)制裂紋巖石在復(fù)雜狀態(tài)下進(jìn)行三軸流變試驗(yàn)，研究不同圍壓及不同應(yīng)力路徑下斷續(xù)預(yù)制裂紋巖石的蠕變和松弛力學(xué)特性，探討預(yù)制裂紋參數(shù)、圍壓以及應(yīng)力路徑對巖石流變力學(xué)參數(shù)的影響。在分析復(fù)雜狀態(tài)下斷續(xù)預(yù)制裂紋巖石三軸流變宏微觀試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用細(xì)觀力學(xué)理論，建立巖石非線性流變模型。最后將流變力學(xué)參數(shù)及非線性流變模型的研究成果應(yīng)用于巖石工程實(shí)踐中，預(yù)測復(fù)雜狀態(tài)下巖石工程長期穩(wěn)定與安全性。本研究成果對于促進(jìn)在長期復(fù)雜狀態(tài)下巖石工程失穩(wěn)破壞的預(yù)測研究具有重要的理論指導(dǎo)意義。 2100433B

本項(xiàng)目以高壩壩基和地下洞室在長期滲流作用下的穩(wěn)定性問題為工程背景，開展針對壩基或洞室?guī)r體在水-力耦合作用下流變力學(xué)特性的試驗(yàn)研究。經(jīng)過本項(xiàng)目3年持續(xù)不斷的深入研究，取得了如下成果： （1）研制和改造了考慮滲流應(yīng)力耦合條件下的巖石三軸滲流流變力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成了砂巖、花崗巖等脆性巖石水力耦合條件下的常規(guī)三軸試驗(yàn)和三軸流變力學(xué)試驗(yàn)，研究了滲透壓力對巖石應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及流變變形的影響規(guī)律，對巖石在應(yīng)力應(yīng)變過程中的及流變變形過程中的滲透性演化規(guī)律進(jìn)行了探討，并通過電鏡掃描試驗(yàn)和其他物理實(shí)驗(yàn)分析了巖石流變變形破壞的微觀機(jī)理。 （2）基于唯象的損傷力學(xué)和孔隙介質(zhì)力學(xué)理論，發(fā)展了可模擬巖石三階段流變特征的流變損傷模型，并考慮孔隙水壓力的作用；提出了基于熱力學(xué)框架下的離散粘彈塑性模型和基于細(xì)觀力學(xué)的巖石損傷流變模型對砂巖的時(shí)效變形進(jìn)行了較好的模擬，模型可進(jìn)一步推廣到考慮孔隙水壓力的作用。 （3）在國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流方面：在基金的資助下去法國里爾科技大學(xué)里爾力學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室、美國普渡大學(xué)進(jìn)行了交流訪問，在訪問期間，與法國里爾科技大學(xué)邵建富教授、里爾中央理工大學(xué)Skoczylas教授分別就巖石時(shí)效力學(xué)的宏細(xì)觀力學(xué)模型以及巖石滲透性測試方法方面進(jìn)行了合作研究和討論；參加了國內(nèi)外本領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)會議7次，如12次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會，基金委主辦的巖土力學(xué)與巖土工程國際研究熱點(diǎn)前沿青年科學(xué)家論壇，第四屆巖土工程安全與風(fēng)險(xiǎn)國際研討會等，并協(xié)辦和參加了兩次本專業(yè)領(lǐng)域的小型國際研討會，如巖土材料時(shí)效力學(xué)特性研究國際研討會和第一屆巖土力學(xué)與地下工程國際研討會，在這些會議上都作了關(guān)于本課題研究成果和進(jìn)展的學(xué)術(shù)報(bào)告。 （4）本課題共發(fā)表見刊或錄用的論文共計(jì)20篇，其中SCI論文8篇，EI源刊論文6篇，ISTP論文1篇，其他論文5篇；負(fù)責(zé)人為第一作者發(fā)表的論文11篇，其中SCI論文4篇，EI論文5篇。已培養(yǎng)畢業(yè)碩士研究生4名，協(xié)助培養(yǎng)博士生2名；授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)，申請發(fā)明專利3項(xiàng)。并獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，排名第4，水力發(fā)電科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，排名第6。 綜上，本課題在青年科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，圓滿完成了各項(xiàng)工作任務(wù)，取得了高質(zhì)量的研究成果，達(dá)到了預(yù)期研究目標(biāo)，完成的工作任務(wù)指標(biāo)在各方面均超過了預(yù)期。 2100433B

本書基于巖石流變理論，以無錨及加錨體流變本構(gòu)模型分析為出發(fā)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)研究了無錨及加錨體試件基本蠕變特性，揭示了深部巖體工程圍巖蠕變特性、破壞形態(tài)及控制機(jī)理，是系統(tǒng)論述巖石流變模型及蠕變特性試驗(yàn)的專著。巖石無錨體基本流變本構(gòu)模型；巖石加錨體基本流變本構(gòu)模型；巷道圍巖錨固體流變控制模型；高缺陷裂隙巖石蠕變試驗(yàn)；高強(qiáng)度紅砂巖峰后蠕變試驗(yàn)；不同加載速率紅砂巖蠕變試驗(yàn)；高應(yīng)力區(qū)混凝土試件蠕變試驗(yàn)；巖石分級加載能量演化蠕變試驗(yàn)；基于物理模擬錨固巖體蠕變試驗(yàn)；深井巷道錨固圍巖蠕變控制試驗(yàn) "

本書系統(tǒng)介紹了巖石蠕變、彈性后效、應(yīng)力松弛等試驗(yàn)，針對巖石流變力學(xué)參數(shù)優(yōu)化搜索的辨識方法、非線性流變力學(xué)本構(gòu)模型、長期強(qiáng)度確定方法、工程長期穩(wěn)定性分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)的敘述。全書共分11章，主要內(nèi)容包括：緒論、經(jīng)典巖石流變力學(xué)模型、巖石流變力學(xué)參數(shù)辨識方法、巖石流變試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)加載方式、巖石蠕變力學(xué)特性試驗(yàn)、巖石力學(xué)彈性后效特性試驗(yàn)、巖石應(yīng)力松弛特性試驗(yàn)、含裂隙巖石蠕變力學(xué)特性試驗(yàn)研究、巖石非線性流變本構(gòu)模型理論研究、巖石長期強(qiáng)度確定方法研究、巖石工程長期穩(wěn)定性分析。