复杂应力路径下深部软弱夹层-岩体宏细观相互作用机制研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51909241
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0905.水工岩土工程
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
A weak interlayer zone (WIZ) is a poor rock mass system with loose structure, weak mechanical properties, random distribution and strong extension due to the shear motion of rock masses under the action of tectonism, bringing many stability problems and geological hazards, especially representing a potential threat to the overall stability of rock masses with WIZ in deep underground engineering excavations. The macro-meso interaction mechanism of deep-buried WIZ and rock mass under complex loading and unloading stress paths is by far a crucial theoretical issue in rock and soil mechanics. In this study, a true-triaxial experimental system will be adopted as the main test apparatus. Based on the typical true triaxial loading tests, the true triaxial loading mechanical response of the loading angle and thickness of WIZ is revealed. A series of tests under different loading and loading stress paths, including the true triaxial stress path tests simulating the excavation-induced and cyclic loading-unloading stress paths via independent control of the three principal stresses, the interfacial repeated shear tests, as well as the acoustic emission,electron microscope scanning,CT meso-analysis and CT-MATLAB three-dimensional reconstruction simulation, would be carried out. Based on these results, we attempt to unearth the mysteries of the stress path dependence of WIZ and WIZ/rock interface strength and the macro-meso uncoordinated interaction mechanism between WIZ and rock mass under complex stress conditions. We then develop novel constitutive model and true-axial anisotropic strength criterion for WIZ and WIZ/rock interface, interpreting the stress path effect on the true triaxial strength and deformation of WIZ and WIZ/rock interface. The new constructive models would be a major advancement in realizing quantitative descriptions of the mechanical effects of stress path, thickness of WIZ, loading angle, interface morphology as well as the particle breakage and mechanical parameter evolution. Based on the extended finite element method, the new models will be verified by analyzing the stability of a typical deep underground cavern controlled by rock masses with WIZ. This study will provide theoretical basis for the analysis and prediction of the instability of deep underground projects controlled by rock masses with WIZ.
深部地下工程大规模开挖扰动应力路径下软弱夹层-岩体相互作用力学行为及破坏机制研究是目前岩土力学领域关注的重要科学课题。本项目首先基于典型真三轴加载试验,揭示软弱夹层产状和厚度的力学响应;通过独立控制真三向应力开展开挖扰动及循环加卸荷、循环剪切试验,辅助声发射-扫描电镜-微米CT细观分析手段及CT-MATLAB三维重构,针对性揭示软弱夹层和界面强度的应力路径相关性和软弱夹层-岩体非协调相互作用力学机制。基于此,构建软弱夹层及界面本构模型和真三轴各向异性强度准则;解译复杂开挖扰动应力路径对软弱夹层岩体真三轴强度和变形的影响程度,实现对界面形貌、产状、厚度力学效应以及颗粒破碎程度、强度参数损伤劣化的定量表征。基于扩展有限元平台,将新模型应用于典型深部地下洞室含软弱夹层岩体稳定性分析验证有效性。项目成果可为受软弱夹层影响的深部岩土工程围岩失稳破坏分析和预测提供理论依据。
结项摘要
深部地下工程大规模开挖扰动应力路径下软弱夹层岩体力学行为及破坏机制研究是目前岩土力学领域关注的重要科学课题。本项目研究贯穿了深部软弱夹层岩体应力赋存状态判据、软弱夹层岩体产状/厚度力学效应、软弱夹层-岩体的应力路径相关性、多尺度变形破坏力学机制与规律、力学模型以及现场实践验证等研究的全过程,总体上达到了预期目标。研究取得的代表性成果如下:①建立了考虑最大主应力值、岩石饱和单轴抗压强度、岩石完整性系数、地质强度指标、岩体纵波波速、垂直埋深、主要岩性、围岩级别的多因素深部软弱夹层岩体应力赋存状态数据驱动判据模型,结合实际工程的原始应力数据并与现有的地应力判别方法对比验证了模型准确率和普适性;②提出并总结了复杂扰动应力路径下软弱夹层的三轴试验方法,并揭示了复杂扰动应力路径下软弱夹层的卸荷(塑性)变形特征、强度特征、剪胀角、力学参数的宏细观裂化机制;③从试验和离散元模拟角度充分解译了深部软弱夹层-母岩非协调变形破坏过程和厚度/产状力学效应;④开发了考虑复杂应力路径影响的深部软弱夹层修正塑性功本构模型,模型可反映出软弱夹层的剪胀、剪缩、各项异性特征以及强度变形参数随修正塑性功的劣化过程;⑤诠译了软弱夹层岩体微震事件破裂机制的时空演化规律,并实现了受软弱夹层影响的大型地下洞室群灾害预警与分析。
项目成果
期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Sensitivity Analysis in the Estimation of Mechanical Parameters of Engineering Rock Mass Based on the Hoek–Brown Criterion
基于Hoek-Brown准则的工程岩体力学参数估算的敏感性分析
- DOI:10.1155/2020/9418905
- 发表时间:2020-08
- 期刊:Mathematical Problems in Engineering
- 影响因子:--
- 作者:Zhiqiang Li;Guofeng Liu;Shuqian Duan;Shufeng Pei;Changgen Yan
- 通讯作者:Changgen Yan
Simulated seismic response analysis of subway tunnels under complex geological conditions of obliquely incident seismic SV waves
斜入射SV波复杂地质条件下地铁隧道地震反应模拟分析
- DOI:10.1007/s12517-021-07376-w
- 发表时间:2021-05
- 期刊:Arabian Journal of Geosciences
- 影响因子:--
- 作者:Xinjun Gao;Penghui Duan;Shuqian Duan
- 通讯作者:Shuqian Duan
Equivalent Dynamic Load Factor of Different Non-Exceedance Probability for Crowd Jumping Loads
人群跳跃载荷不同不超标概率的等效动载荷系数
- DOI:10.3390/buildings12040450
- 发表时间:2022-04
- 期刊:Buildings
- 影响因子:3.8
- 作者:Jiecheng Xiong;Shuqian Duan;Hui Qian;Ziye Pan
- 通讯作者:Ziye Pan
济南土岩组合地层地铁车站深基坑变形特性研究
- DOI:--
- 发表时间:2022
- 期刊:施工技术(中英文)
- 影响因子:--
- 作者:孙连勇;段淑倩;李明宇;门燕青;周明祥;卢 途
- 通讯作者:卢 途
高地应力卸荷条件下错动带塑性变形规律与硬化特征
- DOI:10.16285/j.rsm.2021.0612
- 发表时间:2022
- 期刊:岩土力学
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- 作者:段淑倩;高坡;江权;周扬一;徐鼎平
- 通讯作者:徐鼎平
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其他文献
不同先期固结压力下的错动带力学特性研究
- DOI:10.16285/j.rsm.2017.01.007
- 发表时间:2016
- 期刊:岩土力学
- 影响因子:--
- 作者:段淑倩;冯夏庭;江权;徐鼎平;徐鸿
- 通讯作者:徐鸿
节理间距对柱状节理玄武岩隧洞稳定的影响研究
- DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2014.0744
- 发表时间:2015
- 期刊:岩石力学与工程学报
- 影响因子:--
- 作者:郝宪杰;冯夏庭;周扬一;李邵军;段淑倩;李帅军
- 通讯作者:李帅军
柱状节理玄武岩隧洞破坏模式及其力学机制模拟
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:岩土力学
- 影响因子:--
- 作者:郝宪杰;冯夏庭;李邵军;江权;段淑倩;李帅军;姚志斌
- 通讯作者:姚志斌
白鹤滩大型地下厂房开挖围岩片帮破坏特征、规律及机制研究
- DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2015.0933
- 发表时间:2016
- 期刊:岩石力学与工程学报
- 影响因子:--
- 作者:刘国锋;冯夏庭;江权;段淑倩;姚志宾;裴书锋;段兴平;周孟夏
- 通讯作者:周孟夏
石膏矿岩水致老化效应试验研究
- DOI:--
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- 期刊:岩土力学
- 影响因子:--
- 作者:刘秀敏;段淑倩;张海娜;夏开宗
- 通讯作者:夏开宗
其他文献
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基于MICP-FR协同加固的深部软弱夹层岩体宏细观长期性能演化机制
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:54 万元
- 项目类别:面上项目
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