岩体结构面蠕变特性与长期强度特性的综合研究

由于岩体中存在着结构面，使得岩体成为一种极为复杂的介质，加大了岩体稳定性研究的难度。因此，系统地研究结构面在瞬时荷载和长期荷载作用下的力学特性，是从本质上解决这一难题的必经之路。本课题以Barton提出的评价结构面粗糙度的方式为基础，通过规则齿型结构面及天然岩体结构面的瞬时加载剪切试验和剪切流变试验，利用结构面的剪切位移曲线和剪切扩容曲线，建立一套定量评价结构面粗糙度对力学特性影响的方法；综合考虑各种不同的影响因素，探讨结构面的非线性变形机理，建立引入结构面粗糙度参数且考虑结构面非线性特性的剪切本构方程和流变本构方程；分析对比结构面在瞬时荷载及长期荷载作用下的强度特性的异同，建立考虑结构面粗糙度特性的强度公式；寻找一种合适的结构面长期强度的评价方法，提出描述结构面长期强度的经验公式，建立结构面长期强度评价体系；应用上述的研究成果及数值计算软件，对边坡工程和地下工程围岩进行稳定性评价。

本课题通过对岩体结构面剪切试验的研究，利用剪切位移曲线及扩容曲线，深入系统地认识结构面的瞬时力学特性和变形破坏规律；通过对不同角度、不同粗糙度结构面剪切流变试验的研究，分析归纳应力水平、结构面的粗糙度等因素对结构面蠕变特性的影响及其变化规律，并得到了合理确定结构面长期强度的试验方法和理论依据；通过含绿片岩软弱结构面的大理岩试件的剪切蠕变室内试验，建立了非线性剪切流变本构模型，并对结构面的长期强度特性进行了研究；利用FLAC3D软件建立不同结构面角度的三维规则齿形结构面模型，进行不同应力水平条件下的结构面常规剪切试验和剪切蠕变试验，分析了不同结构面角度和应力水平对结构面强度和变形特性的影响。