锦屏大理岩卸荷流变力学特性的研究.pdf

摘要捅要结合国家自然科学基金项目,以锦屏二级水电站辅助洞大理岩为主要研究对象,在大量试验的基础上,主要开展了以下几方面研究工作:①大理岩三轴卸围压变形特性;②考虑卸荷影响的大理岩三维弹黏塑性本构模型;③大理岩节理剪切流变变形特性;④考虑法向应力影响的剪切流变本构模型。主要研究成果如下: (1)开展了大理岩瞬时三轴卸围压变形试验,分析了卸荷应力路径下大理岩试件的变形规律。在详细分析岩石卸荷扩容特性的基础上,提出了新的屈服准则,并从理论上推导了可考虑卸围压扩容特性的岩石本构模型。(2)开展了锦屏大理岩三轴卸围压流变试验,分析了岩样轴向和侧向变形的规律。试验结果表明:在恒轴压分级卸围压的应力路径下,侧向的蠕变发展要较轴向快。破坏前,侧向稳定蠕变速率的增幅是轴向增幅的2倍。因此,通常仅采用轴向蠕变变形规律确定的三维流变本构就不能很好地反映侧向的蠕变变形规律。(3)建立了能够考虑卸荷应力路径影响的三维弹黏塑性本构模型。该模型从体积应力和偏应力的角度出发,全面反映了大理岩在恒轴压卸围压应力路径下的蠕变变形规律,克服了理论流变模型在三维状态不能考虑应力路径的影响且不能很好反映侧向流变变形规律的缺点。(4)开展了锦屏大理岩节理常规剪切流变试验和剪切应力恒定分级卸法向荷载的剪切流变试验。并对两类试验结果进行分析,总结了节理蠕变变形规律。重点分析了法向应力对节理剪切蠕变变形的影响,研究表明,岩石节理在法向卸荷过程中存在一个过渡应力,当法向应力卸荷至过渡应力时,节理开始剪切滑移。(5)根据岩石节理剪切应力恒定分级卸法向荷载的剪切流变试验结果分析, 在传统老化理论的基础上,提出了考虑法向应力影响的节理剪切流变本构模型。该模型从加载瞬时阶段即可考虑法向应力的影响,并较好地描述节理蠕变的衰减蠕变和定常蠕变阶段。同时,能够反映不同应力组合(不同的法向应力和剪切应力)下的节理剪切蠕变特性。申请同济大学工学博+学位论文(6)采用三维Burgers模型和考虑卸荷路径的三维弹黏塑性本构模型的解析解对锦屏二级水电站引水隧洞的围岩位移进行了预测。并对预测结果进行对比。结果表明,两种方法所预测的结果差异较大,而考虑的卸荷路径的三维弹黏塑性本构模型的预测结果更接近实际规律。关键词:岩石节理蠕变试验卸荷应力路径变形特性流变本构模型 Abstract ABSTRACT The following main contents pleted based on mechanical properties of marble inJinping Hydropower Station and supported by the Natural Science Foundation of China(Grant &50639090):1)the deformation characteristics ofmarbel under loading andunloading conditions;2)a 3-D elastic visco-pastic constitutive model considering the effect of lateralunloading;3) studying on Rock joints loading andunloading rheological testsand deformation properties;4)rheological model ofrockjoints considering normal stress. The mainachievements from thesestudies isasfollows: 1)Tests on marbledeformationproperties under instantaneous loading and unloading conditions were conducted by aMTS machine for rock mechanics,volumetric deformation following theunloading path wereanalyzed in thatvolumetricdeformation ofmarble was characterized by sharp dilatancyunder thedivergence indifferent specimens,the same dilatancy behavior Wasfound inbothloading andunloading con