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【6h】

饱水-失水循环作用下库岸边坡岩石强度劣化特性研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 选题的来源、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外常规压缩试验及H-B准则研究现状

1.2.2 国内外三轴蠕变研究现状

1.2.3 库岸边坡FLAC数值模拟研究现状

1.3 目前研究存在的问题

1.4 主要研究内容、方法

1.5 技术路线

第2章 饱水-失水循环劣化作用下红砂岩基本试验研究

2.1 引言

2.2 试样选取和制备

2.2.1 岩样选取

2.2.2 岩样制备

2.2.3 饱水-失水循环试验设计

2.3 岩石基本物理性质试验

2.3.1 密度和吸水率试验

2.3.2 软化性试验

2.4 岩石单轴压缩试验

2.4.1 试验目的及步骤

2.4.2 试验结果分析

2.5 岩石拉伸试验

2.5.1 试验目的及步骤

2.5.2 试验结果分析

2.6 岩石三轴压缩试验

2.6.1 试验目的及步骤

2.6.2 试验结果分析

2.7 本章小结

第3章 饱水-失水循环作用下红砂岩强度劣化规律研究

3.1 引言

3.2 损伤劣化参数

3.3 饱水-失水循环次数与单轴抗压强度关系

3.3.1 试验结果分析

3.3.2 劣化规律

3.4 饱水-失水循环次数与三轴抗压强度关系

3.4.1 三轴轴压缩条件下劣化试验结果分析

3.4.2 三轴压缩条件下力学特性劣化规律研究

3.5 岩石各力学参数所受劣化效应对比

3.5.1 单轴压缩条件下岩石力学参数劣化效应对比

3.5.2 三轴压缩条件下岩石力学参数劣化效应对比

3.5.3 Hoek-Brown强度准则

3.5.4 饱水-失水循环次数与材料参数m1的关系

3.5.5 红砂岩的饱水-失水劣化作用下的H-B准则改进

3.6 本章小结

第4章 饱水-失水循环作用下红砂岩三轴蠕变研究

4.1 引言

4.2 岩石流变试验介绍

4.2.1 试验目的

4.2.2 试验方法

4.2.3 试验仪器设备

4.3 三轴流变试验结果与分析

4.3.1 蠕变变形特征分析

4.3.2 蠕变强度分析

4.3.3 蠕变破坏形态分析

4.4 岩石三轴蠕变试验本构模型研究

4.4.1 岩石基本元件及模型介绍

4.4.2 非线性粘弹塑性流变模型的建立

4.4.3 饱水-失水循环劣化作用下岩石损伤流变的本构模型

4.5 本章小结

第5章 饱水-失水循环作用下库岸边坡稳定性数值模拟

5.1 引言

5.2.1 FLAC简介

5.2.2 FLAC工作原理

5.2.3 FLAC主要特点

5.2.4 FLAC应用范围

5.3.1 几何模型边界及有限差分网格划分

5.3.2 参数确定及材料定义

5.3.3 分析流程图

5.3.4 数值计算结果分析

5.4 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论文著作和取得的科研成果

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摘要

三峡水库建成蓄水后,三峡水库坝前水位在145~175~145m之间变动,这将形成30m落差,面积多达400平方公里的“消落带”。库区“消落带”的岩石由于受到年复一年的饱水-失水循环作用,将导致其强度等力学特性的劣化,并最终影响库岸边坡的稳定。本论文以三峡地区库岸边坡红砂岩为研究对象,开展了饱水-失水循环作用下红砂岩强度劣化的试验研究,得到红砂岩饱水-失水循环作用下的劣化规律以及库岸边坡稳定性变化规律。论文的主要研究内容及成果如下:
  (1)开展了红砂岩饱水-失水循环劣化作用下的室内试验研究,得到了如下结论:红砂岩的单轴抗压强度、抗拉强度、三轴抗压强度、粘聚力、内摩擦角、弹性模量等都随着饱水-失水循环作用次数的增加而减小。
  (2)以室内试验结果为基础,分析了红砂岩的各力学参数的劣化规律,结果表明:红砂岩的单轴抗压强度、三轴抗压强度、粘聚力、内摩擦角、弹性模量力学指标的总劣化率随着饱水-失水循环次数增加而增加,总劣化率速率随着饱水-失水次数增加而减小。相同饱水-失水循环次数下总劣化率从大到小依次是:弹性模量、单轴压缩、三轴压缩、粘聚力、内摩擦角。
  (3)在Hoek-Brown准则的基础上,引入饱水-失水循环次数n这个函数变量,对Hoek-Brown准则进行了改进。
  (4)开展了饱水-失水循环作用后红砂岩的蠕变试验研究,得到了红砂岩的变形、强度、破坏形态和饱水-失水循环次数的关系。分析了红砂岩蠕变特性的全过程,建立了“非线性黏弹塑性蠕变模型—NNVP本构模型”;在所建立模型中引入损伤变量D1(n),建立“考虑饱水-失水循环次数n损伤的非线性黏弹塑性蠕变模型—DNNVP模型”。
  (5)运用FLAC数值分析手段,分析了库岸边坡岩石,因受饱水-失水循环劣化作用给库岸边坡稳定性带来的影响。计算结果表明,饱水-失水循环对库岸边坡的破坏作用是一个渐进的破坏过程,并最终导致边坡失稳。

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