华南地区不同风化程度花岗岩细观变形破坏机制研究

广泛分布于华南地区的花岗岩受亚热带湿热多雨气候影响，岩石本身发生不同程度的风化。风化后的花岗岩在细观结构、物质组成、工程性质等方面发生较大变化，使得华南地区工程地质及环境灾害频有发生。.本项目拟以广州花岗岩为代表，基于细观力学的研究方法，揭示华南地区不同风化程度花岗岩的变形机制以及破坏机理。立足于广州花岗岩微细观结构，发展描述材料非均质特性的力学模型，建立花岗岩化学风化演变的数值表征方法及适用于模拟风化花岗岩破损行为的细观力学模型。选取代表性的风化岩样，进行剪切、压缩等岩石力学试验与数值仿真，研究其变形、损伤和非线性断裂的宏观规律，建立与现行岩石质量评价方法的相关性，为指导华南地区岩土工程、防范地质灾害提供理论基础。

花岗岩广泛分布于华南地区，受亚热带湿热多雨气候影响，岩石本身发生不同程度的风化。本项目选取广东从化地区不同风化程度的花岗岩，基于细观力学的研究方法，揭示其变形机制以及破坏机理，探讨了不同风化程度的花岗岩从细观到宏观层次的力学行为，并以试验与数值仿真相结合，研究其变形、损伤和非线性断裂的宏观规律，建立岩石材料破损行为的细观离散元模型，为研究岩石类非均质准脆性材料破裂机制奠定基础。项目主要研究工作和创新成果有：. （1）对风化花岗岩的破损行为进行了巴西劈裂及单轴压缩试验研究，研究了不同风化程度花岗岩的强度及变形破坏规律。. （2）基于数字图像处理技术，结合电镜扫描试验鉴定矿物成分，建立反映岩石细观真实结构的离散元模型。基于该模型对平台巴西试验中细观结构、平台中心角及端部摩擦的影响进行了仿真分析，初步验证了模型的可靠性。. （3）基于花岗岩不同风化程度试件的断面图片，生成细观结构与之对应的数值仿真试件，对风化花岗岩的强度及破损行为进行了数值仿真研究。. （4）引入空间相关随机场表征岩石细观结构的非均质性，实现空间相关随机场的数值生成，并将成果导入颗粒离散元程序PFC中生成相应的细观离散元模型。. （5）基于空间相关随机场的细观离散元模型，进行了风化花岗岩的巴西劈裂及单轴压缩数值仿真试验，并将仿真结果与物理试验结果进行了对比分析，结果证明该模型是可靠的。