浅谈柱状节理岩体荷载分布解与各向异性岩石力学抗剪强度准则研究

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1、河海大学硕士学位论文柱状节理岩体荷载分布解与各向异性岩石力学抗剪强度准则研究姓名：钟世英申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：徐卫亚20080301摘要由于岩体中广泛发育复杂不连续结构面，故岩石力学行为较一般均质、连续、各向同性材料的力学行为复杂，表现为各向异性、不连续和非均质等。柱状节理岩体作为一类特殊的结构性岩体，其各向异性效应显著。本文以白鹤滩水电站工程中实际存在的工程问题为背景，探讨柱状节理各向异性产生的机理和柱状节理加载过程中节理面破坏规律。(1)简述了柱状节理地质成因，认为白鹤滩坝址区柱状节理的地

2、质成因是冷却收缩说，并以此为基础，建立了本文柱状节理的六棱柱力学模型。基于界面元理论，建立六棱柱力学模型广义变分条件下的能量变分方程。根据模型的的几何信息，边界条件和加荷模式等，求解得到模型各向异性荷载分布的基本表达式。在此基础上，讨论了分布解在不同外载条件下的分布特性。结合工程实际，分析得到三类高径比下柱状节理的分布解特性。(2)分析微结构张量组合加载主轴作为一个参数改进的M-C理论中各个参数对归一化强度的影响。将该理论与Jaeger抗剪强度准则结合，推导了广义条件下的抗剪强度准则。将模型简化为双节理模型，得到

3、双节理模型的抗剪强度准则，应用起伏角理论修正得到六棱柱模型的抗剪强度准则。将改进后的抗剪强度准则与经典的M．C抗剪强度准则和Jaeger抗剪强度准则进行比较分析，得出了微结构张量影响系数同外载荷之间的关系，并进行参数敏感性分析。(3)在FLAC中建立白鹤滩工程三维数值模型，将本文改进的基于微结构张量理论的改进的岩石力学抗剪强度准则应用到分析中。比较分析了模型中柱状节理层采用各向同性弹塑性材料与各向异性弹塑性材料情况下，大坝蓄水工况下的应力场，位移场及塑性区等数值计算结果。关键词：岩石力学；各向异性；柱状节理岩体；

4、微结构张量；强度准则；白鹤滩水电站AbstractRockmass、析tIllotsofdeveloppedandcomplicateddiscontinuousplanes．whichmakethebehaviorofrockmcchanicsmorecomplicatedthangeneralmaterialswhichcharactersaIchomogeneousandcontinuousandisolropic．exhibitanisotropicanddiscontinuousandinhomogen

5、eous。Thereisprominentanisotropicbehaviorcausedbythespecialstructuresurfaceofcolumnarioints．Inthispaper,themechanismoftheauisotropiecausedbycolumnarjointsandthefailurecriteriainloadinga肥discussed，basedonBaihetanhydropowerstationengineering．(1)Discussingthecoal

6、itiontheoryabouttheoriginofcolumnarjoints．andcoolingshrinkagetheoryisassumedastheoriginofcolumnarjointsindamregionofBaihetanhydropowerstation．Six—prismcolumnarmechanicmodelisbuildedforthecolumnarjoints．BasedOiltheinterfaceelementmethodtheory,thegeneralizedvar

7、iationalenergyequationisbuildedforthe6prismcolunmar．Accordingtothegeometryinformation,boundaryconditionsandloadingmode，theexpressionofdistributionsolutionoRnbegettedanditscharactercanbediscussedindifferentcondiati0115，meanwhiledistributionsolmionsarccalcdated

8、underthreekindsratioofheighttodiametersimulatingtheengineering．(2)Recently,Pie缸'uszczak·Morzincorporatedthemicrostructoretensorwiththeloadingorientationasavariabletobuildafailurecriterion