基于长大深埋隧洞大理岩结构面剪切蠕变试验和本构模型研究

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1、河海大学硕士学位论文长大深埋隧洞大理岩结构面剪切蠕变试验和本构模型研究姓名：王青申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱珍德20080301河海大学硕士学位论文摘要结构面(包括断层，破碎带，泥化夹层，节理和裂隙等)破坏了岩体的连续性和完整性，对围岩、边坡、岩基的长期持续稳定性构成潜在的威胁。结构面的流变力学性质往往控制着岩体的实效变形，对岩石工程进行稳定性评价以及在结构设计与施工中都必须考虑岩石结构面的流变属性。锦屏二级水电站利用雅砻江150km大河弯的巨大天然落差裁弯耿直，开挖隧洞引水发电

2、，隧洞具有洞线长、洞径大、埋深大的特点，且引水隧洞处于高地应力区与高外水压力区。隧洞丌挖区岩石结构面的流变特性直接影响着锦屏二级水电站的长期稳定性。因此，本文结合引水隧洞工程地质情况，选取大理岩洞段作为研究对象，通过试验手段对大理岩结构面的蠕变特性进行研究，分别进行了相同结构面在不同应力水平下的剪切蠕变试验和相同应力水平时不同结构面粗糙度下的结构面剪切蠕变试验。在试验基础上，分析在长期荷载作用下大理岩结构面的蠕变变形特性，为建立结构面流变特性的力学模型提供试验的依据，结论如下；1．大理岩结构面在

3、不同正应力水平和不同粗糙度下都没有出现加速蠕变阶段，其破坏过程持续的时『自J极为短暂，呈现出明显的瞬态特征。2．采用对数型经验公式u(0=A+BIn(1+Ct)对结构面剪切蠕变试验结果进行拟合，结果表明，该经验模型能很好的反映结构面剪切变形随时间的变化，拟合相关系数都在0．97以上。且经验模型中的参数A，B与所施加的法向正应力，切应力以及结构面的粗糙度有关。3．用H-K模型来描述大理岩结构面的蠕变特性有很大的误差。本文通过两种方法来改进模型，并取得了理想的拟合效果。一是通过多串联一个K体来对弹性

4、后效进行补充，所建立的五元件模型能很好的描述结构面的剪切蠕变特性；一是通过考虑剪切模量的时间效应来改进蠕变方程，并选用模型中K体的剪切模量为非定常参数，所建立的非定常模型对试验结果拟合很好。4．拟合结果表明，所建立的结构面剪切蠕变模型能有效的描述大理岩结构面的剪切蠕变特征。关键词：结构面：剪切蠕变；经验公式；五元件模型；时间效应；非定常参数河海大学硕士学位论文AbstractStructuralsurface(includingfaultage，crushbelt，argillizationin

5、terlayer，jointsandfissures，etc．)destroyedthecontinuityandintegrityoftherack,andleadapotentialthreattothelong-termstabilityandsecurityofrock,slopeandtherockfoundation．Therheolcl百calandmechanicalofstructuralsurfaceoftenincontroloftherockdeformation，whi

6、chmustbetakenintoaccounttotheevaluationofthestability,structuraldesignandconstruction．111eJinpinghydraulicpowerplantcurvecut-offtheYalongrivegreatfiverbendwitl】l50kmlongandhugenaturaldroptoexcavatetunneltogenerateelectricity．Thetunnelisverylong，great

7、anddeepburied，Whichisintheareaofhighterrestrialstressandhi【ghexternalwaterpressure．Then,bytheEngineeringGeologyofJinpingHydropowerStation’SDiversionTunnel，thispaperselectedmarbleasastudyobject，researchthecreepcharacteristicsofmarblestructuralsurfacet

8、hroughtestiIlg，doshearcreeptestindifferentstre．鹊levelsbysamestracturalsurface,anddoanothershearcreeptestwithdifferentstructural霸舡fhceroughnessinthes咖estresslevel．Onthebasisofexperiments，analyzethecreepdeformationcharacteristicofthemarblestructuralsur