水力耦合作用下岩体结构面流变机理及锚固效应研究

基本信息
批准号:51279097
项目类别:面上项目
资助金额:82.00
负责人:王刚
学科分类:
依托单位:山东科技大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:尤春安,李博,战玉宝,文志杰,刘锋珍,王磊,吴学震,刘传正,徐飞
关键词:
岩体结构面流变模型锚固机理数值模拟水力耦合
结项摘要

It has been confirmed by many engineering practices that the rheology of rock discontinuities is the chief factor resulting in the rheology in rock mass engineering. The long-time rheological characteristic and anchorage mechanism of discontinuities is drawing more and more attention in engineering practice and scientific research. Aiming at the long-term security of surrounding rock due to continuing deformation and gradual damage of discontinuities, rheological property and anchorage mechanism of discontinuities concerning hydro-mechanical coupling action would be revealed with a series of rheological tests. The tests would be carried out under boundary conditions of constant normal stiffness and normal loading-unloading, which may explore a more representative behavior of discontinuities for underground opening. Next, the nonlinear rheological constitutive model for rock discontinuity reflecting the hydro-mechanical coupling property is established with the classical mechanics and aging strength theory. Based on the damage mechanics in conjunction with the homogenization principle, the rheological constitutive equation and yield criterion for bolted fracture concerning hydro-mechanical coupling action would be established. Herein, the influence of bolt bending near rock mass discontinuity and mortar cracking is also considered in the above rheological constitutive equation and yield criterion. Finally, combined with long-term monitoring to typical engineering practices, the parameter identification of rheology model and application in engineering practices may be discussed. The appropriate numerical analysis methods reflecting the long-term coupling action between groundwater and rock mass discontinuity and anchoring body may be also put forward. Furthermore, the aging evolution theory for fractured rock mass and safety evaluation method for surrounding rock mass under complex geological and engineering conditions may be formed. The research findings of the project are helpful to enrich the basic theory for the long-term stability controlling of the engineering rock mass.

众多工程实践表明,岩体结构面流变是工程岩体流变问题中最为显著的因素。结构面的长时流变特性及锚固机理在各种工程实践和科学研究中越来越受到关注。针对结构面变形持续增长与渐进破坏带来的工程围岩长期安全问题,通过开展一系列结构面流变试验,揭示水力耦合作用下结构面的流变机制及锚固结构的加固机理。运用经典力学及时效强度理论等,建立反映结构面水力耦合作用机制的结构面非线性流变本构模型。考虑水力耦合作用下锚固构件在结构面附近的弯曲,砂浆(或岩体)破损等现象,基于损伤力学与均一化原理等,建立水力耦合作用下锚固岩体结构面的流变本构方程及屈服强度准则。结合典型工程的长期监测开展模型参数辨识和工程应用研究,提出反映水力耦合作用下加锚结构面长期作用机制的数值分析方法,形成复杂地质和工程条件下裂隙岩体围岩时效演化理论与围岩加固安全性评价方法,为工程围岩的长期稳定性预测和灾变控制提供基础理论依据。

项目摘要

工程实践表明,岩体结构面流变是工程岩体流变问题中最为显著的因素。结构面的长时流变特性及锚固机理在各种工程实践和科学研究中越来越受到关注。针对结构面变形持续增长与渐进破坏带来的工程围岩长期安全问题,采用如下技术过程开展了项目研究:通过开展一系列结构面流变试验,揭示水力耦合作用下结构面的流变机制及锚固结构的加固机理;运用经典力学及时效强度理论等,建立反映结构面水力耦合作用机制的结构面非线性流变本构模型;考虑水力耦合作用下锚固构件在结构面附近的弯曲,砂浆(或岩体)破损等现象,基于损伤力学与均一化原理等,建立水力耦合作用下锚固岩体结构面的流变本构方程及屈服强度准则;结合典型工程的长期监测开展模型参数辨识和工程应用研究,提出反映水力耦合作用下加锚结构面长期作用机制的数值分析方法,形成复杂地质和工程条件下裂隙岩体围岩时效演化理论与围岩加固安全性评价方法,为工程围岩的长期稳定性预测和灾变控制提供基础理论依据。.项目组历经4年的合作研究,建立了反映结构面水力耦合作用机制的结构面非线性蠕变本构模型;建立了水力耦合作用下锚固岩体结构面的流变本构方程及屈服强度准则;形成了复杂地质条件和工程条件下裂隙岩体围岩的时效演化理论与围岩加固安全性评价方法,依托典型工程开展了工程应用研究。相关研究成果已经获得授权国家发明专利24项;发表学术论文27篇,其中SCI检索5篇,EI检索17篇;已经培养毕业博士研究生1名,硕士研究生5名,在读博士/硕士研究生7名。获得山东省技术发明一等奖1项,获得教育部自然科学奖1项,获得山东省科技进步奖1项,获得中国岩石力学与工程学会技术发明一等奖1项;以科学出版社出版学术专著2部。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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