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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2009年
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裂隙岩体宏观力学参数评价研究

杨建平  
【摘要】: 裂隙岩体是地质工程中经常遇到的一类复杂岩体,它的变形、强度和渗透性等特征,直接关系着工程设计、施工和运营稳定性。 本文从裂隙岩体的岩石、结构面及其组合状态出发,建立岩石-结构面二元岩体模型,研究裂隙岩体的宏观变形、强度和渗透参数;并将研究成果应用到锦屏电站深埋引水隧洞工程。主要研究工作如下: (1)考虑岩石基元的非均质性,假设岩石中基元的粘聚力服从三参数Weibull分布,提出岩石的损伤模型。通过试验结果和Matlab程序拟合优化得到模型中的参数;基于建立的损伤模型和拟合优化的参数,有限元计算了不同围压下试样的轴向应力-轴向应变关系,并和试验曲线进行了对比,表明该模型可以较好地模拟不同围压下岩石的峰值强度和残余强度。建立了结构面剪切-张拉损伤演化本构模型,对所建立的结构面损伤演化模型进行了数值验证,证明了数值方法的有效性。 (2)基于现场裂隙分布统计规律,用Monte Carlo法生成了随机裂隙网络。研究了岩石-结构面二元岩体模型网格生成方法,编制了Fortran程序,对裂隙岩体进行网格剖分。基于岩石和结构面的弹性参数和所建立的岩石-结构面计算网格模型,研究了岩体变形模量的尺寸效应、各向异性和张量特性,得到了裂隙岩体变形模量REV尺寸和柔度矩阵。通过理论方法研究了裂隙岩体的变形模量,结果表明该方法可以评估裂隙岩体的变形模量尺寸效应和各向异性。基于岩石和结构面的本构模型及相应的模型参数以及所建立的岩石-结构面计算网格模型,研究了裂隙岩体抗压强度的尺寸效应和各向异性,得到了岩体抗剪强度参数,并和Hoek-Brown经验准则作了对比。 (3)研制了低渗透介质温度-应力-渗流耦合三轴仪(T-M-PTS),通过该仪器研究了大理岩和结构面在不同温度、不同静水压力下的渗透特性。①对大理岩进行的温度-应力-渗流耦合试验得出:在弹性受压阶段,岩石未发生热应力微破裂、未进入扩容阶段时,大理岩渗透率随着静水压力增大而降低、随着温度升高而降低。②对大理岩结构面进行的温度-应力-渗流耦合试验得出:在静水压力加载阶段,裂隙渗透率随着压力的增大而降低;在卸载过程中,由于裂隙存在不可恢复变形,渗透率不能完全恢复;静水压力不变时,裂隙渗透率随着温度升高而降低。 (4)利用生成的随机裂隙网络模型,基于平行板水流立方定律和试验得到的裂隙渗透参数,通过离散裂隙网络模型研究了裂隙岩体渗透系数的尺寸效应、各向异性和张量特性,得到了渗流REV尺寸下岩体等效渗透张量。 (5)将研究得到的裂隙岩体宏观力学参数代入锦屏电站引水隧洞模型,通过连续介质力学方法进行有限元计算,计算结果表明参数取值和所建模型合理。
【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】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU452

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 杨天鸿;师文豪;于庆磊;李海洲;郑超;夏冬;;巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用[J];煤炭学报;2012年11期
2 张占荣;杨艳霜;朱泽奇;;岩体变形参数的应力状态效应研究[J];石家庄铁道大学学报(自然科学版);2010年04期
3 杨建平;陈卫忠;戴永浩;;裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅰ:有限元法[J];岩土力学;2011年05期
4 杨建平;陈卫忠;吴月秀;谭贤君;;裂隙岩体等效渗透系数张量数值法研究[J];岩土工程学报;2013年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吴月秀;粗糙节理网络模拟及裂隙岩体水力耦合特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
2 张占荣;裂隙岩体变形特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘社豪;节理岩体等效本构关系研究及工程应用[D];大连理工大学;2011年
【参考文献】
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4 杜时贵;颜育仁;胡晓飞;郭霄;;JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法[J];工程地质学报;2005年04期
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8 刘明维;郑颖人;;岩质边坡结构面抗剪强度参数的实用确定方法研究[J];工程勘察;2006年05期
9 杨天鸿,屠晓利,於斌,张永彬,李连崇,唐春安,谭国焕;岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型[J];固体力学学报;2005年03期
10 朱维申,张强勇,李术才;三维脆弹塑性断裂损伤模型在裂隙岩体工程中的应用[J];固体力学学报;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘豆豆;高地应力下岩石卸载破坏机理及其应用研究[D];山东大学;2008年
【共引文献】
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1 刘万兴,胡旭明;粘弹性动态增量反演分析在软土隧道注浆加固顶升中的应用[J];四川建筑科学研究;2001年04期
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9 钟卫;周德培;杨涛;冯君;;顺层岩石高边坡在卸荷条件下失稳长度的确定[J];四川建筑科学研究;2008年05期
10 李月;刘立;李玉梅;张中兴;梁伟;;地基层状岩石纵波波速与密度相关性试验研究[J];四川建筑科学研究;2009年01期
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1 常宝华;熊伟;高树生;刘华勋;张静楠;;大尺度缝洞型油藏弹性开采特征实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 高红梅;兰永伟;赵继涛;于秀娟;马强;;温度和应力耦合条件下岩石渗透规律实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
10 邵九姑;许友生;;Forchheimer型非达西渗流系统的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
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1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
3 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
6 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 汪忠明;基于非局部增强梯度模型的混凝土断裂损伤研究[D];合肥工业大学;2010年
8 郭保华;循环加载下岩石裂隙变形与渗流的试验研究[D];河南理工大学;2010年
9 齐云阶;水平井采油举升方法及其应用研究[D];中国地质大学(北京);2010年
10 宋兵;桩侧摩阻力特性的研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘浩;高煤级煤储层水力压裂的裂缝预测模型及效果评价[D];河南理工大学;2010年
2 贾晓亮;基于FLAC~(3D)的断层数值模拟及其应用[D];河南理工大学;2010年
3 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
4 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
5 呼庆华;近井筒开采引起覆岩移动变形破坏规律及其治理技术研究[D];河南理工大学;2010年
6 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
7 尚群;赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D];河南理工大学;2010年
8 宋家勇;安林煤矿炮放面矿压显现规律及顶煤冒放性预测研究[D];河南理工大学;2010年
9 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
10 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 钱七虎,李朝甫,傅德明;隧道掘进机在中国地下工程中应用现状及前景展望[J];地下空间;2002年01期
2 李维树,彭朝全,张仕光;乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法[J];地下空间;2004年02期
3 王法刚;尹健民;李维树;;某水电站坝基岩体变形模量与波速相关性研究[J];地下空间与工程学报;2006年06期
4 刘远明;夏才初;李宏哲;;节理研究进展及在非贯通节理岩体研究的应用[J];地下空间与工程学报;2007年04期
5 邓勇;;边坡岩体力学参数反分析遗传—神经网络算法[J];地下空间与工程学报;2007年04期
6 王家臣,常来山,陈亚军,肖辉;露天矿节理岩体三维网络模拟与概率损伤分析[J];北京科技大学学报;2005年01期
7 张飞;雷化南;;节理岩体各向异性弹性模型及应力比矩阵取值研究[J];包头钢铁学院学报;1993年02期
8 袁绍国,王震;节理测量误差的来源及其分析[J];包头钢铁学院学报;1998年04期
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1 邬爱清;任放;;块体系统不连续变形分析数值模型概要[A];岩土力学数值方法的工程应用——第二届全国岩石力学数值计算与模型实验学术研讨会论文集[C];1990年
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1 张贵科;节理岩体正交各向异性等效力学参数与屈服准则研究及其工程应用[D];河海大学;2006年
2 张宜虎;岩体等效水力学参数研究[D];中国地质大学;2006年
3 张秀丽;断续节理岩体破坏过程的数值分析方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
4 魏云杰;中国西南水电工程区峨眉山玄武岩岩体结构特性及其工程应用研究[D];成都理工大学;2007年
5 朱泽奇;坚硬裂隙岩体开挖扰动区形成机理研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2008年
6 殷黎明;甘肃北山花岗岩节理水力、力学特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2008年
7 周小义;岩土工程中数值流形方法的应用与研究[D];重庆大学;2008年
8 焦健;节理岩体稳定分析的数值流形方法研究[D];北京交通大学;2010年
9 张占荣;裂隙岩体变形特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
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1 秦娟;节理岩体的代表单元集合体的力学特性研究及其在工程中的应用[D];中国水利水电科学研究院;2000年
2 卢书强;澜沧江糯扎渡水电站地下洞室群岩体质量分级及其对围岩稳定性的控制作用[D];成都理工大学;2004年
3 徐海清;贵州省鱼简河水库坝基岩体力学参数研究[D];中国地质大学;2004年
4 付小平;岩体力学中节理裂隙损伤边界元方法与程序[D];浙江大学;2006年
5 徐高巍;岩石力学参数取值研究及数据库系统的完善[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2006年
6 景茂贵;拉西瓦水电站地下厂房洞群监测资料反演分析与稳定性评价研究[D];西安理工大学;2007年
7 张红亮;节理岩体变形与强度的尺度效应及REV问题研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
8 张帆;三峡花岗岩力学特性与本构关系研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
【二级引证文献】
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1 张占荣;;地下洞室岩体变形模量的尺寸效应研究[J];工程地质学报;2011年05期
2 陈健云;张凯;徐强;李静;;基于多尺度的岩体地下结构开挖研究[J];水利与建筑工程学报;2013年04期
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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10 王中言,黄杰藩;孔隙砂岩力学性质随埋深变化的三轴试验研究[J];地球物理学进展;1993年04期
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1 杨强;;岩体损伤力学发展现状和面临的问题[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
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3 徐志伟;土体各向异性变形特性真三轴试验研究[D];河海大学;2003年
4 韦立德;岩石力学损伤和流变本构模型研究[D];河海大学;2003年
5 李守巨;基于计算智能的岩土力学模型参数反演方法及其工程应用[D];大连理工大学;2004年
6 金菊良;遗传算法及其在水问题中的应用[D];河海大学;1998年
7 戴永浩;非饱和板岩细观试验与本构模型研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2006年
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1 张全胜;冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D];西安科技大学;2003年
2 韩小妹;低渗透岩石非Darcy渗流实验研究[D];清华大学;2004年
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2 陈兴旺安徽记者站 李远峰;天柱山启动摩崖石刻保护工程[N];中国旅游报;2008年
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4 吴月秀;粗糙节理网络模拟及裂隙岩体水力耦合特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
5 路亚妮;裂隙岩体冻融损伤力学特性试验及破坏机制研究[D];武汉理工大学;2013年
6 张占荣;裂隙岩体变形特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
7 陈红江;裂隙岩体应力—损伤—渗流耦合理论、试验及工程应用研究[D];中南大学;2010年
8 郑春梅;基于DDA的裂隙岩体水力耦合研究[D];山东大学;2010年
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1 项吕;渗流影响下裂隙岩体损伤断裂机制的数值分析研究[D];山东大学;2012年
2 汪雷;贯穿裂隙岩体峰后变形破坏特性的试验研究[D];山东大学;2013年
3 陈亮;雾化条件下裂隙岩体水力学特征及对边坡变形的影响[D];成都理工大学;2013年
4 孙健;裂隙岩体热—水—力三场耦合米级尺度模型试验及数值模拟研究[D];北京交通大学;2012年
5 曹小亮;复杂渗流条件下地下水封油库围岩稳定性研究[D];中国地质大学(北京);2013年
6 陈瑜;水—岩作用下裂隙岩体力学性质及应力场—渗流场耦合作用分析[D];中南大学;2010年
7 林岱;大丽公路双龙隧道开挖过程中裂隙岩体损伤分析与研究[D];昆明理工大学;2011年
8 高超;大跨度小净距隧道支护结构力学特征研究[D];重庆交通大学;2012年
9 陆泽西;艰险山区裂隙岩体隧道围岩稳定性及灾害控制研究[D];西南交通大学;2014年
10 曹阿静;裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析及其工程应用[D];武汉科技大学;2003年
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