灌水泥漿硬性結(jié)構(gòu)面壓剪強度特性與蠕變特性研究

針對灌漿節(jié)理的剪切強度特性與蠕變特性開展研究。利用數(shù)值試驗、室內(nèi)試驗方法對于灌漿節(jié)理進(jìn)行壓剪破壞試驗和蠕變破壞試驗，對其變形特點、破壞特點和破壞機(jī)制進(jìn)行了深入研究分析。利用激光掃描儀，對劈裂張開型節(jié)理面進(jìn)行掃描，在此基礎(chǔ)上將節(jié)理表面離散成三角網(wǎng)，提出了一種新的基于三維均方根抵抗角的節(jié)理面粗糙度分形描述方法，用于描述節(jié)理粗糙度的各向異性特性；以Barton提出的十條標(biāo)準(zhǔn)節(jié)理剖面線為研究對象，建立一種新的JRC計算公式，從而使JRC的估算公式不再依賴于離散間距。引入節(jié)理三維形貌參數(shù)，建立了節(jié)理峰值剪切強度準(zhǔn)則，比Barton準(zhǔn)則更好地反映節(jié)理面強度；建立了考慮三維形貌特征的充填水泥漿巖石節(jié)理峰值剪切強度模型，能比較好地反映灌漿節(jié)理峰值強度隨形貌參數(shù)、灌漿充填度、法向應(yīng)力以及灌漿強度與巖壁強度比等的影響。研究建立了客觀推斷巖塊或節(jié)理的長期強度的新方法，用于灌漿節(jié)理長期強度的變化研究。提出流變瞬時強度概念，建立了描述巖塊和節(jié)理面的非線性粘彈塑性流變破壞模型；針對灌漿節(jié)理，研究并提出了灌漿節(jié)理的非線性粘彈塑性流變破壞模型。 2100433B

以灌水泥漿的節(jié)理裂隙等灌漿硬性結(jié)構(gòu)面為研究對象，利用三軸室等設(shè)備對灌漿節(jié)理裂隙進(jìn)行壓剪破壞試驗和壓剪蠕變破壞試驗；分析灌漿節(jié)理裂隙的破壞機(jī)制和強度特性，建立壓剪條件下灌漿節(jié)理裂隙的屈服準(zhǔn)則；分析其蠕變特點，研究快速試驗、客觀推斷灌漿節(jié)理裂隙長期強度的新方法，并由壓剪蠕變試驗結(jié)果推斷灌漿節(jié)理裂隙的長期壓剪強度；建立引入強度時效性的灌漿節(jié)理裂隙非線性粘彈塑性蠕變模型。研究成果具有創(chuàng)新性，將拓展和完善巖體的強度理論和流變理論體系，推動巖石力學(xué)理論向深度和廣度發(fā)展，為有限元等數(shù)值方法計算分析灌漿巖體的破壞機(jī)制、穩(wěn)定性和長期變形奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論價值；將促進(jìn)合理利用固結(jié)灌漿或注漿在強度、蠕變方面的加固作用，有助于經(jīng)濟(jì)合理地解決工程設(shè)計難題，保障國家重大工程項目的安全，并推動固結(jié)灌漿或注漿加固技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，具有重要的工程意義和經(jīng)濟(jì)意義。

本課題通過對巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗的研究，利用剪切位移曲線及擴(kuò)容曲線，深入系統(tǒng)地認(rèn)識結(jié)構(gòu)面的瞬時力學(xué)特性和變形破壞規(guī)律；通過對不同角度、不同粗糙度結(jié)構(gòu)面剪切流變試驗的研究，分析歸納應(yīng)力水平、結(jié)構(gòu)面的粗糙度等因素對結(jié)構(gòu)面蠕變特性的影響及其變化規(guī)律，并得到了合理確定結(jié)構(gòu)面長期強度的試驗方法和理論依據(jù)；通過含綠片巖軟弱結(jié)構(gòu)面的大理巖試件的剪切蠕變室內(nèi)試驗，建立了非線性剪切流變本構(gòu)模型，并對結(jié)構(gòu)面的長期強度特性進(jìn)行了研究；利用FLAC3D軟件建立不同結(jié)構(gòu)面角度的三維規(guī)則齒形結(jié)構(gòu)面模型，進(jìn)行不同應(yīng)力水平條件下的結(jié)構(gòu)面常規(guī)剪切試驗和剪切蠕變試驗，分析了不同結(jié)構(gòu)面角度和應(yīng)力水平對結(jié)構(gòu)面強度和變形特性的影響。 2100433B

由于巖體中存在著結(jié)構(gòu)面，使得巖體成為一種極為復(fù)雜的介質(zhì)，加大了巖體穩(wěn)定性研究的難度。因此，系統(tǒng)地研究結(jié)構(gòu)面在瞬時荷載和長期荷載作用下的力學(xué)特性，是從本質(zhì)上解決這一難題的必經(jīng)之路。本課題以Barton提出的評價結(jié)構(gòu)面粗糙度的方式為基礎(chǔ)，通過規(guī)則齒型結(jié)構(gòu)面及天然巖體結(jié)構(gòu)面的瞬時加載剪切試驗和剪切流變試驗，利用結(jié)構(gòu)面的剪切位移曲線和剪切擴(kuò)容曲線，建立一套定量評價結(jié)構(gòu)面粗糙度對力學(xué)特性影響的方法；綜合考慮各種不同的影響因素，探討結(jié)構(gòu)面的非線性變形機(jī)理，建立引入結(jié)構(gòu)面粗糙度參數(shù)且考慮結(jié)構(gòu)面非線性特性的剪切本構(gòu)方程和流變本構(gòu)方程；分析對比結(jié)構(gòu)面在瞬時荷載及長期荷載作用下的強度特性的異同，建立考慮結(jié)構(gòu)面粗糙度特性的強度公式；尋找一種合適的結(jié)構(gòu)面長期強度的評價方法，提出描述結(jié)構(gòu)面長期強度的經(jīng)驗公式，建立結(jié)構(gòu)面長期強度評價體系；應(yīng)用上述的研究成果及數(shù)值計算軟件，對邊坡工程和地下工程圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性評價。

由于氧化使蠕變斷裂壽命顯著降低的部分?jǐn)?shù)據(jù)排除在外。耐熱鋼的蠕變強度在100MPa以上的應(yīng)力區(qū)，根據(jù)鋼的不同而有很大差異，如換算成斷裂壽命則分散在4位數(shù)或4位以上寬的范圍內(nèi)。但斷裂強度的分散程度隨著應(yīng)力的下降而減少，在低應(yīng)力的高溫長時間方面，認(rèn)為所有種類鋼的斷裂強度換算成斷裂壽命，都有收斂在1位數(shù)很窄范圍內(nèi)的傾向。根據(jù)這個結(jié)果，在前面報導(dǎo)中推測的結(jié)果是鐵素體系耐熱鋼的基體蠕變強度不論鋼種是否不同都是同等程度，另一方面，碳鋼蠕變強度特性與耐熱鋼有很大的不同，認(rèn)為有以下特征。

1.碳鋼的蠕變強度比耐熱鋼的斷裂強度小，其裂壽命短1-2位數(shù)。

2.碳鋼蠕變斷裂強度對應(yīng)力的依賴性、數(shù)據(jù)段的梯度，在200MPa以下很寬的范圍內(nèi)幾乎是一定的，與耐熱鋼在低應(yīng)力、長時間方面表示出的共同斷裂強度對應(yīng)力的依賴性為同等程度。

3.碳鋼的蠕變斷裂強度，換算成破斷裂壽命，分散在一位數(shù)范圍內(nèi)?；瘜W(xué)成分差別很大的10種耐熱鋼蠕變斷裂強度，與在低應(yīng)力方面收斂在相同程度范圍內(nèi)相比較，碳鋼蠕變裂裂強度分散程度相當(dāng)大 。