灌水泥漿硬性結(jié)構(gòu)面壓剪強(qiáng)度特性與蠕變特性研究結(jié)題摘要

針對灌漿節(jié)理的剪切強(qiáng)度特性與蠕變特性開展研究。利用數(shù)值試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)方法對于灌漿節(jié)理進(jìn)行壓剪破壞試驗(yàn)和蠕變破壞試驗(yàn)，對其變形特點(diǎn)、破壞特點(diǎn)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(jì)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(qiáng)度準(zhǔn)則，比Barton準(zhǔn)則更好地反映節(jié)理面強(qiáng)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(qiáng)度模型，能比較好地反映灌漿節(jié)理峰值強(qiáng)度隨形貌參數(shù)、灌漿充填度、法向應(yīng)力以及灌漿強(qiáng)度與巖壁強(qiáng)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(qiáng)度的新方法，用于灌漿節(jié)理長期強(qiáng)度的變化研究。提出流變瞬時(shí)強(qiáng)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(yàn)和壓剪蠕變破壞試驗(yàn)；分析灌漿節(jié)理裂隙的破壞機(jī)制和強(qiáng)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(diǎn)，研究快速試驗(yàn)、客觀推斷灌漿節(jié)理裂隙長期強(qiáng)度的新方法，并由壓剪蠕變試驗(yàn)結(jié)果推斷灌漿節(jié)理裂隙的長期壓剪強(qiáng)度；建立引入強(qiáng)度時(shí)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(qiáng)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(jì)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(jià)值；將促進(jìn)合理利用固結(jié)灌漿或注漿在強(qiáng)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(jì)難題，保障國家重大工程項(xiàng)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(yàn)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(shí)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(yàn)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(qiáng)度的試驗(yàn)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(yàn)，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(qiáng)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(yàn)和剪切蠕變試驗(yàn)，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(qiáng)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(shí)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(jià)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(shí)加載剪切試驗(yàn)和剪切流變試驗(yàn)，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(jià)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(shí)荷載及長期荷載作用下的強(qiáng)度特性的異同，建立考慮結(jié)構(gòu)面粗糙度特性的強(qiáng)度公式；尋找一種合適的結(jié)構(gòu)面長期強(qiáng)度的評價(jià)方法，提出描述結(jié)構(gòu)面長期強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，建立結(jié)構(gòu)面長期強(qiáng)度評價(jià)體系；應(yīng)用上述的研究成果及數(shù)值計(jì)算軟件，對邊坡工程和地下工程圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià)。

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(qiáng)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(qiáng)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(shí)間方面，認(rèn)為所有種類鋼的斷裂強(qiáng)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(gè)結(jié)果，在前面報(bào)導(dǎo)中推測的結(jié)果是鐵素體系耐熱鋼的基體蠕變強(qiáng)度不論鋼種是否不同都是同等程度，另一方面，碳鋼蠕變強(qiáng)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(qiáng)度比耐熱鋼的斷裂強(qiáng)度小，其裂壽命短1-2位數(shù)。

2.碳鋼蠕變斷裂強(qiáng)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(shí)間方面表示出的共同斷裂強(qiáng)度對應(yīng)力的依賴性為同等程度。

3.碳鋼的蠕變斷裂強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度分散程度相當(dāng)大 。