岩体断裂面细观接触演化与长期力学行为研究

以交通、水电、资源开发等工程中发生的山体崩滑、地层塌陷等重大工程地质灾害为背景，开展岩体断裂面细观接触演化和长期力学行为的研究。借助激光扫描、三轴剪切蠕变实验、声发射和CT检测等方法，研究断裂岩体双翼表面粗糙性、细观接触状态、接触损伤演化等影响岩体长期力学行为的特征关系。针对岩石断裂面丰富的粗糙性信息和对测量步长的依赖性，研究岩石断裂粗糙面几何跨尺度覆盖的分形维数计算方法，提出表征岩体断裂双翼表面压剪接触的分形结构模型和相伴几何参量。通过对岩石断裂双翼表面接触与损伤的测试和理论分析，揭示构成岩体压剪力学性质的粗糙面细观结构弹塑性离散接触的集群效应，研究蠕变过程中岩石粗糙表面凹凸体磨损及亚表面微裂纹、微孔洞发展等表面接触损伤演化规律，发展和建立岩石断裂面细观接触演化与宏观岩体长期力学行为的理论模型，为分析断裂岩体力学行为和预测岩体的长期稳定性提供依据。

本项目以岩土工程中山体滑坡、岩体失稳等重大工程地质灾害为背景，开展岩体断裂面细观接触演化和长期力学行为的研究。.主要研究内容如下：.（1）岩石断裂面粗糙性的分形描述。研究几何跨尺度粗糙面的测量和分形描述方法，提炼反映断裂岩体变形和抗剪强度的相伴分形参量，建立岩体断裂面细观分形模型。.（2）岩石断裂面细观离散接触与宏观力学行为的特征关系。研究荷载作用下断裂面接触点分布和接触面积变化规律，建立描述岩体断裂双翼粗糙面分形接触模型；在弹塑性接触和分形理论研究基础上，建立压剪荷载共同作用下岩石断裂面的弹塑性离散和不规则接触力学模型。.（3）岩石断裂面细观接触损伤演化规律。研究压剪荷载作用下岩石两断裂面上的凹凸体产生变形和磨损、断裂岩体亚表面内部微裂纹和微孔洞等缺陷不断萌生和扩展，以及导致细观凹凸体断裂和啮合失效的力学机制。.（4）断裂岩体长期力学行为。研究长期载荷作用下岩体断裂面离散不规则接触和损伤演化规律，建立岩石断裂面细观接触与宏观岩体长期力学行为的关系。. 重要成果如下：.（1）对表征断裂岩石粗糙性的参数（粗糙度和起伏度）进行了定量计算和分析，得到了断裂岩石表面粗糙度和起伏度分维随载荷的演化规律。.（2）提出了“切层-面积法”，发现了两类断裂岩石的接触特征，揭示出构成断裂岩石长期抗剪强度的机制，获得了断裂岩石剪切蠕变前后岩石断裂面细观结构和空间展布形态、断裂岩石内部三维损伤情况。.（3）通过断裂岩石在剪切蠕变阶段声发射特征分析，揭示了拉伸和压剪断裂岩石在剪切蠕变过程中的细观破坏机理。压剪断裂岩石声发射机理由起伏面相互摩擦、亚表面裂纹生长构成，拉破坏断裂岩石声发射机理是由微凸体剪断、磨损、迁移机制构成。.（4）考虑粗糙度和塑性因子影响，建立了预测岩体断裂面细观接触演化与长期力学行为的岩石剪切蠕变模型。.（5）通过引入在不同法向载荷作用下粗糙表面接触分形维数动态演化规律，建立了断裂岩石在法向和剪切力作用下的接触力学模型。反映出断裂岩石剪切强度随法向力变化的细观力学机制，并由实验得到初步验证。. 2012-2015年度，共发表论文13篇（其中SCI收录3篇，EI收录11篇）。培养博士2人，硕士3人，2人获研究生国家奖学金。.本项研究的科学意义在于揭示断裂岩石表面细观接触力学机理和岩体长期力学行为的关系，为分析和预测断裂岩长期稳定性提供理论依据。