板理化岩体结构面抗剪强度及结构面力学效应研究

【摘要】： 岩体强度很大程度上取决于结构面的强度,板理化岩体尤其如此。通过原位测试直接获得岩体结构面的强度参数对于岩体稳定性分析和工程设计都具有重要意义。传统的试验方法需要笨重的反力装置施加和控制试验荷载,一来试验成本很大,二来试验实施很困难,山地试验尤其如此。 为了解板理化岩体板理结构面的强度性质及其力学效应,以便为有关大型输电线路杆塔基础及其他地锚工程设计提供依据,选择北京房山区晓幼营白云质板理化岩体,进行结构面强度的原位测试研究,并进一步展开锚杆上拔过程中岩体结构面力学效应的数值模拟研究。 通过现场调查查明了试验场地岩体的结构类型和结构面产状;根据试验场的区域地质条件和地应力测量资料,掌握了场地岩体结构与地应力场的关系。进而因地制宜,设计了一套新的现场原位岩体结构面剪切试验方法,即:考虑岩体中板理结构面的产状与构造应力方向的关系,开挖出不同方向、不同解除状态的三个试体(试坑)。试坑中两个平行的解除面与原岩之间形成一定距离的空间,自然构成了施加水平试验荷载的反力框架,从而免除了传统试验中笨重的试验反力装置。由于解除面组合的变化,试体受到的构造应力状态有相应的变化,与试验荷载叠加后在预定剪切面上形成了不同大小法向力和切向力。按照上述方法,进行原位岩体结构面剪切试验,确定了试验场地岩体板理结构面的抗剪强度参数:粘聚力c和摩擦角?。这是原位岩体结构面强度测试方法一次有益的尝试,可为类似板岩地区大型输电线路锚杆基础设计及岩体稳定性分析提供参考。 在原位试验所得岩体结构面抗剪强度值(c,φ)的基础上,本文进一步利用ANSYS、FlAC3D软件,对锚固在板理化岩体中的锚杆上拔过程中板理面的力学效应(包括板理面产状和间距变化对因锚杆上拔在板理化岩体中产生的应力、位移场的影响情况)进行了数值模拟分析,归纳出了板理面对板理化岩体力学性质的一些影响规律:板理面倾角越大,岩体最大位移却呈高低变化;板理面间距越大,最终位移越大,且有一稳定值。通过数值模拟的到的这些规律可以为板理化岩体中锚杆抗拔极限承载力设计提供参考。