高地温隧道注浆节理剪切损伤本构模型研究

高地温环境对水泥浆在硬化过程中造成的损伤,直接影响隧道围岩注浆节理的剪切性能和注浆加固的效果。主要考虑高温和法向应力2个影响因素,并采用能反映高地温隧道施工期间温度场真实变化过程的高温变温养护方法,进行浆-岩复合体试件的养护,并开展室内注浆节理直剪试验,由此获得不同初始养护温度和法向应力条件下的注浆节理剪切破坏特征、剪切应力位移曲线等;利用浆-岩界面扫描电镜(SEM)试验,分析高温变温养护对水泥浆微观结构的影响规律;在此基础上,引进统计损伤理论,建立考虑温度损伤的注浆节理剪切本构模型。结果表明:注浆节理剪切破坏模式在初始养护温度40℃时表现为胶结面破坏,60和80℃时表现为混合剪切破坏,且温度越高,水泥浆在破坏面中的占比越高;高温导致水泥浆微观上水化产物搭接不紧密,微孔隙、微裂缝发育,且温度越高,水泥浆微观损伤越严重;初始养护温度与注浆节理峰值剪切强度、剪切刚度呈负相关,与峰值剪切位移呈正相关,初始养护温度与法向应力的叠加效应对注浆节理剪切性能的影响较为明显;考虑温度损伤效应的注浆节理剪切本构模型,与试验结果有较好的吻合度,可为高地温隧道注浆节理剪切问题的相关研究和注浆加固设计提供借鉴和参考。

高地温隧道围岩注浆节理不同法向应力下抗剪强度特性研究

采用高温变温的养护方法,制备初始养护温度分别为40,60,80℃与标准养护20℃的试件,在不同法向应力0.1,0.3,0.5 MPa下开展高地温隧道围岩注浆节理的直剪试验。结果表明:高温变温养护与法向应力都对注浆节理抗剪强度有明显影响。随法向应力增大,注浆节理抗剪强度不断提高,且随初始养护温度的增大,抗剪强度提高幅度更显著。高温变温养护的注浆节理抗剪强度会出现劣化现象;高温变温养护的注浆节理破坏模式主要表现为粘结界面破坏。

提高节理面c和φ对岩坡开挖变形的影响

为了反映岩质边坡在节理面注浆后的变形效应,首先,通过室内试验,分析注浆前后岩体变形和破坏的全过程,以探讨其抗剪性能(粘结力c和内摩擦角φ)的变化;然后,基于理想弹塑性本构模型的Mohr-Cou-lomb准则,运用拉格朗日元数值方法(FLAC3D),对岩坡注浆前后变形效应(水平位移、垂直位移、剪应变增量)进行模拟。结果表明:注浆加固后,岩体的位移场变得均匀和连续,节理面处的较大位移受到抑制,边坡的整体性得到提高,有利于边坡的稳定性。