斜坡非飽和帶低滲透巖石結(jié)構(gòu)體風(fēng)化前鋒擴(kuò)展過(guò)程研究基本信息

以斜坡非飽和帶典型低滲透巖石結(jié)構(gòu)體為對(duì)象，借助各類觀察、分析、測(cè)試、試驗(yàn)與計(jì)算手段，通過(guò)對(duì)其精細(xì)結(jié)構(gòu)與水理行為，地下水入侵、貯存及更新過(guò)程；礦物-地下水的反應(yīng)類型、直觀證據(jù)與熱力學(xué)基礎(chǔ)、溶解過(guò)程的時(shí)空連續(xù)性，風(fēng)化前鋒的多尺度續(xù)性，優(yōu)先溶解的結(jié)構(gòu)缺陷-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)協(xié)同約束，析出組分存在形式、淋失機(jī)理、極限遷移距離與核形石鈍化機(jī)制；腐巖殼化學(xué)-礦物-微結(jié)構(gòu)演化、耦合溫濕度的腐巖殼 核形石小尺度應(yīng)力場(chǎng)波動(dòng)、次生微、宏縫的形成與擴(kuò)展，巖石→腐巖等容轉(zhuǎn)換，腐巖殼吸濕吸水特性與脹縮行為及其對(duì)非飽和帶濕度-水量維持、礦物連續(xù)溶解及風(fēng)化前鋒擴(kuò)展的影響；腐巖殼誘發(fā)的宏觀結(jié)構(gòu)面、巖體強(qiáng)度衰減、變形特性劣化、斜坡地下水徑流模式及水-力耦合顯現(xiàn)程度演變等細(xì)節(jié)的研究，解決溶解液補(bǔ)給-交替、前鋒擴(kuò)展及其自驅(qū)動(dòng)效應(yīng)與巖體穩(wěn)定性響應(yīng)等核心問(wèn)題，查明斜坡非飽和帶低滲透巖石結(jié)構(gòu)體風(fēng)化前鋒的擴(kuò)展過(guò)程及其對(duì)斜坡災(zāi)害孕育的貢獻(xiàn)。

巖石是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)作用形成的各種礦物的天然集合體，具有明顯的非均質(zhì)性和各向異性特性。而巖土工程失穩(wěn)表現(xiàn)為典型的時(shí)效漸進(jìn)破壞過(guò)程，探討非均勻性巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展速度效應(yīng)勢(shì)在必行。本項(xiàng)目以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究非均勻性巖石在不同載荷條件下裂紋擴(kuò)展的機(jī)制，揭示巖石裂紋擴(kuò)展過(guò)程中內(nèi)部缺陷動(dòng)態(tài)演化過(guò)程及演化機(jī)理，建立巖石的裂紋擴(kuò)展與宏觀破壞之間的關(guān)系；試驗(yàn)研究非均勻性巖石不同應(yīng)力狀態(tài)亞臨界裂紋擴(kuò)展規(guī)律，獲得相應(yīng)的亞臨界裂紋擴(kuò)展時(shí)間相關(guān)參數(shù)；建立非均勻性巖石裂紋亞臨界擴(kuò)展速率方程，確立裂紋擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)方向，建立裂紋亞臨界擴(kuò)展速度與活化能、斷口形貌及破壞模式之間的定量關(guān)系；探討時(shí)間相關(guān)性巖土工程穩(wěn)定性與其力學(xué)性能弱化之間的規(guī)律，預(yù)測(cè)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的極限時(shí)間；數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)在不同條件下的應(yīng)力和變形及非均勻性巖石裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展規(guī)律；將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程，檢驗(yàn)其有效性。

本項(xiàng)目組根據(jù)申請(qǐng)書(shū)和計(jì)劃書(shū)的研究?jī)?nèi)容及研究進(jìn)度計(jì)劃開(kāi)展研究工作。四年來(lái)，項(xiàng)目執(zhí)行順利，達(dá)到了預(yù)期的研究目的，取得了新的研究成果。 其主要內(nèi)容為：考慮巖石非均勻性特性時(shí)的裂紋亞臨界擴(kuò)展速度效應(yīng)，在理論、試驗(yàn)、數(shù)值模擬與應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。通過(guò)非均勻性巖石雙扭試驗(yàn)，測(cè)定松弛曲線，建立了不同方向的裂紋亞臨界擴(kuò)展速度與裂紋擴(kuò)展參數(shù)的關(guān)系，從擴(kuò)展能量出發(fā)研究裂紋擴(kuò)展，確定不同條件下裂紋擴(kuò)展的起裂條件、門(mén)檻值及巖橋貫通方式；通過(guò)核磁共振試驗(yàn)，測(cè)定弛豫時(shí)間，探討內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)成像規(guī)律、孔隙度、孔隙尺寸分布規(guī)律、細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化及損傷累積規(guī)律；通過(guò)巖石斷裂表面微觀形貌試驗(yàn)，建立裂紋亞臨界擴(kuò)展速度與形貌特征參數(shù)的關(guān)系；以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，探討非均勻性巖石亞臨界裂紋擴(kuò)展的機(jī)制，分析非均勻性巖石結(jié)構(gòu)的在不同載荷條件下的應(yīng)力、變形及巖石裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展規(guī)律，確立三個(gè)主軸方向及其彈性參數(shù)，推導(dǎo)非均勻性巖石初始等效柔度張量及裂紋擴(kuò)展引起的附加柔度張量，探討內(nèi)部缺陷的動(dòng)態(tài)損傷演化效應(yīng)，建立非均勻性巖石本構(gòu)模型，確立裂紋快速擴(kuò)展的條件，預(yù)測(cè)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的極限時(shí)間；結(jié)合具體邊坡工程，進(jìn)行穩(wěn)定性分析及加固措施以檢驗(yàn)其有效性。 研究發(fā)現(xiàn)：各個(gè)節(jié)理傾角下的lgKI –lgV關(guān)系都有很好的線性規(guī)律，斷裂韌度KIC、松弛最大荷載Pmax、單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量均隨層理面傾角的增大呈“U”型變化趨勢(shì)；裂紋擴(kuò)展的極限時(shí)間隨拉應(yīng)力的增加而減小，極限時(shí)間對(duì)節(jié)理傾角的變化的靈敏度不同，拉應(yīng)力越小時(shí)，臨界時(shí)間受節(jié)理傾角的影響越大；分形維數(shù)能較好的表述裂紋擴(kuò)展形成的斷口斷面；核磁共振孔隙度與浸泡時(shí)間成指數(shù)衰減函數(shù)關(guān)系，與單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量成線性關(guān)系。

形態(tài)特征

圈足外墻稍削，微微倒棱，內(nèi)墻斜削。也有外墻不削，只削內(nèi)墻，形成外墻高、內(nèi)墻低的斜坡底。 2100433B