高应力条件下层状岩体力学特性及时效破裂机制研究

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1、分类号密级UDC编号硕士学位论文高应力条件下层状岩体力学特性及时效破裂机制研究学位申请人姓名:程鹏申请学位学科专业:岩土工程指导教师姓名:丁秀丽教高黄书岭高工2015年6月硕士学位论文高应力条件下层状岩体力学特性及时效破裂机制研究论文作者：程鹏指导教师：丁秀丽教高黄书岭高工学科专业：岩土工程研究方向：岩石力学数值计算长江科学院2015年6月TheRESEARCHOFMECHANICALPROPERTIESANDTIME-DEPENDENTFRACTUREMECHANISMSOFTHELAYEREDROCKUNDERHIGHSTRESSCONDITION

2、SAThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementFortheMasterDegreeofEngineeringByChengPengChangjiangRiverScientificResearchInstituteSupervisor:DingXiuliHuangShulingAcademicTitle:ProfessorAssociateProfessorJune,2015学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研宄工作所取得的研

3、究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年（月〇日学位论文版权使用梭权书学位论文作者完全了解长江科学院(以下简称长科院)有关保留、使用学位论文的规定，S卩：研宄生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于长科院。长科院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；长科院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。作者签

4、名:.祕导师签名：曰期年6月丨>曰曰期年6月/I曰本人已经认真阅读“CALIS高校学位论文全文数据库发布章程”,同意将本人的学位论文提交“CALIS高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的规定享受相关权益。同意论文提交后滞后：□半年；□一年；□二年发布。作者签名:导师签名：曰期【年6月/>曰日期A/r年么月/is摘要层状岩体的力学特性及时效破裂演化规律是岩石力学领域重要的研究课题之一。大量实例表明，层状岩体工程的失稳与破坏很多都存在着滞后性，特别是在高地应力环境中开挖卸荷，需要很长一段时间调整岩体应力从而达到新的平衡，有时甚至会发生时滞性

5、岩爆和时效大变形，严重危害工程的施工安全与长期稳定。因此，层状岩体在高应力条件下的力学特性和时效细观破裂演化规律需要进行更深入的认识和研究。鉴于此，本文在丹巴石英云母片岩真三轴试验的基础上，借助三维颗粒离散元理论，引入SJ模型、PSC模型和超级单元clump技术，构建了符合层状岩体的细观力学模型，对不同结构面及不同应力状态和应力路径下层状岩体的力学特性和时效破裂进行了研究。本文的主要研究工作如下：1．以指数型细观内应力驱动的损伤速率和三维颗粒离散元为基础，结合能够描述细观层面时效破裂的PSC模型和描述节理效应的SJ模型，提出了能够模拟层状岩体时效破裂效

6、应的细观力学计算方法，用于模拟岩体的瞬态和时效破裂的结构面效应。同时，结合三维颗粒离散元和地震矩张量理论，给出了模拟岩体瞬态和时效破裂的AE计算方法及空间定位方法。2．基于三维颗粒流理论，通过引入SJ模型、PSC模型和超级单元clump技术，并依据丹巴水电站石英云母片岩的SEM矿物成份检测结果，建立了基于矿物形颗粒状的层状岩体细观结构模型，根据真三轴瞬态压缩试验和流变试验结果以及岩石细观力学参数识别方法，确定了石英云母片岩的瞬态和时效细观力学参数，构建了层状岩体的时效细观力学数值模型。3．基于层状岩体时效细观力学数值模型，对不同节理倾角条件下岩石进行了

7、真三轴瞬态力学试验，研究了层状岩体瞬态力学特征的结构面效应和AE特征，论述层状岩体变形破裂演化规律及细观演化机理。结果表明：层状岩体的破坏模式随着结构面倾角的变化，由岩石本身控制转变为岩石、结构面共同控制，再转变为由岩石本身控制，其中，在45°～75°之间，岩石的破坏模式主要由结构面控制。4．基于层状岩体时效细观力学数值模型，对不同节理倾角条件下岩石进行了真三轴蠕变数值试验，研究层状岩体时效破裂的结构面效应和AE特征，论述岩石时效破裂演化规律及细观演化机理。结果表明：随着结构面倾角的增加，层状岩体时效变形模式由衰减蠕变转化为稳态-加速蠕变转化界限在结构

8、面倾角45°左右；在衰减蠕变类型中，结构面倾角越小，收敛速率越大，收敛时间越快，随着结构面倾角