高邊坡巖體流變?cè)囼?yàn)與流變理論及工程應(yīng)用

第

1章 緒 論1。1 引 言巖體作為一種復(fù)雜的地質(zhì)體，流變特性是其重要的力學(xué)特性之一。工程實(shí)踐與研究表明，巖體工程的破壞與失穩(wěn),在許多情況下并不是在開(kāi)挖完成后立即發(fā)生的，它是巖體的應(yīng)力、變形隨時(shí)間變化而不斷發(fā)展和調(diào)整,需要延續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)期。由于巖體的非均質(zhì)性

、不連續(xù)性和各向異性,在長(zhǎng)期荷載作用下,工程巖體的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

、變形破壞特征均隨時(shí)間而不斷發(fā)生變化,具有顯著的流變時(shí)效特性。對(duì)高邊坡軟弱巖帶來(lái)說(shuō)，由于其強(qiáng)度低、質(zhì)地軟弱,在較小荷載作用下,極易出現(xiàn)顯著的流變變形，并隨荷載增大最后產(chǎn)生破壞。對(duì)高邊坡硬脆性巖體來(lái)說(shuō),由于其強(qiáng)度較高，一般認(rèn)為其不會(huì)產(chǎn)生流變,但許多實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,即使是質(zhì)地比較堅(jiān)硬的巖體，因?yàn)槭艿酱罅抗?jié)理裂隙的切割,在開(kāi)挖卸荷和高地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下也會(huì)產(chǎn)生明顯的流變變形。如三峽船閘花崗巖高邊坡在開(kāi)挖完成后,其邊坡與底槽在卸荷后的變形不是即刻完成的，而是具有較強(qiáng)的時(shí)效特性,并導(dǎo)致邊坡支護(hù)的一部分錨桿

、錨索在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后被拉斷和失去加固效果；錦屏二級(jí)水電站引水隧洞和輔助交通洞的圍巖主要為質(zhì)地堅(jiān)硬的大理巖，輔助洞的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料表明,隧洞開(kāi)挖過(guò)程中大理巖隨時(shí)間增加而持續(xù)變形，出現(xiàn)明顯的蠕變現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)外許多高拱壩工程在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)失事和變形破壞在很大程度上是與

壩肩壩基邊坡巖體的時(shí)效變形特性有關(guān)。例如,1963年10月9日發(fā)生的意大利瓦依昂

(Vajont)水庫(kù)庫(kù)岸邊坡的蠕滑破壞,是一次震驚世界的大壩失事,巨大的深層滑動(dòng)巖體

(據(jù)估計(jì)為2.8億m3),從峽谷左岸快速滑落到庫(kù)底,產(chǎn)生的涌浪超過(guò)壩高

267m的雙曲拱壩的壩頂,沖向下游河谷,下游朗加隆鎮(zhèn)的大部分房屋、道路在

7min后蕩然無(wú)存,死亡近3000人[1,2]。1959年12月,壩高60m的法國(guó)馬爾帕賽

(Malpasset)拱壩突然潰決,造成400人死亡。我國(guó)的部分拱壩在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的破壞問(wèn)題也較普遍，如1962年11月6日,安徽省梅山連拱壩右岸壩基邊坡大面積漏水，最大漏水量達(dá)70L/s,部分壩基出現(xiàn)20mm以內(nèi)不同程度的剪切錯(cuò)動(dòng)和陡裂隙，部分帷幕受損。12#垛、13#垛、14#垛和15#垛發(fā)生不同程度的偏移,其中1

3#垛向左偏移較大,達(dá)42.04mm,同時(shí)壩基上抬,右岸壩基、壩體許多部位出現(xiàn)了裂縫，最嚴(yán)重的15#垛所在位置的拱冠部位拉開(kāi)了一條長(zhǎng)28m、最寬2mm的大裂縫。后經(jīng)放空水庫(kù)檢查,發(fā)現(xiàn)大壩上游面沿拱臺(tái)前緣與基巖接觸面有一條延伸百----Page 2-----------------------

余米的連續(xù)裂縫，1963年3月至1965年5月,梅山水庫(kù)被迫放空進(jìn)行修復(fù)加固

；1971年冬至1972年春,陳村混凝土重力拱壩下游面出現(xiàn)許多水平向裂縫,其中

105m高程附近水平向裂縫規(guī)模最大,它不僅橫跨5～28壩段,大部分壩段被水平向裂縫貫穿，且部分壩段有2～3條水平向裂縫,累計(jì)延伸總長(zhǎng)約450m,裂縫縫口寬度最大達(dá)

7mm；佛子嶺鋼筋混凝土連拱壩在1954年大壩建成蓄水后不久壩體即出現(xiàn)大量裂縫，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),裂縫不斷增多,至1995年達(dá)到856條

。這些拱壩出現(xiàn)較大變形與破壞,在很大程度上都與壩肩壩基邊坡軟弱巖帶和硬脆性巖體在長(zhǎng)期荷載作用下的流變時(shí)效變形密切相關(guān)。由此可見(jiàn),開(kāi)展水電高邊坡巖體的流變?cè)囼?yàn)與流變理論研究對(duì)于保證高壩工程的設(shè)計(jì)和施工安全以及

長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定具有十分重大的理論意義

、工程意義和工程應(yīng)用價(jià)值。在水電站高邊坡的施工開(kāi)挖與運(yùn)行過(guò)程中，為了監(jiān)測(cè)邊坡的變形和運(yùn)行安全狀況，需要在邊坡巖體內(nèi)部埋設(shè)大量變形和內(nèi)力監(jiān)測(cè)儀器,面對(duì)高邊坡大量的監(jiān)測(cè)信息和呈海量級(jí)增加的觀測(cè)數(shù)據(jù)，目前大部分水電高邊坡工程仍主要依靠人工進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息管理和觀測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析處理，因而勞動(dòng)強(qiáng)度大、分析處理效率低、人為影響因素多，數(shù)據(jù)分析因人為因素造成的錯(cuò)誤概率也非常大。同時(shí),落后的人工處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的狀況常常導(dǎo)致監(jiān)測(cè)資料的整理

、分析與評(píng)價(jià)往往滯后于工程運(yùn)行的需要，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)工程的安全隱患,因而直接影響高壩工程的施工穩(wěn)定與運(yùn)行安全。因此,開(kāi)發(fā)高邊坡監(jiān)測(cè)智能分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)于保證高壩邊坡的長(zhǎng)期運(yùn)行安全

、規(guī)避其設(shè)計(jì)和施工風(fēng)險(xiǎn)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值?；谏鲜霰尘埃緯?shū)在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51279093、41172268)、“

973”項(xiàng)目課題(2009CB724607)、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Y2007F52)以及中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)公司科技支撐項(xiàng)目的支持下，系統(tǒng)開(kāi)展了高壩高邊坡軟弱巖帶和硬脆性巖體的流變?cè)囼?yàn)

、流變理論和流變數(shù)值計(jì)算分析研究；建立了高邊坡巖體大尺寸原位壓縮蠕變?cè)囼?yàn)

、原位剪切流變?cè)囼?yàn)和不同加卸載應(yīng)力路徑的室內(nèi)三軸蠕變?cè)囼?yàn)方法，揭示了軟弱巖帶和硬脆性巖體的壓縮蠕變特征、剪切流變特性、流變破壞機(jī)制以及流變強(qiáng)度的變化規(guī)律；建立了軟弱巖帶的變參數(shù)流變損傷模型和硬脆性巖體的非線性黏彈塑性流變模型；提出巖體流變參數(shù)的解析反演、解析-智能反演和改進(jìn)二次粒子群反演方法；應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)開(kāi)發(fā)出高邊坡監(jiān)測(cè)智能分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在大型水電高邊坡工程中得到成功應(yīng)用。1。2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀人們對(duì)巖石流變力學(xué)性質(zhì)的研究始于

20世紀(jì)初,Griggs于1939年首先通過(guò)使用梁式試件對(duì)石灰?guī)r

、頁(yè)巖、云母以及類巖石材料在室溫條件下進(jìn)行了蠕變?cè)囼?yàn)，采用對(duì)數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述巖石的流變行為,并且認(rèn)為不同巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度各不·

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相同，砂巖和粉砂巖當(dāng)荷載達(dá)到破壞荷載的12.5～80就會(huì)產(chǎn)生蠕變。日本的Ito

等對(duì)尺寸為215cm×12.3cm×6.8cm的花崗巖進(jìn)行了歷時(shí)10年的彎曲蠕變?cè)囼?yàn)。結(jié)果表明,花崗巖呈黏滯流動(dòng)而沒(méi)有屈服應(yīng)力。目前,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者相繼對(duì)巖石流變特性從各個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)和理論分析研究

[7～17]。我國(guó)的巖石流變學(xué)研究開(kāi)始于

20世紀(jì)50年代,陳宗基是我國(guó)巖土流變力學(xué)學(xué)科的先驅(qū)和奠基人。1991年,陳宗基等對(duì)宜昌砂巖進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)流變?cè)囼?yàn),提出了采用單個(gè)巖樣進(jìn)行分級(jí)加載的試驗(yàn)方法，研究了巖石在流變變形過(guò)程中的封閉應(yīng)力和擴(kuò)容等特征，并著重指出“蠕變和封閉應(yīng)力是巖石性狀中的兩個(gè)基本要素?！苯?0年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)許多大型水電工程的興建,極大促進(jìn)了我國(guó)同行對(duì)巖石流變特性的研究。進(jìn)入21世紀(jì)初,我國(guó)巖石流變力學(xué)的研究更趨活躍,在巖石室內(nèi)流變?cè)囼?yàn)

、現(xiàn)場(chǎng)流變?cè)囼?yàn)以及理論研究和數(shù)值模擬等方面也取得了顯著的研究成果

[19～21]。下面分別就巖石(體)流變?cè)囼?yàn)、理論研究、流變參數(shù)反演以及巖體邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面的研究現(xiàn)狀做一全面介紹。1。巖石(體)的流變?cè)囼?yàn)研究現(xiàn)狀1

)室內(nèi)流變力學(xué)試驗(yàn)巖石材料的室內(nèi)流變?cè)囼?yàn)是研究其流變力學(xué)性質(zhì)的主要手段和重要依據(jù)。室內(nèi)試驗(yàn)具有能夠嚴(yán)格控制試驗(yàn)的環(huán)境條件

、可以進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)、可以排除次要的影響因素

、允許物資設(shè)備多次重復(fù)使用及花費(fèi)相對(duì)較少等優(yōu)點(diǎn)。因此,室內(nèi)流變?cè)囼?yàn)可以為巖石流變特性的研究提供寶貴數(shù)據(jù)，已被研究人員廣泛接受,也成為研究巖石流變力學(xué)性質(zhì)的重要手段。(

1)單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)。巖石單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)的研究開(kāi)展得較早，成果也比較豐富。例如,Okubo等

研制開(kāi)發(fā)了剛性流變?cè)囼?yàn)機(jī),并采用該設(shè)備對(duì)大理巖、砂巖和安山巖等巖樣進(jìn)行了壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，獲得了巖石加速蠕變階段的完整應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系曲線,并建立了相應(yīng)的蠕變方程；Tsai等對(duì)Mushan砂巖進(jìn)行了多級(jí)加載—蠕變—卸載—再加載的試驗(yàn)，并把應(yīng)變分為彈性應(yīng)變和黏塑性應(yīng)變,認(rèn)為黏塑性流動(dòng)的方向與時(shí)間相關(guān)，黏塑性勢(shì)函數(shù)與塑性勢(shì)函數(shù)類似,只是形狀與時(shí)間具有相關(guān)性。陶振宇

通過(guò)對(duì)巖石流變?cè)囼?yàn)與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的比較分析,認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)流變觀測(cè)資料常常缺失初期變形資料，需要結(jié)合流變?cè)囼?yàn)資料來(lái)分析,對(duì)于不趨穩(wěn)定的蠕變情況，可根據(jù)ε-lgt曲線上的拐點(diǎn)估計(jì)蠕變破壞時(shí)間；谷耀君進(jìn)行了黃河小浪底細(xì)砂巖單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，以梯級(jí)加載方式進(jìn)行,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了疊加處理,得出蠕變隨時(shí)間的變化滿足

ε=A Blgt Ct這樣一個(gè)規(guī)律,并指出巖石的變形經(jīng)歷了壓縮

、擴(kuò)容和破壞的過(guò)程；鐘時(shí)猷等對(duì)東鄉(xiāng)銅礦砂質(zhì)頁(yè)巖進(jìn)行了6個(gè)荷載大小不同的單軸壓縮蠕變破壞試驗(yàn)和三個(gè)荷載大小不同的穩(wěn)定蠕變?cè)囼?yàn)，提出了確定·

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長(zhǎng)期強(qiáng)度的公式，初步提出定常蠕變階段和加速蠕變階段產(chǎn)生的應(yīng)變之和近乎一個(gè)

常數(shù)；王子潮等簡(jiǎn)述了高溫高壓實(shí)驗(yàn)條件下采用參數(shù)變動(dòng)法測(cè)定巖石冪次蠕變律常數(shù)的理論基礎(chǔ)和方法，該法可以利用較少數(shù)量的巖石試件得到較大溫壓范圍內(nèi)的蠕變常數(shù)；李永盛對(duì)粉砂巖、紅砂巖、泥巖、大理巖4種不同強(qiáng)度的巖石進(jìn)行了單軸壓縮條件下的蠕變和松弛試驗(yàn)，指出在定常應(yīng)力作用下,巖石材料一般都出現(xiàn)蠕變速率減小

、穩(wěn)定和增大三個(gè)變化階段,但各階段出現(xiàn)與否及其延續(xù)時(shí)間與所觀測(cè)的巖石性質(zhì)和所施加的應(yīng)力水平有關(guān)；王貴君等通過(guò)硅藻巖的單軸蠕變?cè)囼?yàn)，發(fā)現(xiàn)其長(zhǎng)期強(qiáng)度與瞬時(shí)強(qiáng)度的比值為1/5～1/4,并采用多項(xiàng)式逐步回歸分析很好地模擬了加速蠕變階段；許宏發(fā)通過(guò)對(duì)軟巖的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn),指出軟巖的彈性模量和強(qiáng)度變化規(guī)律具有相似性，都隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低；沈振中等

進(jìn)行了三峽大壩壩基花崗巖的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn),建議用Burgers模型來(lái)描述其黏彈性性質(zhì)；朱合華等通過(guò)對(duì)凝灰?guī)r干燥和飽水狀態(tài)下的單軸壓縮試驗(yàn),探討了巖石蠕變受含水狀態(tài)影響的規(guī)律性，研究表明含水量對(duì)巖石瞬時(shí)彈性模量影響較小，對(duì)極限蠕變量影響較大,還影響巖石達(dá)穩(wěn)定蠕變階段的時(shí)間；李鈾等開(kāi)展了花崗巖飽水和風(fēng)干狀態(tài)下單軸流變特性試驗(yàn)，得到飽水后花崗巖長(zhǎng)期強(qiáng)度明顯降低及流變速率和變形量明顯增大的結(jié)論；李化敏等利用自行研制的蠕變?cè)囼?yàn)裝置，采用單調(diào)連續(xù)加載和分級(jí)加載方式,對(duì)南陽(yáng)大理巖進(jìn)行了單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，認(rèn)為蠕變強(qiáng)度與瞬時(shí)強(qiáng)度之比為0.9左右,并用Burgers模型來(lái)描述蠕變曲線；范慶忠等采用重力加載式流變儀,對(duì)山東東部紅砂巖在分級(jí)加載條件下進(jìn)行了單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，重點(diǎn)觀察和分析了蠕變條件下巖石的彈性模量和泊松比的變化效應(yīng)；袁海平等對(duì)金川有色金屬公司Ⅲ礦區(qū)軟弱復(fù)雜礦巖采用分級(jí)增量循環(huán)加卸載方式進(jìn)行了蠕變?cè)囼?yàn)，分析了礦巖黏彈塑性特性的基本規(guī)律；范秋雁等

以南寧盆地泥質(zhì)軟巖為研究對(duì)象,進(jìn)行了一系列單軸壓縮無(wú)側(cè)限和有側(cè)限蠕變?cè)囼?yàn)，配合掃描電鏡,分析了泥巖蠕變過(guò)程中細(xì)觀和微觀結(jié)構(gòu)的蠕變機(jī)制,構(gòu)建蠕變

、損傷及硬化綜合曲線說(shuō)明蠕變?nèi)A段的形成機(jī)制；張明等結(jié)合錦屏一級(jí)水電站地下廠房洞室群施工

、運(yùn)行期圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定性需要,對(duì)廠區(qū)大理巖進(jìn)行了單軸和雙軸蠕變?cè)囼?yàn)。(

2)三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)。Fujii

等對(duì)Inada花崗巖和Kamisunagawa砂巖進(jìn)行了三軸蠕變?cè)囼?yàn),分析了軸向

、橫向和體積應(yīng)變?nèi)N蠕變曲線,并指出橫向應(yīng)變可用來(lái)作為蠕變?cè)囼?yàn)和常應(yīng)變速率試驗(yàn)中判斷巖石損傷的指針；Maranini等對(duì)PietraLeccese石灰?guī)r進(jìn)行了單軸和三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，研究表明蠕變變形機(jī)理主要為低圍壓下裂隙擴(kuò)展和高應(yīng)力下孔隙塌陷；彭蘇萍等對(duì)某煤層巷道的泥巖進(jìn)行了三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，結(jié)果表明每一級(jí)圍壓下均對(duì)應(yīng)一個(gè)起始流變強(qiáng)度；趙法鎖等對(duì)某工程邊坡軟巖進(jìn)行了三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，提出水對(duì)巖石的結(jié)構(gòu)和巖石力學(xué)性質(zhì)的影響；陳渠·

----Page 5-----------------------

等

對(duì)三種沉積軟巖進(jìn)行了三軸蠕變?cè)囼?yàn),探討了不同條件下巖石的強(qiáng)度和變形特

征；劉光廷等利用巖石雙軸流變?cè)囼?yàn)機(jī),對(duì)礫巖進(jìn)行了多軸流變?cè)囼?yàn),探討了干燥和飽水兩種狀態(tài)下以及不同側(cè)壓下礫巖的流變力學(xué)特性，并應(yīng)用于拱壩的穩(wěn)定分析中；徐衛(wèi)亞等采用全自動(dòng)流變伺服儀研究了錦屏2100433B

目

錄《

巖石力學(xué)與工程研究著作叢書(shū)》序《

巖石力學(xué)與工程研究著作叢書(shū)》編者的話前言

主要符號(hào)說(shuō)明

第

1章 緒論1

1.1 引言1

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2

1.3 本書(shū)主要研究成果12 第

2章 高邊坡軟弱巖帶的原位流變?cè)囼?yàn)與分析研究14

2.1 引言14

2.2 軟弱巖帶原位壓縮蠕變?cè)囼?yàn)及分析14

2。2.1 試驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)點(diǎn)地質(zhì)條件1

4

2。2.2 原位壓縮蠕變?cè)囼?yàn)的加載與測(cè)試方法1

6

2。2.3 原位壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果分析1

9

2.3 軟弱巖帶壓縮蠕變長(zhǎng)期承載能力分析24

2。3.1 等時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線2

4

2。3.2 壓縮荷載-變形等時(shí)簇曲線2

5

2。3.3 壓縮蠕變長(zhǎng)期承載力2

5

2.4 軟弱巖帶原位剪切流變?cè)囼?yàn)及分析27

2。4.1 試驗(yàn)對(duì)象與試驗(yàn)點(diǎn)地質(zhì)條件2

7

2。4.2 試驗(yàn)設(shè)備安裝與試驗(yàn)程序2

8

2。4.3 原位剪切流變?cè)囼?yàn)結(jié)果分析2

9

2.5 軟弱巖帶的長(zhǎng)期抗剪強(qiáng)度35

2。5.1 剪切流變長(zhǎng)期強(qiáng)度3

5

2。5.2 剪切流變?cè)囼?yàn)抗剪強(qiáng)度4

0

2。5.3 長(zhǎng)期抗剪強(qiáng)度4

2

2.6 小結(jié)44 第

3章 軟弱巖帶的變參數(shù)流變損傷模型與計(jì)算程序開(kāi)發(fā)45

3.1 引言45 ----Page 2-----------------------

3.2 軟弱巖帶的蠕變變形特征45

3。2.1 黏彈性性質(zhì)4

5

3。2.2 黏塑性性質(zhì)5

0

3。2.3 流變損傷性質(zhì)5

0

3.3 軟弱巖帶的流變損傷演化方程51

3。3.1 流變損傷演化方程5

1

3。3.2 流變損傷判別條件5

2

3.4 軟弱巖帶的變參數(shù)流變損傷模型53

3。4.1 流變損傷模型的本構(gòu)方程5

3

3。4.2 流變損傷模型的蠕變方程5

5

3。4.3 流變損傷模型的松弛方程5

6

3。4.4 流變損傷模型的三維表達(dá)式5

8

3.5 軟弱巖帶的變參數(shù)流變損傷計(jì)算程序60

3。5.1 流變損傷模型的差分形式6

1

3。5.2 流變損傷計(jì)算程序的開(kāi)發(fā)6

2

3。5.3 流變損傷計(jì)算程序的驗(yàn)證6

2

3.6 小結(jié)66 第

4章 高邊坡硬脆性巖體的原位流變?cè)囼?yàn)與分析研究67

4.1 引言67

4.2 硬脆性巖體原位壓縮蠕變?cè)囼?yàn)及分析67

4。2.1 試驗(yàn)對(duì)象與試驗(yàn)點(diǎn)地質(zhì)條件6

7

4。2.2 試驗(yàn)加載分級(jí)與設(shè)備安裝6

8

4。2.3 原位壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果分析6

9

4。2.4 壓縮蠕變長(zhǎng)期承載能力分析7

5

4.3 硬脆性巖體原位剪切流變?cè)囼?yàn)及分析77

4。3.1 試驗(yàn)對(duì)象與試驗(yàn)點(diǎn)地質(zhì)條件7

7

4。3.2 試驗(yàn)設(shè)備安裝與試驗(yàn)流程7

8

4。3.3 原位剪切流變?cè)囼?yàn)結(jié)果分析7

9

4。3.4 硬脆性巖體的長(zhǎng)期抗剪強(qiáng)度8

8

4。3.5 硬脆性巖體的剪切流變經(jīng)驗(yàn)方程9

8

4。3.6 硬脆性巖體的剪切流變模型1

25

4.4 硬脆性巖體的三軸蠕變?cè)囼?yàn)及分析134

4。4.1 常規(guī)三軸試驗(yàn)1

35 高邊坡巖體流變?cè)囼?yàn)與流變理論及工程應(yīng)用

----Page 3-----------------------

4。4.2 不同加卸載應(yīng)力路徑的三軸蠕變?cè)囼?yàn)1

43

4。4.3 硬脆性巖體的三軸蠕變長(zhǎng)期強(qiáng)度1

91

4。4.4 三軸蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)論2

04

4.5 硬脆性巖體的三軸蠕變破壞機(jī)制205

4。5.1 常規(guī)三軸試驗(yàn)破壞形式2

05

4。5.2 三軸蠕變破壞形式2

06

4。5.3 三軸蠕變破壞機(jī)制2

09

4。5.4 研究結(jié)論2

18

4.6 小結(jié)218 第

5章 硬脆性巖體的非線性流變模型與計(jì)算程序開(kāi)發(fā)219

5.1 引言219

5.2 考慮加載歷史的蠕變曲線處理方法219

5.3 硬脆性巖體的非線性黏彈塑性流變模型222

5。3.1 非線性流變模型的建立2

22

5。3.2 非線性流變模型的本構(gòu)方程2

24

5。3.3 非線性流變模型的蠕變方程2

25

5。3.4 非線性流變模型的松弛特性2

27

5。3.5 非線性流變模型的三維表達(dá)形式2

30

5。3.6 蠕變分段函數(shù)判別準(zhǔn)則2

32

5.4 硬脆性巖體的非線性黏彈塑性流變計(jì)算程序234

5。4.1 流變模型的差分形式2

35

5。4.2 流變模型計(jì)算程序的開(kāi)發(fā)2

39

5。4.3 非線性流變計(jì)算程序的驗(yàn)證2

40

5.5 小結(jié)245 第

6章 高邊坡巖體流變參數(shù)的反演分析研究247

6.1 引言247

6.2 巖體黏彈性變形的解析分析250

6。2.1 剛性承壓板下巖體的黏彈性變形計(jì)算2

50

6。2.2 柔性承壓板下巖體的黏彈性變形計(jì)算2

58

6.3 巖體流變參數(shù)的解析反演方法261

6。3.1 設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)2

61

6。3.2 解析反演的基本方法2

62

6。3.3 解析反演的技術(shù)路線2

62 目

錄----Page 4-----------------------

6.4 巖體流變參數(shù)的解析-智能反演方法263

6。4.1 解析-智能反演的基本方法2

64

6。4.2 解析-智能反演的技術(shù)路線2

64

6。4.3 解析-智能反演方法的具體應(yīng)用2

64

6.5 巖體流變參數(shù)的改進(jìn)二次粒子群反演方法275

6。5.1 粒子群算法原理2

75

6。5.2 流變參數(shù)改進(jìn)二次粒子群反演2

79

6。5.3 改進(jìn)二次粒子群反演方法的驗(yàn)證2

81

6。5.4 大崗山軟弱巖帶流變參數(shù)的改進(jìn)二次粒子群反演2

83

6.6 小結(jié)286 第

7章 大崗山高邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定三維非線性流變數(shù)值計(jì)算分析287

7.1 引言287

7.2 計(jì)算條件288

7.3 壩區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)的反演293

7.4 邊坡開(kāi)挖流變數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析295

7。4.1 邊坡開(kāi)挖位移場(chǎng)變化規(guī)律2

95

7。4.2 邊坡開(kāi)挖應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律3

02

7。4.3 邊坡開(kāi)挖塑性區(qū)分布規(guī)律3

10

7。4.4 邊坡開(kāi)挖損傷區(qū)分布規(guī)律3

12

7.5 小結(jié)314 第

8章 高邊坡監(jiān)測(cè)智能分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用316

8.1 引言316

8.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)與總體設(shè)計(jì)要求316

8。2.1 系統(tǒng)研發(fā)目標(biāo)3

16

8。2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求3

17

8.3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程319

8.4 系統(tǒng)運(yùn)行模式與架構(gòu)320

8。4.1 C/S結(jié)構(gòu)3

20

8。4.2 SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)3

22

8。4.3 ADO數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)3

22

8.5 系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能323

8。5.1 系統(tǒng)構(gòu)成3

24

8。5.2 系統(tǒng)主要功能3

24 高邊坡巖體流變?cè)囼?yàn)與流變理論及工程應(yīng)用

----Page 5-----------------------

8.6 邊坡變形預(yù)測(cè)分析模型及在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)331

8。6.1 邊坡變形預(yù)測(cè)分析模型3

32

8。6.2 邊坡變形預(yù)測(cè)的逐步回歸分析及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3

33

8.7 邊坡監(jiān)測(cè)智能分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工程應(yīng)用336

8。7.1 系統(tǒng)在龍灘水電站高邊坡工程中的應(yīng)用3

36

8。7.2 系統(tǒng)在錦屏一級(jí)水電站高邊坡工程中的應(yīng)用3

51

8.8 小結(jié)359 參考文獻(xiàn)

360 目

錄

本書(shū)是“巖石力學(xué)與工程研究著作叢書(shū)”之一，該書(shū)以作者在巖體流變理論、相關(guān)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、反演分析及其工程應(yīng)用等方面的研究工作為基礎(chǔ)，分8個(gè)章節(jié)，對(duì)巖石流變理論與解析方法、黏彈性巖體結(jié)構(gòu)變形解析與穩(wěn)定理論、巖體流變有限元模擬理論及方法、巖體流變位移的反演理論、巖體流-固耦合流變模型及其數(shù)值模擬等方面作了全面詳細(xì)的介紹。該書(shū)可供從事相關(guān)工作的人員作為參考用書(shū)使用。

第1章 緒論

1.1 巖體流變實(shí)驗(yàn)與理論研究

1.2 巖體流變數(shù)值模擬及工程應(yīng)用研究

1.3 含缺陷巖體流變力學(xué)研究

1.4 巖體流變參數(shù)反演研究

1.5 本書(shū)的主要內(nèi)容

第2章 巖石流變理論與解析方法

2.1 巖石流變模型

2.1.1 基本模型及流變特性

2.1.2 模型選取原則

2.1.3 模型參數(shù)辨識(shí)

2.2 三維本構(gòu)關(guān)系與解析方法

2.2.1 流變微分型本構(gòu)關(guān)系的一維通式

2.2.2 三維本構(gòu)關(guān)系

2.2.3 象空間中的黏彈性參數(shù)變換式

2.2.4 黏彈性問(wèn)題的解析求解方法

2.2.5 黏彈性問(wèn)題求解示例

2.3 現(xiàn)場(chǎng)流變荷載實(shí)驗(yàn)解析

2.3.1 黏彈性一般解

2.3.2 不同流變模型下的變形分析

. 2.3.3 黏彈性參數(shù)與模型識(shí)別實(shí)例

2.4 三軸蠕變實(shí)驗(yàn)與解析解

2.4.1 三軸蠕變實(shí)驗(yàn)

2.4.2 三軸蠕變實(shí)驗(yàn)解析與參數(shù)識(shí)別

2.4.3 花崗巖三軸蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.5 巖石蠕變變形全過(guò)程

2.5.1 巖石蠕變變形全過(guò)程分析

2.5.2 巖石蠕變?nèi)^(guò)程本構(gòu)方程

2.5.3 巖石蠕變?nèi)^(guò)程本構(gòu)方程的應(yīng)用

第3章 黏彈性巖體結(jié)構(gòu)變形解析與穩(wěn)定理論

3.1 黏彈性巖板彎曲理論

3.1.1 單邊自由固支巖板的黏彈性解析

3.1.2 復(fù)雜邊界巖板的黏彈性分析

3.2 黏彈性巖板穩(wěn)定性分析

3.2.1 巖層黏彈性分析的薄板力學(xué)模型

3.2.2 線黏彈性巖板的穩(wěn)定平衡方程

3.2.3 巖板的臨界載荷

3.3 黏彈性巖梁變形分析

3.3.1 黏彈性地基仁巖梁的力學(xué)模型

3.3.2 黏彈性地基上巖梁力學(xué)行為分析實(shí)例

3.4 黏彈性巖梁屈曲穩(wěn)定分析

3.4.1 直立順層邊坡蠕變屈曲的微分方程

3.4.2 直立順層邊坡壓屈的時(shí)間相關(guān)性分析

3.4.3 直立邊坡屈曲載荷與極限坡高分析

3.5 層狀巖體的變形與分叉

3.5.1 巖層平衡路徑分支與分叉點(diǎn)

3.5.2 巖梁在分叉點(diǎn)的穩(wěn)定性及后屈曲性態(tài)

3.5.3 巖層失穩(wěn)災(zāi)變判據(jù)及實(shí)例

3.5.4 考慮不同拉壓特性的邊坡巖層屈曲變形

3.5.5 層狀邊坡疊梁結(jié)構(gòu)屈曲性態(tài)分析

3.6 黏彈性巖板動(dòng)力分析

3.6.1 黏彈性薄板振動(dòng)微分方程

3.6.2 不同黏彈性模型巖板振動(dòng)分析比較

第4章 巖體流變有限元模擬理論及方法

4.1 黏彈塑性有限元基本方程

1.1.1 有限單元法基本方程

1.1.2 黏彈塑性有限單元法基本方程

4.2 巖體黏彈塑性損傷有限元分析

4.2.1 巖體黏彈塑性損傷本構(gòu)模型與損傷演化方程

4.2.2 巖體黏彈塑性損傷有限元分析方程

1.2.3 有限元分析程序設(shè)計(jì)

1.2.4 黏彈塑性損傷分析實(shí)例

4.3 黏彈塑性問(wèn)題大變形分析

1.3.1 巖體黏彈塑性大變形仿真模擬

4.3.2 黏彈塑性損傷大變形有限元分析及其實(shí)施過(guò)程

4.4 巖石斷裂過(guò)程的有限元模擬

1.4.1 基本方程

1.4.2 巖石斷裂過(guò)程有限元模擬的應(yīng)用

4.5 巖體流變加速變形與穩(wěn)定性

1.5.1 巖體流變加速變形系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題

1.5.2 單元慣性力矩陣的積分

1.5.3 流變加速變形分析實(shí)例

第5章 巖體流變位移的反演理論

5.1 反演理論概述

5.2 反演分析的基本理論

5.2.1 初始地應(yīng)力與等效節(jié)點(diǎn)力

5.2.2 線彈性位移反演方程

5.3 黏彈性反分析的基本方程

5.3.1 黏彈性問(wèn)題的簡(jiǎn)化

5.3.2 黏彈性本構(gòu)關(guān)系

5.3.3 黏彈性有限元位移反分析的基本方程

5.4 隧道圍巖流變參數(shù)反演方程

5.4.1 消除部分位移丟失的修正方程

5.4.2 考慮空間效應(yīng)的修正方程

5.5 隧道圍巖黏彈性參數(shù)的反演方法

5.5.1 參數(shù)回歸反演法

5.5.2 參數(shù)優(yōu)化反演法

5.6 直接反分析法

5.6.1 優(yōu)化反分析法

5.6.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)反分析法

5.7 量測(cè)支護(hù)位移反分析

5.7.1 量測(cè)支護(hù)位移的線彈性增量反分析

5.7.2 支護(hù)條件下黏彈性位移反分析

5.7.3 支架荷載反分析

第6章 巖體流-固耦合流變模型及其數(shù)值模擬

6.1 概述

6.2 流-固耦合流變分析的平衡方程

6.2.1 平衡方程的基本格式

6.2.2 平衡方程的空間離散

6.2.3 平衡方程的時(shí)間離散

6.3 連續(xù)性方程

6.3.1 連續(xù)性方程的基本格式

6.3.2 連續(xù)性方程的空間離散

6.3.3 連續(xù)性方程的時(shí)間離散

6.4 總體控制方程及應(yīng)用

6.4.1 總體控制方程

6.4.2 流-固耦合流變損傷分析總體方程

6.4.3 流-固耦合流變分析示例

第7章 巖體流-固-熱耦合流變模型及其數(shù)值模擬

7.1 概述

7.2 流-固-熱耦合分析平衡方程

7.2.1 本構(gòu)方程

7.2.2 平衡方程的空間離散

7.2.3 平衡方程的時(shí)間離散

7.3 連續(xù)性方程

7.3.1 連續(xù)性方程的基本格式

7.3.2 連續(xù)性方程的空間離散

7.3.3 連續(xù)性方程的時(shí)間離散

7.4 能量守恒方程

7.4.1 物體導(dǎo)熱的傅里葉定律

7.4.2 巖體能量守恒方程

7.4.3 能量方程的有限元格式

7.5 總體控制方程及有限元實(shí)施分析

7.5.1 流-固-熱耦合流變分析總體方程

7.5.2 流-固-熱耦合流變損傷分析總體方程

7.5.3 理論模型在儲(chǔ)存lng巖洞工程中的應(yīng)用

第8章 巖體流變數(shù)值模擬工程應(yīng)用

8.1 施工建造過(guò)程的模擬

8.1.1 開(kāi)挖模擬方法

8.1.2 噴射混凝土和襯砌支護(hù)模擬

8.1.3 錨桿支護(hù)的模擬

8.1.4 增加荷載的模擬

8.2 巖體結(jié)構(gòu)特征及非線性問(wèn)題的模擬

8.3 巖體流變有限元分析步驟

8.4 隧道圍巖流變有限元分析

8.4.1 計(jì)算模型與計(jì)算參數(shù)

8.4.2 計(jì)算結(jié)果分析

8.5 地下儲(chǔ)油巖洞流變有限元分析

8.5.1 計(jì)算分析模型及參數(shù)

8.5.2 流變數(shù)值模擬結(jié)果分析

主要參考文獻(xiàn)

附錄 主要參數(shù)說(shuō)明 2100433B

本書(shū)基于巖體流變基本理論，以作者在巖體流變理論、相關(guān)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、反演分析及其工程應(yīng)用等方面的研究工作為基礎(chǔ)，對(duì)不同應(yīng)力狀態(tài)下巖石黏彈塑性變形全過(guò)程的表述方式、對(duì)應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系，建立了包括加速流變過(guò)程的巖石三維黏彈塑性分析方程；對(duì)巖體巖梁與巖板結(jié)構(gòu)，探討了黏彈性變形解析、分岔失穩(wěn)與屈曲穩(wěn)定理論； 對(duì)巖體流變有限元模擬方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，包括巖體黏彈塑性分析、流變反演理論、流變損傷、斷裂、大變形、流-固耦合與流-固-熱耦合流變分析和數(shù)值模擬等；同時(shí)，介紹了相關(guān)理論和模擬方法的工程應(yīng)用，涉及隧道工程、地下油氣儲(chǔ)庫(kù)工程等。

本書(shū)適用于力學(xué)、水利、交通、石油、采礦、巖土工程及相關(guān)領(lǐng)域科研人員使用，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和本科生的教學(xué)參考書(shū)。