卸荷岩体力学特性及岩体质量评价研究 ——以杨房沟水电站坝肩边坡为例

论文摘要

杨房沟水电站位于凉山州木里县雅砻江中游河段,坝址区地形起伏较大,边坡高陡,处于岩体风化卸荷强烈的河段。本文基于对杨房沟水电站坝肩边坡的认识,结合工程区的工程地质条件以及卸荷特性,发现边坡岩体在开挖过程中存在较为严重的卸荷现象,而岩体开挖必然导致边坡应力场的变化,其力学特性与加载时是不同的;岩体在开挖卸荷时,力学特性发生变化,导致岩体质量劣化,可能会影响边坡的稳定性从而影响工程安全。因此针对于开挖岩体的力学特性和岩体质量,考虑卸荷这个因素是必要的,这样才能真实的反应开挖岩体的工程特征。论文选择杨房沟水电站坝肩边坡的节理岩体作为主要研究对象,以开挖卸荷条件下的岩体力学特性和质量评价为主要研究目标,通过室内试验对比分析节理岩体在加载和卸荷条件下的强度特性及变形特性,研究节理岩体在加卸荷条件下的力学参数,以及节理连通率、倾角对卸荷过程中力学参数的影响;结合现有边坡岩体质量评价体系SMR分类法,考虑卸荷作用对岩体质量的劣化作用,建立考虑卸荷因素的XSMR岩体质量评价方法。在研究过程中,主要通过现场岩体结构和卸荷特性的分析,确定以节理岩体的连通率和倾角作为研究变量。采用模拟材料浇筑不同连通率和倾角的试件以模拟现场节理岩体,以三轴卸荷试验模拟现场岩体的开挖卸荷;对节理岩体进行三轴加载和卸荷试验,以“节理岩体卸荷条件下的力学特性及参数分析为基础,开挖卸荷条件下的岩体质量评价为目标”作为总体路线和方法进行研究:(1)室内制作不同连通率、倾角的节理岩体,进行三轴加载和卸荷试验。(2)对节理试件在加载和卸荷条件下的强度特性、变形特性进行对比分析,分析节理岩体在加卸荷条件下的力学特性。(3)对比不同连通率、倾角节理试件的强度参数和变形参数,分析连通率、倾角对节理岩体在卸荷条件下力学参数的影响。(4)通过建立卸荷条件下的力学参数变化规律,结合现有的岩体岩体质量评价方法,建立考虑开挖卸荷的岩体质量评价方法。通过上述研究,主要取得如下成果:(1)节理岩体在三轴加载条件下,围压越大,强度越高,而且表现出越强的塑性特征;相较于加载试验,卸荷条件下节理试件的强度更低,应力跌落非常明显,破坏比较剧烈,破坏程度也更高,表现出较强的脆性特征。卸荷试验得出的粘聚力比加载情况下降低了16.7%,而内摩擦角升高了5.6%,说明卸荷破坏下的力学性质更差。(2)通过对加卸荷条件下的强度参数对比分析,随着节理连通率的增大,试件的强度减小,粘聚力和内摩擦角也相应降低;而且随着连通率的增大,粘聚力的降低程度逐渐变小,而内摩擦角升高程度与连通率间无明显规律。(3)针对不同节理倾角(30°、60°、90°)加卸荷试验的强度参数,试件倾角60°时的强度最小,相应的粘聚力和内摩擦角也最小,而倾角90°时的强度最大,相应的粘聚力和内摩擦角也最大;并且对于试件粘聚力的降低程度,倾角60°时最小,而倾角90°时最大,表现出较强的各项异性。(4)在节理岩体卸荷试验中,变形模量随卸荷量的增大不断减小;节理连通率越大,试件变形模量越小,而且变形模量的降幅有明显的增大。而泊松比随卸荷量的增大则不断升高且速率越来越大;节理连通率越大,试件的泊松比也越大,而且泊松比的增幅也有较为明显的增长。说明连通率越大,岩体变形参数劣化越快,岩体的劣化程度也更高。(5)针对不同节理倾角(30°、60°、90°)加卸荷试验的变形参数,倾角60°时的变形模量最小而泊松比最大,倾角90°时的变形模量最大而泊松比最小;并且对于试件在卸荷过程中的变化趋势,倾角60°时的变形模量降幅最大,泊松比的增幅也最大,倾角90°时的变形模量降幅最小,泊松比的增幅也最小。表现出强烈的各向异性特征。上述分析建立了节理连通率与加卸荷试验下粘聚力降幅之间的关系,建立了卸荷试验下节理连通率与变形模量降幅之间的关系。通过上述实验得出的变形模量的变化规律,结合现有的边坡岩体质量评价方法SMR分类法,建立了考虑开挖卸荷的XSMR岩体质量评价方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
•   1.1 选题依据及研究意义
•   1.2 国内外研究现状概述
•     1.2.1 卸荷岩体力学特性研究现状
•     1.2.2 岩体质量评价研究现状
•     1.2.3 杨房沟水电站坝址区研究现状
•   1.3 主要研究内容和技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 研究方法和技术路线
• 第2章 地质环境背景
•   2.1 工程概况
•   2.2 区域地质概况
•   2.3 坝址区工程地质条件
•     2.3.1 地形地貌
•     2.3.2 地层岩性
•     2.3.3 地质构造
•     2.3.4 水文地质
•     2.3.5 地应力特征
•   2.4 物理地质现象
•     2.4.1 岩体风化特征
•     2.4.2 岩体卸荷特征
• 第3章 加卸荷岩体强度及变形特性试验研究
•   3.1 试验方案设计
•     3.1.1 试验设备
•     3.1.2 试样设计与制作
•     3.1.3 试验方案及设计
•   3.2 加卸荷典型应力应变曲线
•     3.2.1 常规三轴加载试验
•     3.2.2 三轴卸荷试验
•   3.3 加卸荷岩体强度特性研究
•     3.3.1 岩体强度理论
•     3.3.2 加卸荷试验应力应变曲线对比分析
•     3.3.3 加卸荷试验强度参数分析
•   3.4 加卸荷岩体变形特性研究
•     3.4.1 变形参数选取
•     3.4.2 加卸荷试验应变应变曲线对比分析
•     3.4.3 加卸荷试验变形参数分析
• 第4章 卸荷岩体力学参数劣化规律研究
•   4.1 卸荷岩体强度参数劣化研究
•     4.1.1 节理连通率对加卸荷强度参数的影响
•     4.1.2 节理倾角对卸荷强度参数的影响
•   4.2 卸荷岩体变形参数劣化研究
•     4.2.1 节理连通率对卸荷变形参数的影响
•     4.2.2 节理倾角对卸荷变形参数的影响
•   4.3 卸荷岩体力学参数劣化规律研究
•     4.3.1 强度参数劣化规律
•     4.3.2 变形参数劣化规律
• 第5章 坝肩边坡卸荷岩体质量评价研究
•   5.1 岩体质量分级方法
•     5.1.1 岩体质量指标（RQD法）
•     5.1.2 《工程岩体分级标准》（BQ法）
•     5.1.3 RMR（SMR）分类法
•   5.2 边坡开挖卸荷岩体质量劣化分析
•   5.3 考虑开挖卸荷的XSMR岩体质量评价方法
•   5.4 坝肩边坡岩体质量评价研究
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙敬辉

导师: 石豫川

关键词: 卸荷岩体,力学特性,参数劣化,岩体质量,坝肩边坡

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 成都理工大学

分类号: TU45

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000255

总页数: 95

文件大小: 6802K

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