考虑强度弱化的岩石节理本构模型、数值实现及其应用研究

Aiming at the strength-weakening mechanism and numerical simulation of rock joints, the study goes as follows: ① By means of carefully planed shear test for joints of rock and artificial rock material with different joint roughness, the complete shear stress-shear displacement curves (including the normal displacement-shear displacement curves) will be obtained. Strength-weakening process and strength parameter evolution are analyzed. Relationship between strength parameters and shear displacement will be proposed. ② Constitutive model ofjoints with strength-weakening and shear dilatancy will be derived. The algorithm for constitutive integration will be presented in order to deal with the instability of numerical solution with the considerasion of strength-weakening of rock joints, and it is implemented in finite element method. The finite element code in which strength-weakening of rock joints is included will be developed, and a new approach for analyzing jointed rock mass will be formed. ③ On the basis of the results of shear tests, theoretical analysis and numerical modeling, the presented approach is used to analyse a bedding slope in which the influences of strength-weakening of the bedding plane on the stability is considered. The research that will be carried out is believed to enrich the theory and application in geotechnical engineering.

本项目针对岩石节理面强度弱化机制与数值模拟分析开展研究：①通过系统的、具有不同粗糙度的人工节理面（模型材料节理面）和岩石天然节理面的剪切试验，获取剪切应力~切向位移全过程曲线（包括法向位移~剪切位移关系曲线），分析节理面粘结力、摩擦角和剪涨角随剪切变形的变化规律，定量研究节理面力学参数弱化过程；② 建立反映节理强度参数弱化（对应于节理面粗糙度的磨蚀）及剪涨效应的本构方程，提出一种节理面本构方程的积分算法，解决节理面强度弱化导致的数值解不稳定问题，在有限元方法中实现提出的本构积分算法，并研制相应的反映节理面剪切变形过程中强度弱化行为的有限元程序，形成求解节理面问题的一种新方法；③ 在实验研究、理论分析与数值模拟的基础上，进一步将研究成果应用于工程，分析节理面强度弱化特性对顺层边坡稳定性的影响。本项工作将提升岩土工程中节理面强度弱化问题研究的理论和应用水平。

本项目针对岩石节理面强度弱化机制与数值模拟分析开展研究：①通过系统的、具有不同粗糙度的人工节理面（模型材料节理面）和岩石天然节理面的剪切试验，获取剪切应力~切向位移全过程曲线（包括法向位移~剪切位移关系曲线），分析节理面粘结力、摩擦角和剪涨角随剪切变形的变化规律，定量研究节理面力学参数弱化过程；② 建立反映节理强度参数弱化（对应于节理面粗糙度的磨蚀）及剪涨效应的本构方程，提出一种节理面本构方程的积分算法，解决节理面强度弱化导致的数值解不稳定问题，在有限元方法中实现提出的本构积分算法，并研制相应的反映节理面剪切变形过程中强度弱化行为的有限元程序，形成求解节理面问题的一种新方法；③ 在实验研究、理论分析与数值模拟的基础上，实现研究成果的应用。本项工作将提升岩土工程中节理面强度弱化问题研究的理论和应用水平。