水岩耦合作用下危岩体的稳定性研究

摘要

在我国大规模修建铁路、公路、水利水电等基础设施过程中，由于复杂地质条件及高挖深埋工程的影响，存在的各种类型地质灾害更加凸显，严重的制约了各基建工程的建设和运营。而在其中，危岩体的稳定性问题成为了一直困扰工程界的问题，同时，水岩耦合作用下危岩体的稳定性研究也成为了地质、国土及相关科研院所研究的一个热点课题。为此，开展水岩耦合作用下危岩体的稳定性影响研究，对于危岩体及岩质边坡等地质灾害的防治工程及相关理论研究是很有必要的。本文以一种非接触式高精度监测手段对重庆市江津区四面山镇凤四路（K16+090-K16+100）段危岩体进行长期监测统计，利用理论分析、室内试验、数值模拟相结合的方法，研究了目标危岩体变形发育的“季节效应”和位移变形趋势，分析了水对危岩体的稳定性变化的影响机理，并在此基础上进行了稳定性综合分析。同时，以室内试验所得结果为依据，依托现场工况，对危岩体在经水岩耦合作用后的稳定性变化进行了数值模拟验证。
　　本研究主要内容包括：⑴利用三维实景复制技术得到所监测危岩体的体积为258.3193m3，根据相关划分标准可知，该危岩体为小型危岩体；监测期内，位于母岩上的监测变形块在基于三维激光实景复制技术所建立的全局坐标系下的坐标值基本不随时间变化而变化，而位于危岩体上的变形监测块Y、Z方向上坐标变化均呈现单调趋势；危岩体在变形发育过程中，向岩体临空侧滑动，根据三维激光实景复制技术所得重构模型中结构剖面线的位置变化，可初步认为该危岩体为倾倒式危岩体。⑵利用时间序列分析理论对通过三维激光实景复制技术获得的危岩体监测数据整理、分析，研究表明，危岩体在扫描仪所建立的全空间坐标系中，Y、Z方向上月坐标变化呈现单调周期性变化规律，而X方向上则呈现不规则的变形规律；危岩体的变形存在明显的“季节效应”，即在每年的汛期，位移变化骤增。⑶砂岩试样经过水中浸泡后，CT切片图像反应的试件密度降低，同时，试件内部矿物分布趋向均一化；试件在经水中浸泡之后，损伤变量随着距轴线的距离的增加而逐渐增大；砂岩试件经水域处理后，抗压强度、弹性模量、峰值应变等力学参数均呈现不同程度的降低；砂岩试件的力学参数劣化主要考虑是因为试件内部不同矿物成分发生了水解反应，一方面形成了新的次生孔隙，另一方面使得原始孔隙增大。⑷利用ANSYS进行了开挖后危岩体的数值模拟研究，经计算，危岩体经水岩耦合作用后，变形发育及内部应力分布状况均发生了明显的变化；经水岩耦合作用后的危岩体的主控结构面的能量释放率明显增加，结构面扩展更加明显。

目录

1 绪 论

1.1研究背景与研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容与研究方法

2 危岩体非接触式高效变形监测研究

2.1工程概况

2.2三维激光实景复制技术测试研究

2.3本章小结

3 基于非平稳序列的危岩体稳定性研究

3.1时间序列分析简介

3.2危岩体位移变化时间序列预处理

3.3危岩体位移变化序列确定性分析

3.4本章小结

4 水岩耦合作用下岩石强度劣化研究

4.1试件制备、试验仪器及试验方法

4.2水岩作用后岩石的CT扫描分析

4.3单轴压缩试验下岩样劣化分析

4.4砂岩劣化机理分析

4.5本章小结

5 水岩耦合作用下危岩体稳定性数值模拟研究

5.1弹性力学计算理论

5.2断裂力学理论概述

5.3 ANSYS能量释放率的数值计算方法

5.4水岩作用下危岩体的稳定性分析

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2创新点

6.3研究不足与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在校攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在校攻读硕士学位期间参与的专利