柱状节理岩体的扰动特性和分析方法研究

通过偶合节理在沿节理面不同错位后的法向和剪切加卸载变形和强度试验，用扰动状态概念，建立偶合节理加卸载扰动本构模型和扰动峰值剪切强度准则。通过柱状节理现场几何尺度特征和表面形貌特征的研究，以及柱状节理表面形貌和力学性质的尺度效应研究，结合偶合节理加卸载扰动本构模型和扰动峰值剪切强度准则，建立柱状节理岩体的加卸载扰动本构模型和扰动峰值剪切强度准则。研究柱状节理岩体这类节理发育程度高、力学性质在加载与卸载时有差异、并呈高度非线性、且随扰动程度而变化等特性的节理岩体的分析方法，拟采用离散元方法对这类节理岩体中的工程的变形和稳定性问题进行数值求解。对完善岩体力学中不同岩体结构的节理岩体的力学性质研究具有重要的学术意义，对解决柱状节理岩体中大坝、边坡、隧道和地下洞室等工程的变形和稳定性问题有很大的实际价值和广阔的应用前景。

通过偶合节理在沿节理面不同错位后的法向闭合变形试验和直剪试验，提出考虑节理基体变形影响以及考虑节理面粗糙度分量、起伏度分量不同影响的闭合变形模型；通过分析15组模拟材料节理试件在低法向应力下峰值摩擦角的合理范围，提出含三维形貌参数的偶合节理新的峰值剪切强度准则，并得到了37组岩石节理试件直剪试验数据的验证；提出节理面移动稳定接触算法，建立了偶合节理在不同接触状态下的含三维形貌参数、错位量的扰动函数，得到了节理吻合系数（JMC）主要受微凸体视倾角分布影响的结论，并在偶合节理新的峰值剪切强度准则基础上，提出了含三维形貌参数的节理在不同接触状态下的扰动峰值剪切强度准则，解决了已有的峰值剪切强度准则不能考虑节理上、下面错位对其峰值剪切强度影响的问题，从而可根据该准则估算节理在不同接触状态下的剪切强度。采用颗粒流数值软件（PFC2D）构建了真实节理的表面形貌，进行节理在不同接触状态下的数值直剪试验，从细观角度解释节理的宏观剪切力学性质，与直剪试验结果比较具有很好的吻合性，从而节理数值剪切试验可作为直剪试验的补充，解决直剪试验中相同形貌节理试件取样和制备困难的问题。分别构建了白鹤滩四棱柱、六棱柱柱状这两种柱体的柱状节理岩体的离散元数值试验模型，由单轴压缩试验确定了这两种柱状节理岩体的表征单元体（REV），在REV尺度内采用数值试验研究了柱体结构特征（柱体直径、长径比、错距比）对柱状节理岩体弹性模量的影响；在不同接触状态节理峰值剪切强度准则的基础上，针对柱状节理岩体的特点提出非线性剪切强度准则；采用离散元数值方法弄清了节理的粗糙程度、接触状态对柱状节理岩体强度影响的规律。