断续预制裂纹岩石三轴流变力学特性的试验与模型研究

工程岩体似断非断，似连非连，呈现断续结构特征，且多处于三向复杂状态下，因而研究复杂状态下断续预制裂纹岩石三轴流变力学特性，对于确保节理裂隙岩体工程长期稳定与安全具有重要的理论意义和实用价值。本项目拟以锦屏一级水电站岩石高边坡工程和向家坝水电站大型地下洞室群岩石工程长期稳定与安全性为研究目标，采用岩石全自动三轴流变伺服仪，对断续预制裂纹岩石在复杂状态下进行三轴流变试验，研究不同围压及不同应力路径下断续预制裂纹岩石的蠕变和松弛力学特性，探讨预制裂纹参数、围压以及应力路径对岩石流变力学参数的影响。在分析复杂状态下断续预制裂纹岩石三轴流变宏微观试验结果的基础上，采用细观力学理论，建立岩石非线性流变模型。最后将流变力学参数及非线性流变模型的研究成果应用于岩石工程实践中，预测复杂状态下岩石工程长期稳定与安全性。本研究成果对于促进在长期复杂状态下岩石工程失稳破坏的预测研究具有重要的理论指导意义。 2100433B

本项目以高坝坝基和地下洞室在长期渗流作用下的稳定性问题为工程背景，开展针对坝基或洞室岩体在水-力耦合作用下流变力学特性的试验研究。经过本项目3年持续不断的深入研究，取得了如下成果： （1）研制和改造了考虑渗流应力耦合条件下的岩石三轴渗流流变力学实验系统，完成了砂岩、花岗岩等脆性岩石水力耦合条件下的常规三轴试验和三轴流变力学试验，研究了渗透压力对岩石应力应变关系及流变变形的影响规律，对岩石在应力应变过程中的及流变变形过程中的渗透性演化规律进行了探讨，并通过电镜扫描试验和其他物理实验分析了岩石流变变形破坏的微观机理。 （2）基于唯象的损伤力学和孔隙介质力学理论，发展了可模拟岩石三阶段流变特征的流变损伤模型，并考虑孔隙水压力的作用；提出了基于热力学框架下的离散粘弹塑性模型和基于细观力学的岩石损伤流变模型对砂岩的时效变形进行了较好的模拟，模型可进一步推广到考虑孔隙水压力的作用。 （3）在国内外学术交流方面：在基金的资助下去法国里尔科技大学里尔力学国家实验室、美国普渡大学进行了交流访问，在访问期间，与法国里尔科技大学邵建富教授、里尔中央理工大学Skoczylas教授分别就岩石时效力学的宏细观力学模型以及岩石渗透性测试方法方面进行了合作研究和讨论；参加了国内外本领域重要学术会议7次，如12次全国岩石力学与工程学术大会，基金委主办的岩土力学与岩土工程国际研究热点前沿青年科学家论坛，第四届岩土工程安全与风险国际研讨会等，并协办和参加了两次本专业领域的小型国际研讨会，如岩土材料时效力学特性研究国际研讨会和第一届岩土力学与地下工程国际研讨会，在这些会议上都作了关于本课题研究成果和进展的学术报告。 （4）本课题共发表见刊或录用的论文共计20篇，其中SCI论文8篇，EI源刊论文6篇，ISTP论文1篇，其他论文5篇；负责人为第一作者发表的论文11篇，其中SCI论文4篇，EI论文5篇。已培养毕业硕士研究生4名，协助培养博士生2名；授权发明专利2项，申请发明专利3项。并获得江苏省科学技术二等奖1项，排名第4，水力发电科学技术奖一等奖1项，排名第6。 综上，本课题在青年科学基金项目的资助下，圆满完成了各项工作任务，取得了高质量的研究成果，达到了预期研究目标，完成的工作任务指标在各方面均超过了预期。 2100433B

本书基于岩石流变理论，以无锚及加锚体流变本构模型分析为出发点，在实验室系统研究了无锚及加锚体试件基本蠕变特性，揭示了深部岩体工程围岩蠕变特性、破坏形态及控制机理，是系统论述岩石流变模型及蠕变特性试验的专著。岩石无锚体基本流变本构模型；岩石加锚体基本流变本构模型；巷道围岩锚固体流变控制模型；高缺陷裂隙岩石蠕变试验；高强度红砂岩峰后蠕变试验；不同加载速率红砂岩蠕变试验；高应力区混凝土试件蠕变试验；岩石分级加载能量演化蠕变试验；基于物理模拟锚固岩体蠕变试验；深井巷道锚固围岩蠕变控制试验 "

本书系统介绍了岩石蠕变、弹性后效、应力松弛等试验，针对岩石流变力学参数优化搜索的辨识方法、非线性流变力学本构模型、长期强度确定方法、工程长期稳定性分析等方面进行了详细的叙述。全书共分11章，主要内容包括：绪论、经典岩石流变力学模型、岩石流变力学参数辨识方法、岩石流变试验设备与试验加载方式、岩石蠕变力学特性试验、岩石力学弹性后效特性试验、岩石应力松弛特性试验、含裂隙岩石蠕变力学特性试验研究、岩石非线性流变本构模型理论研究、岩石长期强度确定方法研究、岩石工程长期稳定性分析。