高坝坝基硬脆性裂隙岩体的蠕变损伤破坏机理与流变力学特性研究

The rheological damage properties of the hard brittlejointed rockmass are closely related to the long-term stability and operation safety of the high arch dam while running. Taking the hard brittle jointed rockmass with high strength and high brittleness as an object of study,taking the creep damage failure mechanism and rheology damage properties as key of the study in this research project, we plan to reappearance the process of origin, development and failure of creep damage of the hard brittle jointed rockmass through the triaxial load unload creep test, true three-dimensional load creep model test of similar material and scanning electron microscope experiment, to study the mechanics origin of damage creep, deformation characteristics and failure modes of rockmass, to ascertain the microstructure creep damage mechanism of rockmass, to reveal the creep damage failure mechanism of rockmass under complex three-dimensional stress state.The ageing damage evolution equation and 3D nonlinear anisotropic damaged rheological constitutive model of the hard brittle jointed rockmass will be established through theory analysis on the basis of creep test results. The numerical analysis method of damage creep of the hard brittle rockmass will be presented. The complete theory and analysis method system of creep damage and deformation failure for the hard brittle jointed rockmass in dam foundation of high dam will be established in this project，which will provide important theory foundation and technological support for the hydropower resources development with safety,economy and high efficiency in China.

高拱坝运行过程中，坝基硬脆性裂隙岩体的流变损伤特性直接关系到高坝的长期稳定与运行安全。本项目以高拱坝坝基分布的强度高、脆性强、断续裂隙发育的硬脆性裂隙岩体为研究对象，以岩体蠕变损伤破坏机理和流变损伤特性为研究重点，通过不同加卸载路径三轴蠕变试验、相似材料真三维加载蠕变模型试验和微细观电镜扫描试验全面再现硬脆性裂隙岩体蠕变损伤的发生、发展和破坏过程；系统研究岩体损伤蠕变的力学成因、变形特征和破坏方式；探明岩体微细观蠕变损伤机制；揭示复杂三维应力状态下岩体蠕变损伤的破坏机理。在岩体蠕变变形特征和破坏机理研究的基础上，通过理论研究，建立硬脆性裂隙岩体的时效损伤演化方程和三维非线性各向异性损伤流变本构模型，提出模拟硬脆性岩体损伤流变特性的数值分析方法，形成高坝坝基硬脆性裂隙岩体蠕变损伤与变形破坏完整的理论与分析方法体系，为我国安全、经济与高效地进行高坝水电资源开发提供重要的理论基础与技术支持。

在“西部大开发”过程中，我国西部（特别是西南地区）涌现出一大批高拱坝，如二滩、小湾、溪洛渡、锦屏一级、大岗山拱坝等，这些高坝坝基边坡岩体内部分布有大量硬脆性裂隙岩体，由于它们的流变作用，常常会导致坝基工程的变形破坏。为研究坝基硬脆性裂隙岩体的蠕变损伤机理与流变力学特性，项目以大岗山水电站坝基硬脆性辉绿岩和孟底沟水电站坝基硬脆性花岗岩为研究对象，采用室内外流变试验、理论研究和数值模拟相结合的综合研究方法，系统研究了硬脆性裂隙岩体的蠕变损伤特征与流变强度的变化规律。通过加卸荷三轴蠕变试验、微细观电镜扫描试验、大尺寸原位压缩蠕变试验和原位剪切流变试验，系统揭示了坝基硬脆性岩体的蠕变损伤特征、剪切流变特性、流变长期强度的演化规律及其蠕变损伤破坏机制；通过理论研究建立了裂隙岩体的非线性粘弹塑性混合流变力学模型和双重介质渗流流变模型，提出了耦合渗流应力作用的非线性流变数值计算方法，依托ABAQUS开发了相应的计算程序；开展了大岗山坝基高边坡考虑渗流应力耦合作用的施工开挖非线性流变数值计算，获得边坡开挖位移场、应力场、塑性区的变化规律，研究成果有效指导和优化了工程的设计和施工。通过本项目研究，形成了高坝坝基硬脆性裂隙岩体蠕变损伤变形与流变强度分析的理论方法体系，为我国安全、经济与高效地进行高坝水电资源开发提供了重要的理论基础与技术支持。