橫觀各向同性巖體巴西劈裂試驗(yàn)理論及工程應(yīng)用研究.pdf

1、在巖質(zhì)邊坡工程中，由于存在大量的層理、斷層和節(jié)理等不連續(xù)的結(jié)構(gòu)面，巖體拉伸斷裂失穩(wěn)較一般邊坡復(fù)雜。目前，巖石抗拉強(qiáng)度的室內(nèi)測(cè)定方法一般采用直接拉伸法和劈裂法。巖石試件拉伸試驗(yàn)中，由于夾持及保證拉伸荷載軸線與試樣軸線重合具有一定困難，采用直接拉伸方法進(jìn)行巖石抗拉強(qiáng)度測(cè)試相對(duì)較少，而更為普遍的是采用劈裂法（即巴西試驗(yàn)法）間接測(cè)定巖石的抗拉強(qiáng)度。本課題結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金(50878213)、湖南省交通科技項(xiàng)目(200924)和湖南省研究生創(chuàng)

2、新項(xiàng)目(CX2012B057)，依托懷化至通道（懷通）高速公路工程，以板巖為研究對(duì)象，巴西劈裂試驗(yàn)為手段，結(jié)合理論分析方法，展開(kāi)了橫觀各向同性巖體彈性參數(shù)、抗拉強(qiáng)度、破壞準(zhǔn)則、本構(gòu)關(guān)系和邊坡拉裂破壞及穩(wěn)定性分析幾個(gè)方面的研究。其主要成果如下:
　　1)在礦物成份分析的基礎(chǔ)上，利用電子顯微鏡觀察了板巖的微觀結(jié)構(gòu)和膠結(jié)類(lèi)型;采用單軸儀和三軸儀分別測(cè)試了不同層理角度下板巖的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，得到了不同層理角度下強(qiáng)度的分布曲線，揭示了強(qiáng)

3、度與層理角度之間的關(guān)系及產(chǎn)生的機(jī)理。
　　2)巴西劈裂試驗(yàn)為手段，測(cè)試了橫觀各向同性巖體的5個(gè)彈性參數(shù)，將試驗(yàn)測(cè)得的5個(gè)彈性參數(shù)與圣維南經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)比，驗(yàn)證了橫觀各向同性體5個(gè)彈性參數(shù)是相互獨(dú)立，且不存在函數(shù)關(guān)系。
　　3)基于圓盤(pán)各向異性平面彈性理論，采用傅里葉級(jí)數(shù)變換，求解了平面各向異性圓盤(pán)應(yīng)力場(chǎng)和強(qiáng)度因子，并推導(dǎo)了由5個(gè)彈性參數(shù)和層理角度組成的各向異性圓盤(pán)強(qiáng)度因子表達(dá)式，分析了不同參數(shù)取值對(duì)強(qiáng)度因子的影響，得到了強(qiáng)度因子

4、隨參數(shù)變化的趨勢(shì)。
　　4)根據(jù)層狀巖體巴西劈裂圓盤(pán)平面應(yīng)力的彈性力學(xué)解析解，并結(jié)合單弱面理論和Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則，分別建立了不同層理角度與強(qiáng)度關(guān)系式。劈裂試驗(yàn)結(jié)果和強(qiáng)度擬合曲線較吻合，這兩種強(qiáng)度準(zhǔn)則下建立的關(guān)系式可以較好地反映出在含有層理面時(shí)巴西劈裂試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度隨結(jié)構(gòu)面傾角變化的規(guī)律。探討了橫觀各向同性巖體劈裂試驗(yàn)的幾種破壞模式，即當(dāng)0°≤β＜25.2°或72.6°＜β≤90°時(shí)，屬于純拉伸破壞;當(dāng)25.2°≤β≤72

5、.6°時(shí)，屬于沿層面剪切破壞。
　　5)基于彈性理論，結(jié)合數(shù)值方法，研究了各向同性圓盤(pán)的厚徑比、泊松比和加載角度對(duì)巴西劈裂試驗(yàn)的影響，比以往用彈性平面法解決圓盤(pán)應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題更加接近實(shí)際情況，并且得到了巴西劈裂試驗(yàn)圓盤(pán)合理的厚徑比和加載角度。以改進(jìn)的Hoek-Brown模型較好的實(shí)現(xiàn)了橫觀各向同性體破壞準(zhǔn)則在巴西劈裂試驗(yàn)中的應(yīng)用。
　　6)推導(dǎo)了滑移-拉裂和傾倒-拉裂層狀巖質(zhì)邊坡抗滑穩(wěn)定的上限解。分析了巖體重度、邊坡高度和邊坡坡