高陡边坡开挖卸荷岩体分区及力学特性研究

高陡边坡开挖会引起岩体的卸荷损伤，掌握岩体随卸荷过程的损伤规律即损伤区，对于提高高陡边坡的施工质量及加固设计具有十分重要的理论和实际意义。本课题以高陡边坡开挖卸荷岩体为研究对象，对高边坡开挖卸荷岩体产生机理、力学特性参数随岩体卸荷程度的变化规律、卸荷岩体分区原则及分区方法等尚未获得很好解决的有关问题进行深入研究。研究重点在于BP神经网络方法对卸荷区岩体力学参数的识别分析和基于此的岩体质量评价方法、形成高陡边坡开挖卸荷岩体分区方法，建立卸荷岩体分区标准。同时，将研究成果应用到西部水电工程。本项研究成果将促进卸荷岩体力学的理论和方法的进一步完善。

本课题针对边坡岩体应工程建设需要进行开挖后，应力重分布，临空面方向岩体处于卸荷的应力状态，分析了开挖卸荷岩体的卸荷机理；利用有限元数值模拟裂隙岩体的应力应变关系、抗拉强度、抗压强度、受拉变形模量、泊松比、以及岩体的强度参数的尺寸效应，与试验结果对比；利用有限元数值模拟裂隙岩体卸荷的应力应变关系、抗拉强度、抗压强度、受拉与受压变形模量的各向异性，与试验结果对比。采用数值模拟方法结合一具体工程进行了开挖卸荷区的模拟，模拟结果证实了岩体开挖后处于卸荷应力状态的实际。采用BP神经网络方法结合小湾水电站2#山梁实际对岩土体开挖卸荷后的变形参数（变形模量、泊松比），刚体极限平衡分析方法对强度参数（粘结力、内摩擦角）进行了分析，变形进行计算并与监测成果进行对比，在此基础上对小湾水电站2#山梁的变形按蓄水计划进行了预测，预测成果与实际监测成果趋势一致。根据茨哈峡水电站右岸泄洪雾化影响区岩质高边坡发育的地质环境及其变形破坏特征，分析了高边坡潜在的四种变形破坏模式。对含显著沉积弱面的平行、垂直层理的宜昌砂岩进行加、卸载破坏试验，结果表明回弹值、纵波波速与岩石强度存在一定的相关性，其基本规律是回弹值或者纵波波速越大，岩石强度越大，平行、垂直层理砂岩的力学特性规律与回弹值、纵波波速公式得出的结论基本一致；无论采用加载破坏还是卸载破坏方式，相同围压下，垂直层理岩体的强度一般大于平行层理岩体；无论是平行还是垂直层理岩体，砂岩卸荷破坏峰值强度在低围压下高于加载破坏强度，而高围压下低于加载破坏强度；加卸载破坏形式主要是剪切破坏，几乎未见轴向和环向裂纹，这可能与荷载控制方式（加轴压卸围压）、卸载速率较慢和卸荷后残余围压较高有关；Mohr-Coulomb准则岩样的预测破坏角和实测值非常接近，平行层理和垂直层理的加卸载破坏的破裂面均贯穿了沉积弱面，从实际的破裂线的形态来看，破裂迹线并未受到沉积弱面的影响。现有RMR法评价体系中的单轴抗压强度、RQD和结构面间距等前三个指标都是对某一区间进行评分，评分不够精确，通过选取已有大量水电工程实践的相关岩体质量评价数据，对现有RMR法评价体系中前三项的评分标准进行了统计分析，对RMR法评价体系中的单轴抗压强度、RQD和结构面间距的指标值的评分区间进行了修正，并建立了指标值与其评分值之间的线性关系表达式。修正了评分结果的非线性阶梯变化的特点，使得评分具有线性连续性。