溶蚀作用下石膏岩塑性力学模型研究

摘要

岩溶问题是西部水利水电开发中常见而又困难的问题之一,含有石膏岩等可溶岩的地层岩体是国内外建坝史上出现问题较多的一种坝基岩体。进行石膏岩力学性质研究时,需要考虑溶蚀作用对力学性质的影响,在实际地下工程石膏围岩稳定性分析时,溶蚀作用的影响不能忽视,前人的研究成果尚未很好的解决这方面的问题。鉴于上述问题的描述,本文主要从石膏岩常规三轴压缩试验、有无溶蚀作用下石膏岩力学性质改变的机理进行研究,建立了溶蚀作用下石膏岩塑性力学模型;根据有无溶蚀作用下石膏岩单轴压缩条件下的细观力学试验,得出溶蚀作用下石膏岩力学参数的变化规律;对有无溶蚀作用下石膏围岩的稳定性进行了模拟计算;得到的试验成果和结论概括如下:
　　(1)采用应变硬化——软化模型建立了无溶蚀作用下石膏岩的弹塑性力学模型,根据石膏岩的常规三轴压缩试验结果,归纳出模型计算参数的变化规律,即内摩擦角、粘聚力与等效塑性应变之间的关系;有无溶蚀作用下岩石破坏机理是一致的,通过对岩石力学破坏机理的分析,可知溶蚀作用下石膏岩力学性质改变的机理在于石膏岩发生溶蚀,使得石膏岩裂纹的临界应力强度因子降低且石膏岩宏观力学参数(内摩擦角和粘聚力)发生变化;根据无溶蚀作用下石膏岩的塑性力学模型和有无溶蚀作用下石膏岩力学性质改变的机理,结合假设条件,建立了溶蚀作用下石膏岩塑性力学模型。
　　(2)根据有无溶蚀作用下石膏岩单轴压缩条件下的细观力学试验结果,发现石膏岩在溶蚀作用下力学性质发生了变化;利用遗传规划算法得出石膏岩在溶蚀作用下宏观力学参数的变化规律,即粘聚力与第一次卸载时不同应变、溶蚀时间、等效塑性应变之间的关系表达式;通过溶蚀作用下石膏岩单轴压缩条件下细观力学试验现象及有无溶蚀作用下石膏岩力学性质改变的机理对溶蚀作用下石膏岩力学参数的变化规律进行分析,发现石膏岩中裂纹的发育、扩展与粘聚力有着紧密的联系,可通过不同溶蚀条件下裂纹发育与扩张来分析溶蚀作用下石膏岩粘聚力变化规律,分析结果表明应变越大,溶蚀时间越长,粘聚力的变化越明显。
　　(3)利用建立的溶蚀作用下石膏岩塑性力学模型以及溶蚀作用下石膏岩力学参数的变化规律,建立了溶蚀作用下地下工程石膏围岩稳定性计算方法;通过有无溶蚀作用下石膏围岩稳定性计算,将计算结果进行对比分析可知,有无溶蚀作用下石膏围岩稳定性差别较大,故在以石膏岩为介质的围岩稳定性计算中,溶蚀作用的影响不能忽略。

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1 绪论

1.1 选题依据和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 有待于进一步研究的问题

1.4 研究的内容和思路

1.5 本论文的主要创新点

2 溶蚀作用下石膏岩塑性力学模型

2.1 无溶蚀作用下的石膏岩力学模型

2.2 溶蚀作用下石膏岩力学性质改变的机理分析

2.3 溶蚀作用下的石膏岩塑性力学模型的建立

3 溶蚀作用下石膏岩单轴压缩细观力学试验

3.1 试验方法

3.2 遗传规划原理

3.3 溶蚀作用下石膏岩力学参数的变化规律

3.4 试验现象分析

3.5 试验的影响因素

4 溶蚀作用下地下工程石膏围岩稳定性分析

4.1 溶蚀作用下地下工程石膏围岩稳定性计算方法的建立

4.2 有无溶蚀作用下石膏围岩稳定性分析

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

后 记

附 录