锦屏大理岩时效性力学试验及本构模型研究

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随着西部大开发的进行,重大的水利水电工程也相继开工建设,大埋深岩石工程不断涌现,工程所处的地应力条件和地质状况也更加复杂,在力学性质方面与浅部工程相比,表现出较大差异,这主要体现在:开挖卸荷后,出现片帮,膨胀脆碎及岩爆现象;岩体有明显的蠕变特征,这些现象的产生有一共同特点,即与时间有关,随着时间的增加,其岩体的力学性质也随之发生变化,因此,有必要对岩石进行与时间有关的卸荷试验和蠕变试验。鉴于此,作者对锦屏Ⅱ二级水电站深埋引水隧洞大理岩进行了时效性卸荷试验研究及时效性力学性质试验研究。研究主要内容和所得结论如下:(1)进行了锦屏大理岩的时效性卸围压试验,卸围压过程中侧向变形是岩石破坏的主要原因;岩石的弹性模量和泊松比与卸荷围压呈现非线性关系,弹性模量与卸荷围压呈正比例关系,泊松比则相反。(2)对大理岩进行单轴分级压缩时效性力学试验,试验结果表明,侧向变形约为轴向变形2-3倍,侧向变形对岩石工程的变形发展更有预知性;在恒定应力下,泊松比是一个随时间而变化的量,即随着时间的增加而增大;岩石强度超过某一门槛值时,具有随时间增加而劣化的效应,并与时间呈现出负指数关系。(3)对试验数据进行整理,分析岩样损伤特性和破坏机理,提炼出岩石强度的时效性特征,结合前人研究成果,把岩石的损伤理论和数学中分数阶概念引入蠕变模型,建立适用于该大理岩的基于分数阶的损伤蠕变本构模型。
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