含结构面岩体力学参数试验及数值模拟研究

摘要

如何合理地确定岩体力学参数取值一直是岩体力学领域及工程建设中重要的研究课题。岩体力学参数的取值不仅与岩体的非连续性、非均匀性、各向异性及结构性有关，还与工程岩体赋存的环境紧密相联。本文在岩体力学试验模型辨识的基础上，进行了大量数值模拟试验，研究了岩体结构形态特征、应力状态等因素对岩体力学参数取值的影响及岩体力学参数的各项异性与尺寸效应。本文主要研究内容如下：
　　（1）针对国内外岩体力学参数取值中存在的问题，选用数值仿真手段研究岩体结构形态特征、应力状态等因素对岩体力学参数取值的影响。基于现行岩体力学试验方法，以某大型水电站现场结构面直剪试验结果为依据，建立结构面直剪试验数值模型并辨识模型的可行性，并通过对大量直接剪切数值试验成果分析，得到了岩体中结构面间距与连通率变化对岩体等效强度参数的影响规律。
　　（2）基于含结构面岩体承压板变形试验数值模型辨识的可行性，采用数值模拟试验的方法，研究了结构面间距、倾角及初始应力状态对岩体等效变形模量取值的影响及岩体等效变形模量的尺寸效应。
　　（3）建立了三轴压缩试验数值模型并辨识了模型的可行性，对含结构面的岩体进行大量的三轴压缩试验计算机模拟，研究了岩体等效弹性模量各向异性与尺寸效应、岩体结构面倾角与间距等因素对岩体等效弹性模量取值的影响以及岩体结构面强度对岩体等效强度参数取值的影响。采用此法模拟岩体三轴压缩试验求解岩体等效弹性模量，克服了承压板变形试验求解岩体等效弹性模量的理论缺陷，为求解含结构面岩体的等效弹性模量开辟了一条新的途径。

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第一章 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究水平综述

1.3存在的问题

1.4主要研究内容

1.5研究技术路线

第二章 岩体强度与变形试验及数值模型辨识

2.1概述

2.2 岩体强度与变形试验方法简述

2.3 数值模拟方法简介(有限差分法)

2.4岩体现场直剪试验数值模拟

2.5岩体现场三轴压缩试验数值模拟

2.6岩体现场承压板变形试验数值模拟

2.7本章小结

第三章 含结构面岩体强度试验数值模拟研究

3.1概述

3.2含结构面岩体直剪试验数值模拟

3.3含结构面岩体三轴压缩试验数值模拟

3.4本章小结

第四章 含结构面岩体变形试验数值模拟研究

4.1概述

4.2承压板变形试验等效变形模量尺寸效应研究

4.3承压板变形试验初始应力效应研究

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间发表的论文及参与科研项目情况