多裂隙岩体的破坏机理、强度特性及对地下工程稳定性的影响

岩体的失稳破坏大多是由其中的断层、节理、裂隙在工程开挖后的扩展、滑移、贯通造成的。研究普遍存在的间断型节理岩体，难度很大。数值分析已不能完全套用连续介质分析法，也不能用全离散分析法。本项目拟采用模型试验和新的数值分析法以及现场调查及观测资料验证法相结合的技术路线，力图有突破。采用与岩石相似性好的多种材料（含部分岩石），并采用先进的内置多裂隙预置技术制成三维多裂隙试件。采用先进测试技术开展两维和三维应力状态下的模型块体试验，研究裂隙的扩展贯通规律、岩体的破裂机理和强度特性，建立不同条件下的强度表达方法。对典型分布的节理岩体，利用开发出新功能的三维分析软件，配合模型试验，研究其力学特性。运用随机力学原理，考虑不同裂隙分布特征和力学参数的随机性，研究其随机力学效应并用地质代表单元体的力学特性以随机分析法研究大型地下工程的稳定性，并将数值分析结果及现场观测做对比，以证实本成果应用的有效性。

本项目按计划完成了四部分内容，（1）开展了类岩石的砂浆类材料的含多裂隙岩块的抗压试验。试块中分别制作了多条贯通节理。求得随节理条数增加试件强度下降的曲线。在内置三维裂隙的试验中，配制成功了透明性很好的脆性度比前人大幅提高的新型树脂类材料，并创制了试件内可设置中空裂隙，且其中可注入有压水的工艺技术。成功地开展了首批试验，超出国内外前人的水平。（2）用数值分析模拟裂隙扩展，运用DDARF软件分析了多裂隙试件受压后的力学效应，其中还研究裂隙组具有不同倾角等多因素的影响。在FLAC-3D软件基础上开发了新的弹脆性本构模型并采用超细单元划分法。首次成功地模拟了裂隙扩展过程，比前人成果好很多。还成功模拟了裂隙中有压水时裂隙扩展的工况。此外还对DDA和DDARF分析法的功能做了扩充和改进。比如划分单元可以采用多元尺度法等。这也是一个重要的进展。并研究了锚杆加固裂隙体的效应等。（3）研究了节理岩体地下工程稳定性，先运用DDARF分析研究了洞室围岩分别各有一组和二组密集节理的工况，得到分步开挖时围岩节理破裂发展和连通的全过程。第二方面对一个实际大型洞群工程。运用节理围岩能量耗散模型，采用劈裂破坏准则，通过现场实测开展反馈分析研究，得到围岩劈裂区的力学参数，并可预测后续开挖工程围岩变形量和劈裂破坏区的深度。（4）研究节理岩体边坡稳定性和坡体内节理分布的随机性及围岩力学参数的随机性对工程稳定性的影响。首先采用前述的裂隙渗流模型和分析法对一个有二组节理的工程边坡稳定性做分析。考虑开挖过程的影响并假设节理组中含有水压力。可以看出原有裂隙的扩展和连通的发展过程。通过超载试验得到了有水压和无水压条件下边坡稳定安全系数的不同结果。随后采用随机分析方法，研究了坡体裂隙分布的随机性影响。通过数值试验求出了边坡的REV。可看出边坡不同区段和方位时的各向异性效应。最后研究了边坡岩体力学参数在高值和低值不同条件下力学参数随机性的影响，对一个工程边坡的稳定性用超载试验法做了安全系数在参数变化条件下的对比。本项目的研究进展方面许多已达到国际先进甚至领先水平，并有若干突出的创新点。共发表了22篇科学论文，其中3篇为SCI收录，其他19篇俱为EI收录。