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岩体力学参数的研究多年来一直被众多专家学者所研究,其复杂性主要是由于其内部发育着大量的结构面,且随着结构面规模的不同,其岩体性质会有着很大的差异。岩体力学参数是在岩土工程中进行岩体强度和变形分析的根据,也是对其稳定性分析和评价的依据,其取值的准确性直接会影响实际工程的安全性和成本投入。因此对岩体力学参数的研究是非常必要的。近年来,随着我国经济的快速发展,基础工程建设得到国家的大力投资,比如南水北调工程、西气东输工程,特别是在西南地区,大型边坡工程、水利水电工程、冶金矿山工程、铁路交通工程等工程得到了大力的开发。
因其工程所在地区的地质构造等原因造成了此类工程具有地形复杂、地势陡峭等特点,工程区的地应力状态也跟一般的工程有着质的区别,其表现在:大埋深、超高地应力、超高外水压力等特点,其次表现最为明显的是实际工程的开挖卸荷,其应力状态的改变在高地应力区显得更为明显,对边坡的稳定性分析起着很重要的作用。因此对于卸荷开挖条件下岩体的力学参数研究具有更为深远的意义。
本文为了研究卸荷状态下的岩体力学参数,结合锦屏印把子高陡边坡料场的工程地质背景,主要采用了经验估算法、实验方法和数值分析法,通过3种方法的结合给出了该边坡在工程开挖卸荷下的岩体力学参数建议值。
本文的主要内容包括以下几点:
(1)通过实验的方法来研究岩石的卸荷力学特性和力学参数:从工程现场进行地质调查,进行了岩体结构面的实地测量,并取回工程区典型砂岩和砂板岩的岩石样本和岩体结构面的采样,并进行加工成标准试件,对岩石在MTS试验机上进行常规三轴压缩试验和三轴卸荷试验,分析了岩样的变形特点、强度特性及其破坏特征,通过三轴压缩试验所获参数与卸荷三轴试验的所获参数的对比,研究了其参数在卸荷状态下的变化规律。
(2)通过估算理论来研究卸荷状态下的力学参数:通过岩体结构面的调查,给出了岩体质量体系RMR评分中包括岩石单轴抗压强、RQD值、节理间距、节理条件、地下水等5项指标的评分,并通过修正得到了岩体在未扰动情况下的RMR值和对于扰动卸荷岩体的RMR值,并结合Hoek-Brown经验公式,分别通过两种方法估算出岩体在原岩和卸荷状态下的抗剪强度参数值,并对岩体的变形模量给出了建议值。
(3)通过数值模拟方法来研究卸荷岩体的力学参数:通过计算机模拟软件FLAC3D建立了含一组节理面的不同倾角和不同连通率下的9个模型,分别模拟了岩体在三轴压缩试验中不同倾角和不同连通率对岩体参数的研究。也通过三轴压缩模拟后进行降低围压的三轴卸荷模拟,得到了三轴卸荷状态下不同倾角和不同连通率对岩体参数的影响。综合考虑节理倾角和连通率对岩体性质的影响,对三轴压缩和三轴卸荷进行了模拟,得出了对于含一组节理面的岩体强度参数,比较分析了加载和卸荷的强度参数变化规律。最后结合印把子具体工程实例,进行了三轴卸荷试验的模拟,得到了岩体强度参数和变形参数的变化规律,给出了该边坡卸荷状态下的岩体力学参数。