高应力条件下岩石力学试验及强度准则研究

深部岩体由于赋存于很高的地应力环境下,其变形与强度特性与浅部岩体有很大的不同,由此造成工程灾害的成灾机理、工程稳定控制及其设计理论等方面也有着显著的差异。 而随着矿山开采、水电开发及公路及铁路交通等工程建设的发展,深部岩体工程越来越常见。为给深部岩体工程的设计和施工提供依据,高地应力条件下岩体的工程特性研究提上了日程,很多学者从室内试验、现场测试、理论研究等不同角度对深部岩体的工程力学特性进行了研究。 本论文针对高地应力条件下岩体的力学特性及强度准则问题,以锦屏二级电站长大引水隧洞大理岩及灰岩及拉西瓦电站花岗岩为研究对象,开展了系统的室内力学试验研究。通过进行单轴试验、常规高应力条件下三轴试验以及复杂加卸载应力路径下的三轴试验,得到了高地应力下硬岩的强度和变形特征,并结合理论分析,对与深部岩体工程相关的岩爆问题及强度准则问题进行了研究,以期对岩体工程特性的研究起到推进作用。论文主要成果包括以下几个方面。 (1)通过进行系统的高地应力条件下的硬岩的室内单轴试验、常规三轴试验以及复杂加卸载应力路径下的三轴试验,系统研究了高地应力下硬岩的强度和变形特征,得到了岩石的力学参数随围压改变而变化的规律。结合理论分析,指出了硬岩压缩的Ⅱ型全过程曲线相比较于Ⅰ型曲线的合理性。 (2)在对Ⅱ型全过程曲线进行深入分析的基础上,提出了一种新的岩爆倾向性指标,将已有试验数据代入新指标并与现场实际工程相结合,验证了新指标在表征岩石岩爆倾向方面的有效性。 (3)岩石力学中具有较大影响的莫尔-库伦强度准则,格里菲斯强度准则,双剪统一强度理论和霍克-布朗强度准则对于高地应力下的硬质围岩并不适用,通过分析已有岩石强度准则的建立方法,结合试验得到的高地应力下硬岩的强度特征,提出了一种新的可以考虑高地应力条件下岩石非线性力学特性的幂函数型强度准则。并针对深部岩体强度准则的研究提出了一些作者的看法。