喀斯特环境下层状岩体物理力学参数取值研究

摘要

喀斯特层状岩体物理力学参数取值合理与否，不仅关系到工程的安全性和经济性，而且是目前岩土工程勘察设计的重点和难点之一。本文针对贵州普遍存在的喀斯特层状岩体，总体遵循“地质调查—取样试验—理论研究—数值模拟”的技术路线，系统研究了喀斯特层状岩体物理力学参数取值方法，取得以下结论和认识。
　　（1）碳酸盐岩的溶解度随岩石中方解石含量的增加而提高，随白云岩含量的增加而减少，即CaO含量与MgO含量比值越大，岩石越易溶解，喀斯特也较发育。根据地层单元中碳酸盐岩层与非碳酸盐岩层之间的组合关系和厚度比例关系，可将碳酸盐岩层组分为连续状碳酸盐岩系、互层状碳酸盐岩系和夹层状碳酸盐岩系3种类型。
　　（2）在Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则的基础上，介绍了根据岩石单轴抗压强度预测各向同性岩体、含一组结构面及含两组结构面岩体强度预测公式；在工程岩体分类标准的基础上，介绍了由工程岩体分类预测岩体综合抗剪强度公式和岩体变形参数计算公式。
　　（3）通过对碳酸盐岩的基本物理力学参数取值的研究，主要介绍碳酸盐岩的重度、孔隙性、吸水性、饱水性、渗透性等的测试方法；介绍了基本力学参数单轴抗压强度、单轴抗拉强度、抗剪强度、三轴抗压强度等的测试方法；介绍了变形参数主要有变形模量和泊松比的测试方法。
　　（4）应用FLAC3D软件模拟岩体三轴压缩试验，用应变控制试验测定岩体抗剪强度参数，用应力控制试验测定岩体的变形参数。然后在层状岩体模型上“溶蚀”一定体积的溶孔，得到含有溶孔的均质岩体模型，同时考虑岩体的喀斯特发育情况，用FLAC3D数值软件计算得出了喀斯特层状岩体力学参数。
　　（5）通过某算例，对隧道穿越的不同岩层通过室内试验和原位试验测定了软弱岩体泥岩和泥质白云岩的抗剪强度，测定了岩层面和节理面的抗剪强度；用RMR指标预测了岩体的变形模量；用Hoek-Brown强度理论预测了岩体单轴抗拉、抗压强度及岩体潜在破坏面的抗剪强度。
　　本论文通过理论分析、数值模拟和工程实例，较系统地研究了喀斯特环境下层状岩体物理力学参数取值方法。这些成果对喀斯特地区工程建设中的岩体物理力学参数取值具有一定的参考价值。

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中文摘要

英文摘要

1 绪 论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及方法

2 碳酸盐岩分布及喀斯特发育机理

2.1 概 述

2.2 地层岩性

2.3 碳酸盐岩层组特征

2.4 碳酸盐岩岩体结构

2.5 喀斯特发育机理及影响因素

2.6 本章小结

3 岩体强度理论

3.1 概 述

3.2 岩体破坏与岩体强度

3.3 Mohr-Coulomb 强度准则

3.4 Hoek-Brown 强度准则

3.5 岩体力学特性分类

3.6 本章小结

4 碳酸盐岩基本物理力学参数

4.1 概 述

4.2 岩石的基本物理性质

4.3 岩石的单轴抗压强度

4.4 岩石的抗拉强度

4.5 岩石的抗剪强度

4.6 岩石的变形性质

4.7 本章小结

5 结构面力学性质

5.1 概 述

5.2 结构面成因分类

5.3 岩体结构面分级

5.4 结构面变形性质

5.5 结构面抗剪强度

5.6 本章小结

6 层状岩体宏观力学参数研究

6.1 概 述

6.2 岩体强度参数现场测试

6.3 岩体变形参数现场测试

6.4 岩体质量评定体系

6.5 各向同性岩体强度预测

6.6 各向异性岩体强度预测

6.7 岩体变形模量预测

6.8 本章小结

7 喀斯特层状岩体三轴试验数值模拟

7.1 概 述

7.2 数值软件介绍

7.3 三轴压缩变形试验数值模拟

7.4 三轴压缩强度试验数值模拟

7.5 喀斯特岩体三轴试验数值模拟

7.6 本章小结

8 某高速公路隧道参数取值研究

8.1 工程概况

8.2 岩石的基本物理力学参数

8.3 结构面力学参数

8.4 岩体变形模量估算

8.5 岩体强度参数估算

8.6 本章小结

9 结论及展望

9.1 结 论

9.2 展 望

致谢

参考文献

附 录

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