岩体卸荷特性研究(3-2)
岩体开挖卸荷过程力学特性研究
ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｄ ｒｎ ｈ ｘ ａ ａ ｉｎ ａ ｄ ｕ ｌ ａ ｉ ｇ ｏ ｏ ｋ ｍａ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｔｒ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ ｆ ｒｔ ｅ ｍｏ ｅ ａ ａ ｔｒ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅ ｃ ｖ ｔ ｎ ｎ ｏ ｄ ｎ ｆｒ ｃ ｓ ， ｎ ｈ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｍｅ ａ ｍｕ ａｉ ｏ ｈ ｄ ｌ ｏ ｎ ｉ ｓ ｏ
ｉ ｏ ｕｃｅ ｂ ｓ ｃ ｎｄ ｔｄ ｙ ＡＤＩ ＮＡ．Ｔｈｅ ｓｍ ｕ ａｉ ｎ ｈｏ ｔ ａ ｈｅ ｅａ ｔｃ ｍ ｏ ｕｌ ，ｃ ｈｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｎｔｒ ｌｆｉｔｏ ｎｇｅ ｏ ｏ ｋ ｗｉｌ ｉ ｌ ｔｏ ｓ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｌ ｓｉ ｄ ｕｓ ｏ ｓｏ ｎ ｉ ｅ ｎａ ｒｃ ｉｎ ａ ｌ ｆｒ ｃ ｌ ｒ ｄ ｅｗｉｈ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆｅ ｃ ｖ ｔｏ ａ ｉｙ ｅ ｕｃ ｔ ｈ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｘ ａ ａｉ ｎ ｑｕ ｎｔｔ，ｂｕ ｏ ｅ ｕｃ ｓｔ ｅ ｏ ｆｏ ｉ ｔａ ａ ｕ ｎｄ ｗｉ ｅ ｐ ｉ ｅ ｔｉ ｒ ｅ ｆ ｔｎ ｔｒ ｄ ｅ ｏ ｚ ｒ ｒ ｍ ｎｉｉｌｖ ｌ ｅ ａ ｌ ｋ ｅ ｎ ａ ｃ ｒａｎ ｏ ｄ ｒｏ ｌ
度 后 ，保 持 一定 的量 级 不 再 减 小 。
关 键 词 ：有 限元 ；岩 体 开 挖 ；卸荷 过 程 ；力 学 特 性
Ｍ ｅ ｈａｎ ｃ ｈ ａｃｅｒｓｉ ｓｏｆＲｏ ｋ ａ ｓｄｕｒｎｇ ｃ ａｔｏｎ ａ ｌ ａ ｎｇ Ｐｒ ｅ ｓ ｃ ｉ ａｌＣ ａｒ ｔ ｉｔｃ ｃ Ｍ ｓ ｉ Ｅｘ ａｖ ｉ ｎｄ Ｕｎ ｏ ｄｉ ｏｃ ｓ
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：５ ９ ９ ４ （０ １０ — ０ １ ０ ０ ５ — ３ ２ ２ １ ）４ ０ ３ － ４
卸荷节理岩体的力学特性
卸荷节理岩体的力学特性张永兴 吴汉汇 重庆大学土木工程学院摘要：在节理岩体的卸荷条件下，在线弹性断裂力学的节理岩体模型被建立。
根据模型，推导得出的应力，应变，位移方程受该裂纹的影响。
他们都是重要的评价岩体的变形。
这是证明通过对这些理论公式的计算结果与观测数据之间的比较，从卸荷试验看它们分别适用于实际工程。
关键词：节理岩体，卸荷，力学特性引言：岩体是由岩块和各种各样的结构平面构成，大多数结构平面节点定义为在岩石裂缝或裂缝在这点无位移。
不同的工程条件下，裂隙岩体的行为是不同的。
在开挖边坡岩体的洞穴，大部分地区岩石会发生卸荷。
尤其在高陡边坡或大型地下工程，较大的挖掘尺寸，会导致更多的原始应力释放。
过大的变形和破坏往往发生在拉伸和剪切的节理岩体中。
在负载或空载状态下。
它涉及强度的差异和变形差异，这些主要由不同的节理在不同的条件下引起的。
因此，为了分析的变形和破坏的节理。
开挖卸荷状态下的岩体，卸荷行为的内裂纹的岩体拉伸和剪切应研究。
在过去几十年中，通常使用线性弹性断裂力学研究来发展岩体裂缝。
基本线弹性断裂力学的原理是：一裂纹的尖端附近的重要参数是压力强度因子，如K （为方便这里的讨论，我们假设它是I 型裂纹）;还有一种是在非线性或非弹性的介质中接近裂纹尖端的临界应力强度因子IC K 。
但标准的裂纹扩展是IC I K =K ，只要这个区（即断裂 加工区）的岩体尺寸比其他区小得多。
基于断裂力学线弹性理论的影响可以计算。
因此，普通的卸荷。
节理岩体可分解由基本的力学加载项组成的平面问题，在卸载阶段节理岩体的力学行为主要涉及的张拉，剪切，以及它们的组合。
此外，由于一个方向的尺寸在边坡工程和地下工程通常是远远大于其他两个方向。
沿该方向的外部荷载可以视为不变，它们可以简化为平面应变问题。
2.应力场和位移场在拉伸和剪切方向离节理岩体裂纹较远弹性力学理论中的平面问题可以通过相容方程和平衡方程来解决，边界条件可以用应力变量来表达，应力变量可以用函数φ来表示，其调和方程计算如下：上述方程是一个双调和方程应力函数φ是双调和函数。
卸荷作用下裂隙岩体性质研究
ｌ ８
为斜坡表部裂隙大多张开或张开度较大 ， 至一定深 度趋 于稳 定 。裂 隙 密度 、 隙 开度 的这 种 变 化是 由 裂
见的一种动力现象。由于卸荷带破坏了岩体的完整 性， 降低 了岩 体质 量 ， 同时 也 构成 风化 、 下 水等 外 地
动力作 用 的通 道 。 因此 ， 它对 岩 石边 坡 的稳 定性 及
与其相 关 的岩石 工程 问题有重要 的意义 ¨ 。 Ｊ
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图 １ 卸 荷 作 用 下 结构 面方 向与 抗 拉 强度 关 系
维普资讯
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Ｓ ｐｅ ｅ ． ０ ７ ｅ ｔｍｂ ｒ ２ ０
总 第４ １ ６ 期 ２０ 年 ９月第 ９期 ０７
９。 ， Ｏ 时 抗拉 强度 为０３ ａ 仅为 未设 置结构 面岩 石 ．ＭＰ ， 抗 拉强度 的 １１ 。这说 明对 于 含有 节理 、 隙 的岩 ／３ 裂 体， 在卸 荷作用 下 ， 强度具有 明显 的各 向异性 。 其
在 土木建 筑 、 交通 土建 、 利水 电、 天矿 山 等 水 露
关键词 ： 岩体 ； 卸荷 ； 裂纹 ； 力 削弱 ； 应 应力屏 蔽 中图分类 号 ：Ｕ ５ Ｔ ４６ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ９５ ８ （０ ７ ０ － １－３ １０ －６ ３ ２ ０ ）９０ ８０ ０
Ｒｅ ｅ ｃ ｎ Ｐｒ ｐ ｒｙ ｏ ａ ｔ ｒ ｄ ｃ Ｍ ａ ｓ Ｕｎ ｒ Ｕｎ ｏ ｄ ｎ ｆｅ ｔ ｓ ａｒ ｈ ｏ ｏ ｅ ｔ ｆＦｒ ｃ ｕ ｅ Ｒｏ ｋ ｓ ｄｅ ｌ ａ ｉ ｇ Ｅｆ ｃ Ｗａ ｇ Ｘｉｏ ｕ ｎ ａｈ
卸荷情况下岩体分析
卸荷情况下的岩体分析杜俊（昆明理工大学国资院资源开发系 2007级岩土工程 10）摘要：基于岩体开挖的卸载特性，描述岩体卸荷的力学过程，引入岩体的加卸载判断准则，建立岩体卸荷条件下的弹塑性本构关系，并应用于高边坡的开挖当中。
关键词：岩石力学卸载岩体加卸载准则边坡开挖前言岩体的力学状态一般分为加载和卸载两种方式。
水电、交通工程中的岩体开挖，从力学本质上说，主要是卸载，在高地应力区表现尤为明显。
岩体的力学性能在加载与卸载条件下有本质的区别。
一般来说，岩石本身在这两种力学状态下差别不大，但在含节理、裂隙等结构面的岩体中，由于卸载产生大量的拉应力，使结构面的力学性能发生本质变化，岩体的质量迅速劣化，其力学特性不再符合加载情况下的研究结果。
高边坡开挖是一个典型的卸载过程，采用传统的加载条件下的计算模型与开挖时产生的大面积卸载条件不相符合，其计算结果与实际情况出入较大，其本质是由于计算模型与实际工程力学状态不协调所致。
因此，对边坡开挖的数值模拟，其计算荷载、岩体参数、本构模型及计算软件等都必须反映岩体的卸载特征，以取得较好的研究成果。
本文从岩体卸载的观点出发，并结合岩石卸载试验研究，推导相应的加卸载准则，建立卸载岩体的脆弹塑性本构模型，同时，将本文的模型应用于高边坡的开挖过程中。
1 岩体的卸荷力学过程自然界中的岩体是经过了漫长的复杂的地质构造作用后的产物．并且，岩体在漫长的地质构造作用过程中，形成了大小不等、方向各异的结构面，也就是说，现今岩体是经过了各种不同作用后的损伤岩体，现存岩体中的应力是残余应力σ(应(如图所示)．图中A 点是经过构造运动作用后，岩体的现今应力状态，其值0ε)．0σ为残留在岩体中的地应力,属岩体多次作用后的残余应力，0ε为变为0历次构造作用后达到的总变形，这种变形在历次作用后已损失掉，无法考虑。
如果岩体开挖卸荷，则是残余应力进一步释放的过程．此时，曲线从A点沿AB 向下移动；如果岩体卸荷为零，则曲线达到B 点；如果继续卸荷使之产生移动，则曲线继续向下延伸至C 点，岩体拉断，即达到残余抗拉强度．如果岩体受力曲线沿A 点向上移动，则表现为加荷，如果加荷至D 点时，达到了岩体的残余抗压强度，曲线延伸至E点破坏．显然，对于岩体开挖卸荷而言，其受力过程是沿ABC 移动，这就是所谓的卸荷作用。
卸荷岩体力学
卸荷岩体力学研究现状
• 卸荷岩体宏观力学参数研究 ห้องสมุดไป่ตู้ 岩体卸荷力学理论与方法则弥补了常规的 计算方法未考虑力学参数的动态变化的不 足, 更真实地反映了卸荷过程中岩体的力学 本质。卸荷岩体变形和强度参数的确定应 充分考虑岩体的卸荷状态及最不利结构面 的影响, 即考虑卸荷裂隙岩体力学参数的弱 化问题。
卸荷岩体破坏机理研究
各类岩体在加、卸荷的作用下, 一般都经历了 先体积压缩而后体积膨胀( 扩容) 的过程, 卸 荷必定引起岩体扩容现象的出现; 在同种类 型的卸荷破坏试验中, 裂隙岩体的破坏强度 基本依照其在单轴下的强度顺序; 一定的应 力下, 双向卸荷比单向卸荷更能促使岩体产 生大的变形, 在一般情况下, 单向卸荷比双 向卸荷使岩体的破坏强度更高
卸荷岩体力学的研究与发展
加载与卸荷、内容、现状
岩体加载与卸荷力学特性的区别
• • • • 应力应变路径不同。 屈服条件不同 力学参数不同 分析方法不同
卸荷岩体力学的研究内容
• • • • • 卸荷岩体工程地质 卸荷岩体力学特性与力学参数研究 卸荷岩体本构关系及计算方法研究 卸荷岩体加固理论与方法的研究 卸荷岩体破坏准则的研究
展望
• 岩体在卸荷状态下变形破坏的宏、细观机 理 • 岩体卸荷破坏的时效性 • 岩体在高围压下的卸荷破坏 • 多场耦合作用下的岩体卸荷破坏 • 新学科理论、技术的引入
卸荷岩体本构模型研究
• 岩石边坡的卸荷和流变作了非连续变形分析, 指出边坡在 卸荷情况下, 岩体的变形分析应考虑开裂等非连续变形, 对 其流变变形也应考虑开裂和裂隙扩展机制, 提出了开裂卸 荷条件下岩石的本构关系和计算方法; • 在损伤力学理论的基础上建立了岩体卸荷破坏的损伤本构 模型, 通过与红砂岩的卸荷破坏试验结果的对比, 提出该模 型适用于脆弹性岩体的卸荷破坏; • 运用线弹性断裂力学理论详细推导岩石在常规三轴卸荷条 件下的变形及其计算解析式, 从而建立了一种岩石三轴卸 荷的本构模型。
《2024年瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》范文
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言随着地球科学的不断发展和进步，岩体破坏问题成为了研究的重要课题之一。
其中，瞬时卸荷岩体破坏是一种常见的地质灾害现象，对于此类现象的研究不仅有助于揭示岩体破坏的内在机制，还可以为地质灾害的预测和防治提供理论依据。
本文将通过数值模拟的方法，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行深入研究。
二、研究背景及意义瞬时卸荷岩体破坏是指岩体在受到外部因素（如地震、降雨、地下水位变化等）的瞬间作用下，发生的迅速破裂和变形过程。
该过程涉及多种复杂的地质条件和力学机制，其研究具有重要的理论意义和实践价值。
一方面，深入理解瞬时卸荷岩体破坏特征及机理有助于丰富和完善地球科学、地质工程等领域的基础理论；另一方面，研究成果可为实际工程中岩体的稳定性和安全性评价提供依据，对地质灾害的预测和防治具有重要意义。
三、研究方法本文采用数值模拟的方法，利用有限元分析软件对瞬时卸荷岩体破坏过程进行模拟。
具体方法包括：1. 确定模拟范围和岩体性质，包括材料模型、物理参数等；2. 建立数值模型，设置初始应力场和边界条件；3. 模拟瞬时卸荷过程，包括施加外部荷载、改变边界条件等；4. 观察和分析模拟结果，提取岩体破坏特征及机理。
四、瞬时卸荷岩体破坏特征根据数值模拟结果，瞬时卸荷岩体破坏具有以下特征：1. 破裂形态：岩体在瞬时卸荷作用下发生破裂，破裂形态多样，包括张性破裂、剪切破裂等；2. 变形特征：岩体在破裂过程中发生显著的变形，包括拉伸变形、剪切变形等；3. 能量变化：瞬时卸荷过程中，岩体内部能量发生显著变化，包括弹性势能和损伤能的转化和释放；4. 影响因素：岩体的破坏程度受多种因素影响，如岩体性质、外部荷载、边界条件等。
五、瞬时卸荷岩体破坏机理根据数值模拟结果和前人研究成果，瞬时卸荷岩体破坏的机理主要包括以下几个方面：1. 应力重分布：瞬时卸荷导致岩体内应力重分布，局部区域出现高应力集中；2. 裂纹扩展：高应力集中区域易发生裂纹扩展，裂纹扩展过程中吸收能量并导致岩体破裂；3. 能量转化与释放：岩体在破裂过程中发生能量转化和释放，包括弹性势能转化为热能等；4. 多种因素共同作用：瞬时卸荷岩体破坏是多种因素共同作用的结果，包括岩体性质、外部荷载、边界条件等。
岩体力学参数确定的方法
岩体力学参数确定的方法岩体力学参数的确定方法在岩石工程实践中，首先需要了解作为研究对象的工程岩体的力学性质，并确定其特征参数。
岩石力学参数的合理确定一直是岩石力学研究和发展的难点之一。
在应用工程力学领域，如果完整地使用经典理论力学的连续性假设和定义，就会存在理解上的问题。
必须考虑假设的合理使用范围和每个物理量的适用定义。
本文讨论了地下岩体工程中根据不同的重点确定岩体参数的方法。
1、确定岩体参数的传统方法地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。
巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。
围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。
该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。
需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。
地下巷道和硐室工程岩体力学参数的确定方法如下：(1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数;(2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。
目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。
二．建立力学模型确定岩体力学参数建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数的确定问题。
为了确定复杂岩体的力学参数，需要将工程岩体视为一个连续模型。
采用确定岩体力学参数的新方法，建立了层状斜节理岩体的力学模型，并进行了力学试验，确定了岩体的基本力学参数。
1．工程岩体力学参数模型目前，关于岩石的力学性质和划分基本上有两种观点：一种观点认为岩石本身是一种连续的非各向异性材料，另一种观点认为岩石是由多晶系统组成的，存在空洞和裂缝等缺陷，这使得岩石本身的结构表现出各向异性和不连续性。
岩体一般被视为不连续介质，但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假设。
奥陶系灰岩卸荷力学特性试验研究
２ ・ ６
水 利 水 电工 程 设 计
Ｄ Ｈ ・２１ ＷＲ Ｅ ０２年 第 ３ １卷 第 ２期
奥陶系灰岩卸荷力学特性试验研究
赵 国斌 袁 宏 利 贾国 臣 吴 彤
摘 要 岩石在卸荷状态下 的力 学特 性与其在加载 状态下有着 明显 区别 ，对 奥陶 系灰岩进 行 了常规 三轴与卸荷 三轴 的对 比试 验分析， ．试验结果表 明 ，卸荷状态下岩 石的变形 以侧 向变形为 主，且扩容 显著 ；卸荷状态 下岩样没有 出现
因此 ，试 验 围压 最 大值 取 ７ ａ ０ＭＰ 。 卸荷 三轴 试 验 按 以下 ３个 步 骤进 行 ： （） １静水 压 力 加 载 阶 段 ，按 规 程 速 率 加 载 至 预 定 的 围压 （ 水 压力 状态 ＝ ，７ ａ ；（ ） 荷 阶段 ，同 静 － ０＝ ０ＭＰ ） ２ 卸 时 升 轴 压 降 围 压 ，在 此 过 程 中 测 定 应 力 和 应 变 ， 直至 试 样 破 坏 ；（ ） 坏 后 阶段 ，试样 破坏 后 停 止 ３破 降 围压 ，并 待 软 化 阶 段 完 成 后 ，轴 向荷 载 不 随轴
压缩转 为膨胀 ；直 到 ｏ 一 ３ ４９ＭＰ ｒ ０＝４ ． 。－ ａ时轴 向抗 压 强 度 达 到 峰 值 ，此 时 应 变 ＝ ． ％ ， ＝ ．７ ０ ７９ ｖ ４３ ％ ， ２ 应 力一 应 变 曲线 进 入 峰 后 阶段 ，岩样 表 现 出一 定
验 系统 上 进 行 ．加 载 与测 量 均 由计 算 机 程 序 控 制 自动 完 成 ．整 个 加 载 过 程 速 率 控 制 稳 定 、精 确 。 试 样 为 奥 陶系灰 岩 ，试 件 尺寸 均为 ４ ０ｍｍ￣ ０ ） ５ Ｈ１０
加 荷 试 验 得 到 的全 应 力 一 应 变 曲线 中 ，轴 向
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》范文
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言岩体工程中的瞬时卸荷破坏是岩体力学研究领域中的重要课题，对于工程建设和地质灾害预防具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟方法，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行深入研究，以期为实际工程提供理论依据和指导。
二、研究背景与意义随着社会经济的快速发展，人类对自然资源的开发利用日益加剧，岩体工程中的瞬时卸荷问题愈发突出。
瞬时卸荷破坏往往导致岩体失稳、滑坡、崩塌等地质灾害，给人类生命财产安全带来巨大威胁。
因此，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的深入研究，有助于揭示岩体破坏的内在规律，为岩体工程的设计、施工及灾害预防提供理论依据。
三、研究方法与模型本文采用数值模拟方法，结合岩体工程实际情况，建立瞬时卸荷岩体破坏的数值模型。
具体方法如下：1. 确定研究区域，收集地质资料，包括岩体物理力学参数、地质构造、地下水情况等。
2. 建立三维有限元模型，考虑岩体的非均质性和各向异性。
3. 设定瞬时卸荷条件，模拟岩体在瞬时卸荷过程中的应力变化和变形过程。
4. 采用合适的本构模型和强度准则，分析岩体的破坏特征及机理。
四、数值模拟结果与分析1. 破坏特征通过数值模拟，发现瞬时卸荷岩体破坏具有以下特征：（1）应力重分布：瞬时卸荷后，岩体内应力重新分布，产生局部应力集中现象。
（2）变形发展：随着应力的变化，岩体发生变形，变形量随时间逐渐增大。
（3）破坏模式：岩体破坏模式多样，包括剪切破坏、拉伸破坏等。
（4）裂隙扩展：裂隙在应力作用下扩展、贯通，导致岩体失稳破坏。
2. 破坏机理瞬时卸荷岩体破坏的机理主要包括以下几个方面：（1）应力集中：由于瞬时卸荷，岩体内产生局部应力集中现象，导致岩石强度降低。
（2）材料非线性：岩体的物理力学性质具有非线性特征，破坏过程中表现出明显的非线性行为。
（3）裂隙扩展：裂隙的扩展和贯通是岩体破坏的关键过程，对岩体的稳定性和强度产生重要影响。
（4）边界条件：边界条件对岩体的破坏具有重要影响，如地下水活动、地质构造等。
对边坡岩体卸荷的分析研究
对边坡岩体卸荷的分析研究岩体的卸荷作用是岩体局部应力场发生变化引起的神外劫力地质作用，普遍存在于各类岩质边坡中，岩体的卸荷作用是由事种因素决定的，因而卸荷作用的机制也是多种多样的。
地质条件不同，其形成机制不同，它们以各自的方式影响着岩体的工程坞质特征。
结合工作实践经验，本文对边坡岩体卸荷工程进行了分析研究。
标签：边坡岩体卸荷机理岩体分带分析研究目前国内外工程上对斜坡岩体卸荷带的划分还有统一的标准。
国内学者做了大量的工作，试图通过野外宏观地质勘查、探寻卸荷裂隙发育规律、利用物探资料、数值模拟等方法来确定边坡岩体的卸荷带。
候智斌于2000年指出，岩体卸荷作用特征受地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体风化及地下水的影响，卸荷强烈程度亦不同；区域分布上存在下述特点：（1）谷坡比谷底发育，（2）地形陡立部位比较缓部位发育，（3）岩体的卸荷作用程度亦和风化程度呈规律变化；结合裂隙张开及其泥质物冲填特征、渗流参数，提出了岩体卸荷分带的方法，将卸荷岩体分为强卸荷带和弱卸荷带。
任光明于2003年指出裂隙开度、裂隙条数及岩体波速可以作为斜坡岩体卸荷分带的量化指标。
王毅于2004年也提出了大致相近的方法，指出可以选用单位面积节理裂隙数量和裂隙开度作为岩体卸荷分带量化指标。
综合考席卸荷岩体大量实测资料及其特征指标，一结合相关学者的研究成果，本文将相关边坡岩体分带的参考依据分述如下：（1）相对位置。
如坡内比坡表发育、坡顶比坡底发育、总体上由地表向内逐渐减弱。
（2）卸荷裂隙。
如裂隙类型与开度、结构面间距与方位、裂隙充填状况。
（3）地下水。
如岩体渗透系数、渗透流量、地下水埋藏与补给方式，含水层空隙特征。
（4）地形地貌。
如：风化带发育状况与位置、岩性差异较大的岩体接触面、断层褶皱位置、地震带、纵波速度.1卸荷岩体作用机理（1）岩体卸荷的本质是原岩应力降低，导致的结果是岩体结构松弛。
岩体卸荷作用造成的岩体表生改造和卸荷裂隙的生成所导致的岩体结构松弛，主要是因为岩体应力状态的改变和坡体的长期累积变形；卸荷岩体的变形与破裂是卸荷引起地应力场发生调整所致，地应力场变化趋势和卸荷程度是两个主要因素。
卸荷条件下岩石变形特征及本构模型研究_黄润秋
第23卷 第5期2008年5月地球科学进展A D V A N C E S I NE A R T HS C I E N C EV o l.23 N o.5M a y.,2008文章编号:1001-8166(2008)05-0441-07卸荷条件下岩石变形特征及本构模型研究＊黄润秋1,黄 达2(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059;2.重庆大学土木工程学院,重庆 400045)摘 要:基于岩石试件的卸荷试验,研究了卸荷条件下岩石的应力—应变全过程曲线和破裂特征,研究表明:卸荷过程中岩石向卸荷方向回弹变形强烈、扩容显著、脆性破坏特征明显;卸荷条件下岩石破坏具有较强的张性破裂特征,各种级别的张裂隙发育,其剪性破裂面追随张拉裂隙发展。
基于试验认识,将卸荷条件下岩石的本构模型分为4段:弹性段、卸荷屈服段、峰后脆性段及残余理想塑性段;通过体积应变εv将G r i f f i t h和M o h r-C o u l o m b屈服准则结合起来,建立卸荷条件下岩石的屈服准则,并在应变空间建立相应的卸荷非线性屈服段本构方程;运用应变软化理论,建立卸荷岩石峰后脆性段本构方程。
关 键 词:卸荷试验;变形特征;破裂特征;本构模型中图分类号:T U458+.4;P589.1 文献标志码:A1 引 言随着我国三峡工程、西部大开发、西电东送及南水北调等大型工程的建设,必定会遇到大量的岩体高边坡、大型地下洞室等工程开挖,工程开挖是一个卸荷过程,卸荷条件下岩石的变形及本构模型与加载条件下是不同的[1],因此,开展卸荷岩体力学的研究,不但对于揭示卸荷岩体的力学行为及其破坏的力学机理、完善和发展岩体力学理论、研究人类工程活动诱发的地质灾害机理等方面均具十分重要的理论意义,而且对于岩体工程施工和支护设计也具有重大的经济效益和很高的实用价值。
对于加载条件下岩石的变形及破坏机制方面的研究成果很多,是当今岩石力学的主要成果之一[2～4]。
硬质岩石卸荷破坏特性试验研究
效果优于 Drucker-Prager 强度准则，抛物线型强度准则对高围压下的试验结果回归较好。岩石卸荷破坏发生强烈
的体积扩容，从描述体积应变变化的角度对岩石卸荷破坏本构模型进行修正，理论模型结果与试验结果吻合较好。
关键词：岩石力学；硬质岩石；卸荷；强度准则；本构模型
中图分类号：0 卷 第 10 期
张黎明等：硬质岩石卸荷破坏特性试验研究
• 2013 •
然而，不同学者的卸荷试验结果还存在一些差 异。在岩石卸荷破坏强度准则方面，邱士利等[3]认 为，岩石卸荷破坏符合 Mohr-Coulomb 强度准则； F. Q. Wu 等[2]认为，Mohr-Coulomb 强度准则不能描 述岩石卸荷破坏的强度特征；陈卫忠等[4]认为，幂 函数型 Mohr 强度准则比直线型 Mohr-Coulomb 强度 准则能更好地描述卸荷大理岩的强度特征；吕颖慧 等[5]认为，高应力卸荷条件下 Mogi-Coulomb 强度准 则能反映花岗岩强度特性。到底哪个强度准则更适 合描述岩体卸荷破坏强度特征还需要探讨。在岩石 卸荷破坏本构模型方面，吴 刚和孙 钧[6]建立了脆 弹性岩体的卸荷损伤本构模型；赵明阶等[7]基于压 剪裂纹原理建立了岩石三轴卸荷的本构模型；周小 平 等 [8] 利 用 损 伤 断 裂 力 学 建 立 了 卸 荷 岩 体 本 构 模 型；黄润秋和黄 达[9]建立了卸荷岩石峰后脆性段本 构方程；L. Cantieni 和 G. Anagnostou[10]提出一种能 考虑加、卸荷应力路径的隧洞计算模型。上述以描 述轴向变形为主的本构方程，待定参数较多，并且 很难通过试验准确测定。大量的卸荷试验结果表 明，岩石卸荷破坏是沿卸荷方向的强烈体积扩容所 致，而目前的本构模型很少有对体积变形进行描述 的。本文根据加轴压、卸围压试验结果，对不同类 型的强度准则描述岩石卸荷破坏的适用性进行回归 分析，并修正了以体积变形为特征的岩石卸荷破坏 本构方程。
卸荷条件下裂隙岩体变形破坏及裂纹扩展演化的物理模型试验
第29卷第3期岩石力学与工程学报V ol.29 No.3 2010年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2010卸荷条件下裂隙岩体变形破坏及裂纹扩展演化的物理模型试验黄达1，2，3，黄润秋2(1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059；3. 重庆大学山地城市建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)摘要：岩体工程开挖是一个卸荷过程，通过裂隙岩体物理模型试验，研究2种卸荷应力路径下裂隙岩体的强度、变形及破坏特征，并探讨裂隙的扩展演化过程和力学机制。
卸荷条件下裂隙岩体的强度、变形破坏及裂隙扩展均受裂隙与卸荷方向夹角及裂隙间的组合关系影响；卸荷速率及初始应力场大小主要影响岩体卸荷强度及次生裂缝的数量，对裂隙扩展方式影响相对较少；卸荷条件下裂隙扩展是在卸荷差异回弹变形引起的拉应力和裂隙面剪切力增大而抗剪力减小的综合作用下的破坏，且各个应力对裂隙扩展的影响大小与裂隙的倾角密切相关。
关键词：岩石力学；卸荷；裂隙岩体；变形破坏；扩展演化；物理模型试验中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)03–0502–11PHYSICAL MODEL TEST ON DEFORMATION FAILURE AND CRACK PROPAGATION EVOLVEMENT OF FISSURED ROCKS UNDERUNLOADINGHUANG Da1，2，3，HUANG Runqiu2(1. College of Civil Engineering，Chongqing University，Chongqing400045，China；2. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan610059，China；3. Key Laboratory For construct and New Technique of Mountainous City，Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing400045，China)Abstract：The excavation in rocks is mainly an unloading behavior. The characteristics of strength and deformation failure of rocks are researched；propagation evolvement and mechanical mechanism of cracks are discussed under two unloading stress paths based on physical model test of fissured rocks. The strength and deformation failure of rocks，propagation of cracks are obviously impacted by the included angle of cracks with unloading direction and combination between cracks. The magnitude of unloading velocity and initial stress mainly influence strength and amount of sub-cracks on fissured rocks，but little on the law of expanding mode and deformation. The propagation of cracks is made by tensile stress brought via different rebound deformations and shear stress increasing but resisting shear decreasing under unloading；and the influence of these stresses on the expanding evolvement is highly related with dip angle of cracks.Key words：rock mechanics；unloading；fissured rocks；deformation failure；propagation evolvement；physical model test收稿日期：2009–08–10；修回日期：2009–12–06基金项目：国家自然科学基金资助项目(40902078；50539050)；教育部博士点新教师基金项目(200806111012)；中国博士后科学基金项目(20080440703)作者简介：黄达(1976–)，男，博士，2001年毕业于太原理工大学采矿工程专业，现为讲师，主要从事岩土工程和工程地质方面的教学与研究工作。
卸荷岩体力学
在分析链子崖危岩体时采用传统的加 载岩体力学分析，结果与工程实际不吻合， 且有时相差较大，这使得以哈秋舲教授为 代表的专家们必须从另外的角度来思考边 坡稳定性问题，从1995年开始卸荷岩体 力学理论的探索。
采用传统方法研究开挖问题取得的研究成果与 实际情况出入太大，有数量级差别
•三峡链子崖危岩体 实际变形2米以上，计算3厘米 （已经加固） •金川露天矿边坡 实际变形5米以上，计算20厘米 （已经垮塌） •碧口千牧岩洞子 实际变形12厘米以上，计算1厘米 （已经垮塌） •二滩调压井洞室 实际变形8厘米以上，计算1厘米 （已经停止使用）
加载、卸载应力莫尔圆图
（2）屈服条件不同 由前述分析可知，由于岩体应力路径不同，其岩体的 作用过程及破坏效果不同，那么，岩体的损伤过程及 结果不一样，因此，其屈服条件不同。
（3）力学参数不同 选择反映岩体卸荷非线性特点的分析方法，随开挖 （施工阶段不同，对力学参数进行调整）。 加载力学条件分析时应选加载力学参数；卸荷力学状 态分析应选卸荷岩体力学参数。 如三峡永久船闸高边坡岩体，仅以变形模量为例，加 荷与卸荷方式进行试验研究结果有别。见下表
链子崖由南部的T0～T6 缝区 ( 体积约8.0×105 m3 ) , 中部的 T7 缝区( 体积约2×104 m3 ) 和北 部的T 8～T12缝区( 体积约2. 5×106 m3 ) 三部分组成,其崖顶尚 有雷劈石古滑坡, 崖东有猴子岭崩 积体, 崖西发育了鸡公岭座滑体 (左图) 。 T8～T12缝区是链子崖危岩体的 主体部分, 它紧临长江, 成为直接 威胁长江航运和三峡大坝安全的重 大地质灾害, 是工程防治的重点。
链子崖地质地貌简图
链子崖防治工程的布置采用 中间防御, 两翼攻击的战略。
中间防御是在煤层采空区 主要地段用混凝土承重阻 滑键置换煤渣或空顶区, 它是被动受力防御的工程 方法, 包括PD2 , PD6 ,PD1 和PM 四个工 区组成平面受力格架体系。 两翼攻击是在危岩体东西两 端设计1# , 2# 和3# 锚固工 程区强化岩体的自身稳定性, 且不扰动不破坏岩体的结构, 预应力锚索工程是主动加力 的工程方法。1#锚固区( PT ) 穿过T 12 缝锚在核桃背上 ( 锚固方向210°) 。2# 和3# 锚固区( Pb 穿过 煤层采空区锁定在黄龙灰岩 上, 锚固方向均为180°), 后 二者以3# 锚固区为主, 2# 锚固区起辅助作用( 左图) 。
辉绿岩在加、卸荷条件下的岩体力学特性试验
辉绿岩在加、卸荷条件下的岩体力
学特性试验
辉绿岩是一种特殊的岩石，具有较高的强度、可塑性和耐久性。
因此，它可以用于多种工程中，如建筑物的建造、隧道施工等。
为了评估辉绿岩在加载和卸载条件下的岩体力学特性，常进行岩体力学特性试验。
该试验包括三个方面：
（1）岩体强度测试：包括抗压强度试验、剪切强度试验和含水量试验，以测定辉绿岩的抗压强度、剪切强度和含水量。
（2）岩体变形试验：包括压缩变形试验、拉伸变形试验和拉伸变形-收缩试验，用于测定辉绿岩在加载和卸载条件下的变形特性。
（3）岩体变形模量测试：包括变形模量试验、岩体变形模量试验和变形模量模拟试验，用于测定辉绿岩在不同加载条件下的变形模量特性。
上述岩体力学特性试验可以帮助我们准确、及时地评估辉绿岩在各种加载和卸载条件下的变形特性，从而为工程设计提供重要参考。
边坡岩体卸荷分带性研究
1 1 工程区地质背景
工程区位于青藏高原东南部, 地貌区划属川西高 原, 紧邻川西南高山区。区域构造格局 为 川滇 菱形 断块 !内的次级断块 雅江 - 理塘 !菱形 级断块中 部。坝址区为横向谷, 河谷深切, 呈略显不对称的 V! 形峡谷, 两 岸山 体雄 厚, 谷 坡陡 峻, 临河 坡高 500 ~ 1 000 m。坝址区两岸基岩以三叠系上统两河口组中、 下段 (T3 lh 2、T3 lh 1 )砂岩夹粉砂质板岩为主。岩石 致密 坚硬, 岩体完整性较好, 抗压强度较高。坝址区无区域 性断裂 ( # 、 级 )通过, 地质构造以次级小断层、挤压 破碎带、节理裂隙 (裂隙密集带 )、岩脉 (石英脉 ) 为特 征。另外, 根据地勘实测, 坝区地应力值较高, 最高可 达 20~ 30MPa左右。上述条件为边坡岩体卸荷提供 了物质条件与环境场。
路基方案 ( D3K ): 从 张家庄车站引 出后, 向西 南 跨既有陇海铁路和宛川河进入水坡沟左岸, 以隧道绕 避右岸的西北第二弹药库, 经水家坡村至王寺沟附近 进入胡麻岭隧道和黑山隧道后线路接 DK 方案至杨家 川设站。此方案沿水坡沟两岸路基 多为斜坡挖方 工 程, 短隧道较多, 其中红崖头、李家山、高庄隧道洞身浅 埋段也多, 加之沟谷两岸冲沟发育, 坡面陡峻, 滑坡及 不稳定斜坡分布较多, 线路虽已绕避大部分滑坡等不 良地质, 但多次频繁跨越易滑地层, 潜在滑坡发生几率 及安全隐患较大。 DK 方案基本绕过了大部分滑坡等 不良地质, 虽有小型不良地质发育, 但处理相对比较容 易, 且 DK方案线路顺直通过黄土、膨胀岩 (泥岩 )的特 殊岩土挖方段落长度最短, 工程地质条件相对较好。
46 文章编号: 1672- 7479( 2010) 05- 0046- 05
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3）当
σ1 + 3σ3 ≥ 0
格氏理论为：
(σ1 −σ3 ) Mσ0 = − = 2σt 4(σ1 +σ3 )
2
推广得岩体在t时刻的抗拉强度为
R = M At σt / 2
' tm ' B
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开挖岩体质量劣化规律
设t时刻开挖岩体的材料参数为
则
Rtm = M At σt / 2 =
' B
σc
2
(mt − mt2 + 4st )
已知扰动岩体质量指数RMR与
关系为
mt / mi = e st = e
( RMR−100) /14
( RMR−100) / 28
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4、岩体开挖计算方法
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20
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卸荷非线性专用程序——UNLOAD
2 c
14
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令
σ1 = 0
得岩体抗拉强度为
σtm = 1/ 2σ c (m − m + 4s )
2
•岩体抗拉强度的时效特性——格氏理论推广
应力比
β = f (t) = At
' t
B
时间t 时岩石的抗拉强度
σ = βσt = f (t)σt = At σt
B
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1）当岩石单轴受拉，即 格氏理论为：
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岩体卸荷特性研究Biblioteka 1岩土工程学术报告
1、问题的提出
采用传统方法研究开挖问题取得的研究成果与 实际情况出入太大，有数量级差别
•三峡链子崖危岩体 实际变形2米以上，计算3厘米 （已经加固） •金川露天矿边坡 实际变形5米以上，计算20厘米 （已经垮塌） •碧口千牧岩洞子 实际变形12厘米以上，计算1厘米 （已经垮塌） •二滩调压井洞室 实际变形8厘米以上，计算1厘米 （已经停止使用）
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5、工程应用
5.1 长江链子崖危岩体边坡
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5.2 碧口千枚岩隧道
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5.2
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5.2
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5.2
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5.3 金川边坡
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5.3
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金川边坡卸荷变形分析成果
β
t
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.0 2.0 3.0 4.5 6.5 14.
0.3
个月 60. > 30
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岩石蠕变试验破坏曲线
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岩体抗拉强度预测
•利用Hoek-Brown准则预测
Hoek-Brown准则
σ1 = σ3 + mσcσ3 + sσ
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地下工程
石方开挖后，在自重应力情况下，通常边墙的切向 加荷，法向以卸荷为主，顶部与底部的切向与法向 可能均处于卸荷状态
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3、岩体卸荷力学特性研究
3.1 岩体原位试验应力应变关系
分析: 1)同一地应力点加荷时的切线斜率大于卸 荷时的斜率 2)岩体卸荷趋近于零时, 变形性增加十分 显著 3)如果试验进行到拉应力区, 这种变形性 增加将更显著, 当达到抗拉强度时原则上 会发生无穷大变形
σ1 = 0,σ3 < 0
σ3 = σt σ0 = 2σ3 / M
推广得岩体在t时刻的抗拉强度为
R = M σ / 2 = M At σt / 2
' tm ' ' t ' B
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2）当
σ1 + 3σ3 < 0
Mσ0 = 3σ3 = 2σt
格氏理论为：
推广得岩体在t时刻的抗拉强度为
R = M σ / 2 = M At σt / 2
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金川边坡水平位移不同方法分析成果
30
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5.4 二滩调压井洞室
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5.4
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5.4
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各实例成果对比
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5.6三峡工程永久船闸高边坡
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5.6
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5.6
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5.6
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5.6 有限元网格16
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5.6 有限元网格20
40
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5.6 拉应力区图
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5.6 计算结果与观测成果对比
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5.6测点布置及开挖观测情况
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原位试验岩体应力应变曲线(据李先炜,1990)
10
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3.2 岩体抗拉强度预测及其时效特性
岩石受拉流变试验
P
尺寸:岩心直径5.4厘米 高度15cm、20cm 切口深度 10mm 15mm 20mm
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应力比
β = σ /σt
岩石受拉蠕变断裂时间（小时）
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岩石应力应变全过程曲线
5
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三峡坝区构造运动变化过程示意图
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岩体开挖后的力学动态条件
基础工程：
基坑开挖后，除局部加荷外，以卸荷为主，侧面边 坡可能出现拉应力 建筑物建造过程中，基底主要表现为加荷
边坡工程：
石方开挖后，除局部加荷外，以卸荷为主 地应力释放充分，可能出现较大范围拉应力区
2
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计算与实际情况严重不符
得到的岩体中的应力分布 规律与实际情况不一致
稳定分析结论错误
工程措施不得当导 致工程事故发生
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2、岩体工程的力学动态条件
工程岩体力学特点：
• 岩体中有不连续面，对岩体的力学特性起控制作用 • 岩体中存在地应力（初始应力），任何作用都是在该基础 上的继续（在此基础上增加称加荷，否则称卸荷） • 岩体卸荷（特别是进入拉应力区后）比加荷更易发生变形 • 岩体具有明显的各向异性