巖石結構面剪切動力學特性及宏細觀力學機理研究.pdf

1、在建的黃島國家石油儲備庫地下水封石油洞庫工程中，節(jié)理的存在是影響洞室穩(wěn)定性的一大重要因素，目前靜載條件下的力學機制已能滿足結構面力學機制的分析及節(jié)理巖體失穩(wěn)的防治，而通過大量的中英文文獻資料查閱發(fā)現對于動荷載下結構面的力學機制研究尚不明確，從而對于動載條件下的節(jié)理巖體工程穩(wěn)定性無法開展細致研究。因此，本課題以黃島國家石油儲備庫地下水封石油洞庫工程為研究背景，采用試驗研究、理論分析和數值模擬相結合的研究方法，對節(jié)理巖體動荷載條件下的力學特

2、性及宏細觀力學機理進行深入分析研究。
　　1.總結國內外針對結構面形貌特性表征方法的理論研究，基于二維剖面線JRC計算理論，并根據Barton標準粗糙剖面線對JRC與坡度均方根各回歸方程的適用性進行了反計算分析。選取平均JRC來實現對三維結構面形貌特性的描述;基于激光掃描儀測量結果，采用Visual Basic語言編制程序實現粗糙結構面平均JRC的計算。
　　2.基于剪切試驗結果，分析粗糙度系數、剪切速率對結構面峰值強度的規(guī)

3、律，并綜合采用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，深入研究結構面剪切破損演化過程。研究結果表明:剪切速率和粗糙度對結構面剪切強度都有較為明顯的影響;同一結構面的剪切強度隨著剪切速率的增大而減小，并不受粗糙度系數的影響;同時結構面剪切強度隨粗糙度系數增加呈現出線性增加的趨勢，但不受剪切速率的影響。剪切速率影響結構面的損傷演化過程，剪切速率越大，結構面剪切破損所需時間越少。且由于較大剪切速率條件下結構面微裂紋來不及充分擴展貫通，使相應聲發(fā)射活動較弱，表現為較低

4、的累計聲發(fā)射計數及累計聲發(fā)射能量，剪切速率的這一影響能夠從結構面破損區(qū)域直觀觀測到。
　　3.基于粗糙結構面不同剪切速率下的直接剪切試驗結果，結合結構面形貌特性研究結果，對Barton提出的用于靜態(tài)或準靜態(tài)條件下的JRC-JCS抗剪強度模型進行了修正。并利用Barton提出的標準粗糙剖面試樣及粗糙結構面的剪切試驗結果對新強度公式進行了驗證，模型對不同剪切速率下的結構面預測值偏低，但是誤差保持在20％之內，平均誤差為10.352％，