大岗山坝区岩体现场剪切蠕变试验及参数反演

现场剪切蠕变试验是了解岩体剪切蠕变特性的最重要手段。针对大岗山水电站坝区"硬、脆、碎"辉绿岩脉进行了现场剪切蠕变试验,分析了岩体的剪切蠕变变形规律和剪切蠕变速率特性。试验结果表明,在剪应力较小时坝区岩体剪切蠕变仅呈现出减速蠕变和稳态蠕变2个阶段;当剪应力接近屈服强度时,坝区岩体剪切蠕变速率由渐变增长转为突变增长,岩体在短时间内即发生破坏,呈现出加速蠕变特性。恒定正应力下辉绿岩体的稳态流变速率与剪应力之间可用指数关系来表征。根据剪切蠕变试验曲线,进行了岩体剪切蠕变模型辨识。辨识表明,西原模型可以较好反映坝区辉绿岩脉的剪切蠕变特性。通过优化反演获得坝区岩体的剪切蠕变参数,为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了重要的力学依据。

软弱岩体蠕变模型辨识与参数反演

压缩蠕变试验是了解岩体蠕变力学特性的重要手段。通过对大岗山水电站坝区软弱岩体现场压缩蠕变试验资料的分析,揭示坝区软弱岩体具有瞬时弹性变形、减速蠕变和弹性后效特性。通过对各种流变组合模型的辨识,确定采用广义开尔文模型来反映坝区软弱岩体的压缩蠕变特性。根据辨识的蠕变模型推导出了刚性承压板边缘岩体表面的压缩蠕变变形计算公式,据此采用优化反演法获得了坝区软弱岩体的瞬时弹性模量、黏弹性模量和黏滞系数等蠕变参数,从而为坝区边坡加固设计和稳定性分析提供了重要的岩体流变参数资料。

坝区岩体压缩蠕变参数的数值反演

根据大岗山水电站坝区现场承压板压缩蠕变试验资料,在坝区软弱岩体压缩蠕变模型识别的基础上,建立了坝区岩体蠕变参数反演的数值分析方法,该方法可以真实模拟现场承压板的压缩蠕变试验过程和试验点的地层分布与地质状况。采用数值反演有效得到坝区试验点岩体的压缩蠕变参数且数值反演计算变形值与实测变形值基本相近,较好反演了坝区岩体的蠕变力学参数,这为坝区边坡工程的稳定性评价与分析提供了技术参数保证。

变参数蠕变损伤本构模型及其工程应用

考虑岩体的流变损伤劣化效应,建立一个变参数的蠕变损伤本构模型,该模型将岩体流变力学参数看作是非定常的,认为岩体流变参数随时间逐渐弱化,从而直观反映材料的损伤劣化过程。推导该蠕变损伤本构模型的三维差分表达式,并通过C++与FISH编程对有限差分软件FLAC3D进行二次开发,实现本构模型的程序化。将该模型应用于大岗山水电站坝基边坡工程,基于现场压缩蠕变试验,反演坝区岩体的蠕变损伤参数,通过坝区边坡开挖三维蠕变损伤稳定性计算,获得对边坡开挖设计和施工具有指导意义的建议和结论。

砂岩变参数蠕变损伤特性分析

采用MTS815.02试验机对砂岩进行室内常规三轴压缩蠕变试验.在西原体基础之上,根据应变等效性假说引入损伤变量,并且将损伤变量视为一个只与关于偏应力和时间的函数,研究岩石损伤体在不同应力水平和不同时刻作用下,其损伤扩展发育规律(损伤变量变化情况).研究结果表明:根据试验数据和损伤蠕变方程,通过软件Origin对蠕变参数进行反演,得出损伤变参数方程可以较好地描述岩石蠕变变形衰减、稳定和加速三个阶段,并且在低应力作用下岩石损伤变量D变化量较为平缓,岩石内部缺陷发育缓慢,而高应力水平作用下岩石初始时损伤较小,随着时间推移损伤变量骤然增大为1,随后岩石发生破坏.将损伤变量视为变参数不仅验证建立模型的合理性,而且还很好地反映了岩石损伤劣化过程.

大埋深隧洞泥质粉砂岩的三轴蠕变试验与理论分析

为揭示滇中引水工程香炉山隧洞围岩的非线性蠕变力学特性,对大埋深香炉山隧洞深度1 km处T_(3)sn泥质粉砂岩开展室内三轴蠕变试验,根据试验结果分析不同应力水平下岩样轴向应变随时间的变化规律。通过对试验曲线进行模型辨识,引入开关元件,并与Burgers模型结合形成修正的Burgers模型,将修正的Burgers模型与新提出的非线性黏塑性体串联最终形成非线性黏弹塑性蠕变模型(NVEPB蠕变模型)。通过对NVEPB蠕变模型的本构方程进行Laplace变换,推导NVEPB蠕变模型的一维蠕变方程。通过引入塑性力学知识并结合假设条件,获得NVEPB蠕变模型的三维蠕变方程和常规三轴应力状态下的蠕变方程。借助Origin平台,将NVEPB蠕变模型在常规三轴应力状态下的蠕变方程编程并嵌入其内置的非线性拟合模块,实现蠕变方程的二次开发。通过Origin平台的Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法反演获得模型的蠕变力学参数,并将反演拟合计算结果与蠕变试验结果进行对比分析。研究结果表明:NVEPB蠕变模型的拟合曲线和蠕变试验结果高度吻合,拟合系数均在0.94以上,较好地揭示了滇中引水大埋深隧洞围岩的非线性蠕变力学特性。

坝区岩体的剪切蠕变经验方程及参数数值反演

岩体的剪切蠕变特性是影响坝区边坡岩体变形与长期稳定性的重要因素之一。利用现场剪切蠕变试验数据回归拟合得到了坝区"硬、脆、碎"辉绿岩脉的剪切蠕变经验方程,并由最小二乘法得到了剪切蠕变经验方程的拟合参数;提出了可以真实模拟现场剪切蠕变试验过程以及岩体实际地层分布情况的蠕变参数数值反演分析方法。通过对比分析可知,回归拟合变形值及数值反演计算变形值均与试验变形值比较接近,最大误差均未超过8%,表明剪切蠕变经验方程能有效反映坝区岩体的剪切蠕变变形特性,且建立的剪切蠕变数值模型也是合理可靠的,这为深入认识和了解坝区辉绿岩脉在不同应力水平下的剪切蠕变力学特性提供了重要的试验和理论依据,也为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了技术参数保证。

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例,分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析,运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型,建立典型断面的数值模拟模型,以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明:考虑泥岩流变时,隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果;然而,随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小,这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时,仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm;而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时,仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm,最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起,同时使围岩和支护结构的受力更加均匀;在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后,隧道已处于相对平衡状态,流变效应对隧道的应力状态影响不大。