斷續(xù)預制裂紋巖石三軸流變力學特性的試驗與模型研究

工程巖體似斷非斷，似連非連，呈現(xiàn)斷續(xù)結構特征，且多處于三向復雜狀態(tài)下，因而研究復雜狀態(tài)下斷續(xù)預制裂紋巖石三軸流變力學特性，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用價值。本項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，采用巖石全自動三軸流變伺服儀，對斷續(xù)預制裂紋巖石在復雜狀態(tài)下進行三軸流變試驗，研究不同圍壓及不同應力路徑下斷續(xù)預制裂紋巖石的蠕變和松弛力學特性，探討預制裂紋參數(shù)、圍壓以及應力路徑對巖石流變力學參數(shù)的影響。在分析復雜狀態(tài)下斷續(xù)預制裂紋巖石三軸流變宏微觀試驗結果的基礎上，采用細觀力學理論，建立巖石非線性流變模型。最后將流變力學參數(shù)及非線性流變模型的研究成果應用于巖石工程實踐中，預測復雜狀態(tài)下巖石工程長期穩(wěn)定與安全性。本研究成果對于促進在長期復雜狀態(tài)下巖石工程失穩(wěn)破壞的預測研究具有重要的理論指導意義。 2100433B

本項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特性的試驗研究。經(jīng)過本項目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力耦合條件下的巖石三軸滲流流變力學實驗系統(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)三軸試驗和三軸流變力學試驗，研究了滲透壓力對巖石應力應變關系及流變變形的影響規(guī)律，對巖石在應力應變過程中的及流變變形過程中的滲透性演化規(guī)律進行了探討，并通過電鏡掃描試驗和其他物理實驗分析了巖石流變變形破壞的微觀機理。 （2）基于唯象的損傷力學和孔隙介質(zhì)力學理論，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；提出了基于熱力學框架下的離散粘彈塑性模型和基于細觀力學的巖石損傷流變模型對砂巖的時效變形進行了較好的模擬，模型可進一步推廣到考慮孔隙水壓力的作用。 （3）在國內(nèi)外學術交流方面：在基金的資助下去法國里爾科技大學里爾力學國家實驗室、美國普渡大學進行了交流訪問，在訪問期間，與法國里爾科技大學邵建富教授、里爾中央理工大學Skoczylas教授分別就巖石時效力學的宏細觀力學模型以及巖石滲透性測試方法方面進行了合作研究和討論；參加了國內(nèi)外本領域重要學術會議7次，如12次全國巖石力學與工程學術大會，基金委主辦的巖土力學與巖土工程國際研究熱點前沿青年科學家論壇，第四屆巖土工程安全與風險國際研討會等，并協(xié)辦和參加了兩次本專業(yè)領域的小型國際研討會，如巖土材料時效力學特性研究國際研討會和第一屆巖土力學與地下工程國際研討會，在這些會議上都作了關于本課題研究成果和進展的學術報告。 （4）本課題共發(fā)表見刊或錄用的論文共計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；負責人為第一作者發(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；授權發(fā)明專利2項，申請發(fā)明專利3項。并獲得江蘇省科學技術二等獎1項，排名第4，水力發(fā)電科學技術獎一等獎1項，排名第6。 綜上，本課題在青年科學基金項目的資助下，圓滿完成了各項工作任務，取得了高質(zhì)量的研究成果，達到了預期研究目標，完成的工作任務指標在各方面均超過了預期。 2100433B

本書基于巖石流變理論，以無錨及加錨體流變本構模型分析為出發(fā)點，在實驗室系統(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)及控制機理，是系統(tǒng)論述巖石流變模型及蠕變特性試驗的專著。巖石無錨體基本流變本構模型；巖石加錨體基本流變本構模型；巷道圍巖錨固體流變控制模型；高缺陷裂隙巖石蠕變試驗；高強度紅砂巖峰后蠕變試驗；不同加載速率紅砂巖蠕變試驗；高應力區(qū)混凝土試件蠕變試驗；巖石分級加載能量演化蠕變試驗；基于物理模擬錨固巖體蠕變試驗；深井巷道錨固圍巖蠕變控制試驗 "

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