水-岩作用下卸荷损伤岩体劣化效应及劣化机理

The bank slopes of hydropower engineering involve a great deal of unloading rock mass, after the reservoirs have been in operation, water-rock interaction will result in further deterioration to the unloading damaged rocks’ physical and mechanical properties, which directly affects the deformation stability of the wading slope, and current study of water-rock interaction has less considered the impact of these factors. Therefore, taking typical unloading rock mass of bank slopes as research object, based on quantitative analysis of unloading rocks’ microstructure damage evolution law and damage degree, carrying out immersion-air drying circulation’s experiment under the water preseure, combining a series of macroscopical physical mechanics experiments and microstructure testing analysis, studying unloading damaged rock samples and unloading fractures’ microstructure characteristics and the deterioration law of macroscopical physical mechanics experments’ parameters, seeking quantitative relationship among unloading damaged rock’s unloading amount ,fracture characteristics, soaking pressure, immersion-air drying circulation numbers, and the other factors to physical and mechanical parameters’ deterioration law, revealing unloading damage of rock mass under the effect of water - rock damage’s degradation mechanism, considering the initial unloading rock damage, coupling the deterioration effect of water-rock interaction to mechanical damage, establishing unloading damaged rocks’ damage evolution model under water-rock interaction. The expectant resarch result can provide an important reference for wading slope’s long-term deformation stability evaluation.

水电工程库岸边坡涉及大量的卸荷损伤岩体，水库蓄水运行后，水-岩作用将导致卸荷损伤岩体的物理力学性质进一步劣化，直接影响涉水边坡的变形稳定，而目前研究中较少考虑初始卸荷损伤对水-岩作用效应的影响。基于此，以典型涉水边坡卸荷损伤岩体为研究对象，在卸荷岩体微观结构损伤演化规律及损伤程度定量分析基础上，开展考虑水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验，结合一系列宏观物理力学试验与微观结构检测分析，研究卸荷损伤岩体及卸荷裂隙的微观结构损伤和宏观物理力学参数劣化规律；寻求水-岩作用下卸荷损伤岩体的卸荷量、裂隙特征、浸泡压力、浸泡-风干循环次数等因素与物理力学参数劣化规律之间的定量关系；揭示卸荷损伤岩体在水-岩作用下的损伤劣化机理；考虑岩样的初始卸荷损伤，将水-岩作用的劣化效应耦合到力学损伤中，建立卸荷损伤岩体在水-岩作用下的损伤演化模型。预期研究成果可为涉水边坡长期变形稳定分析评价提供重要参考。

库岸边坡涉及大量的卸荷损伤岩体，水库蓄水运行后，水-岩作用将导致卸荷损伤岩体的物理力学特性进一步劣化，直接影响岸坡的长期变形稳定。基于此，模拟库水位反复升降变化和浸泡-风干循环耦合作用（简称水-岩作用），开展了卸荷损伤砂岩的水-岩作用试验，一方面分析了卸荷过程中岩体内部微观结构损伤发育规律，另一方面研究了水-岩作用下卸荷损伤岩体的劣化效应及劣化机理。主要取得了如下研究成果：1）基于单试件重复加载法，提出了一种确定岩石临界损伤值的方法，建立了卸荷损伤砂岩的损伤演化模型，完善了岩体卸荷损伤变量的表征方法；2）获得了水-岩作用下卸荷损伤砂岩的变形、强度和能量参数劣化规律，揭示了水-岩作用下卸荷损伤砂岩的损伤劣化机理，将初始卸荷损伤作为一个初始变量，建立了水-岩作用下卸荷损伤砂岩的损伤演化模型；3）建立了节理面三维形貌特征与节理岩体抗剪性能的相关关系，提出一种“单试件多周期重复剪切试验方法”，消除了多周期水-岩作用试验中岩样离散性的影响；4）获得了水-岩作用下节理面微观形貌特征及抗剪性能的损伤劣化规律，建立了水-岩作用下节理砂岩抗剪强度劣化方程，并结合节理面微细观结构变化特征分析揭示了节理岩体抗剪性能劣化机理；5）提出了考虑节理面形貌特征各向异性特征的分形维数计算方法，建立了节理砂岩渗透系数与节理面微观形貌之间的相关关系；6）获得了水-岩作用下节理面微观形貌参数和渗透系数的变化规律，建立了基于综合形维数的节理面渗流特性损伤演化方程；7）建立了卸荷损伤砂岩的重整化模型，提出了一种反映岩石临界损伤状态的临界损伤常数，得到了卸荷损伤砂岩在水-岩作用下的临界损伤判据；8）提出了一种基于临界损伤值常数修正的崩滑灾害临界位移准则，实例分析表明，得到特征点位移预测值与实际监测位移吻合较好。研究成果可为库岸边坡的长期变形稳定分析评价提供科学依据，相关试验方法和分析思路也可为类似研究提供参考。