高地应力强卸荷作用下柱状节理玄武岩破坏机理研究

川滇两省是我国水电开发的主要地区，由于该地区地应力场较高，构造运动频繁，地表侵蚀卸荷严重，因此川滇两省节理岩体广泛分布。目前准备兴建的白鹤滩水电站就位于该地区，坝址区内柱状节理较为发育，该岩体具有明显的非连续、易断裂与各向异性力学特征，属于典型的非贯通节理岩体。上述力学特征为高边坡与地下洞室群的设计与施工带来诸多不确定因素。为了满足大型水电工程建设的需要，同时为促进非贯通节理岩体力学研究的发展，该课题以高地应力强卸荷作用下柱状节理玄武岩为研究对象，将神经网络与Voronoi 随机模型相结合建立玄武岩的块体模型、通过室内实验与理论分析建立柱状节理玄武岩的力学模型与破坏判据、借助数值模拟与现场反馈分析验证力学模型的准确性，最终建立一套符合强卸荷作用下柱状节理岩体的研究方法，为我国其他同类水电工程提供可资借鉴工程依据。

川滇两省是我国水电开发的主要地区，由于该地区地质成因复杂，地表侵蚀卸荷严重，柱状节理玄武岩广泛分布，目前准备兴建的白鹤滩水电站就位于该地区。柱状节理玄武岩具有明显的非连续、易断裂与各向异性力学特征，属于典型的非贯通节理岩体。本项目以柱状节理玄武岩为研究对象，利用水、石膏与河砂的混合物作为柱状节理玄武岩的相似材料，借助石膏凝固的时效特性，模拟柱状节理的生成过程，并且根据现场柱状节理的几何特性，制成截面为四边形与六边形的相似模型。通过单轴压缩试验不仅获得了柱状节理玄武岩的应力-应变曲线与基本的力学特性，同时解释柱状节理玄武岩各向异性的形成机制，确定了原生节理倾角对柱状节理玄武岩强度与变形影响。而后，通过大量的原位变形观测与钻孔摄像检测，获得柱状节理卸荷过程中的力学特性、洞室边墙与顶拱的破坏模式。根据室内试验与现场观测结果，确定了柱状节理玄武岩加载与卸荷过程中岩体的力学行为与破坏模式，建立了CRDM本构模型，并在3DEC平台上开发了本构模型。利用建立的本构模型对白鹤滩柱状节理试验洞开挖过程进行了模拟，通过现场监测结果与数值模拟的比较可以发现，D-CRDM模拟方法可以很好的模拟柱状节理玄武岩的力学特性，并且能够解释现场岩体的失稳机理。根据柱状节理玄武岩在不同应力环境的力学特性与破坏模式，建议白鹤滩水电站洞室群的支护应以钢筋混凝土衬砌支护为主，锚杆支护为辅，这与传统的支护方式有一定的差别，并通过现场工程支护的实际情况证明了该支护方法的正确性。目前，白鹤滩工程还在施工过程中，不断揭露的柱状节理临空面越来越多、面积越来越大，柱状节理玄武岩的卸荷力学特性也在不断有新的进展与发现，力求在该基金的资助下继续做一些探索性的研究，获得更多有助于工程应用的科研成果。.在基金资助的三年内，撰写著作1本，发表十余篇论文，其中SCI检索3篇，EI检索2篇，培养研究生3名。