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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2004年
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层状岩体宏观力学参数的计算机模拟试验

郭志华  
【摘要】: 长期以来,工程岩体力学参数取值一直采用经验方法,除岩体力学试验的地质代表性外,最大的困难在于如何将小尺寸(小于1m)的试验成果应用于工程范围的岩体参数取值。已有试验研究成果表明由于岩体中结构面的存在,当试验尺寸从室内岩块试验的0.05m增加到现场岩体试验的0.50m时,岩体变形模量明显降低。问题是岩体尺寸增加到多大时才能代表工程岩体的性质(即确定岩体的代表性单元尺寸),并由此确定岩体宏观力学参数。现代计算机技术的迅速发展以及在岩土工程领域的广泛应用使得用数值方法模拟岩体的力学性质成为可能。 本文以水布垭工程为背景,围绕层状岩体的宏观力学参数,开展了下列研究工作: (1)在全面获取岩体宏观力学参数研究现状的基础上,通过对现场岩体试验、工程岩体分级和位移反分析等方法的深入认识,论述开展层状岩体宏观力学参数计算机模拟试验的重要性与必要性,并探讨了计算机模拟实验的方法论; (2)以水布垭工程为背景,建立了地质概化模型,开展了现场承压板试验计算机模拟,研究了承压板直径、软弱岩层的埋深和软弱岩层的弹性模量对岩体弹性模量的影响。结果表明:软岩的埋深对层状岩体力学参数的影响有一个临界深度,临界深度大约为承压板直径的6~8倍;同一埋深时,层状岩体的等效弹性模量随着软岩弹性模量的减小而减小,在达到临界深度后,软岩弹性模量对岩体的等效弹性模量影响较小;层状岩体的宏观力学参数与承压板的直径有关,当承压板的直径大于5~6m时,层状岩体的等效弹性模量趋于一个稳定值。 (3)在上述研究成果的基础上,开展了层状岩体三轴压缩试验的计算机模拟实验,以研究层状岩体的各向异性,软弱岩层的倾角、埋深对层状弹性模量的影响,以及软弱岩层的倾角和埋深对三轴压缩试验弹性模量的联合影响;研究结果表明:含有水平岩层的岩体表现出横观各向异性的性质;岩体的弹性模量随着岩层倾角的变化而变化,倾角为45°时,岩体的等效弹性模量最小;在软弱岩层埋深没有超过临界值时,岩体的等效弹性模量随着软弱岩层的埋深增大而增大,并给出了倾角与埋深对等效弹性模量的联合影响面。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TU458

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【引证文献】
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