岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 303-316.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0281

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

卸荷蠕变条件下软硬相接岩层非协调变形规律研究

陈星1, 2,李建林1,邓华锋1,党莉3,刘奇1,王兴霞1,王伟1   

  1. 1. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北 宜昌 443002;2. 中国长江三峡集团有限公司 流域枢纽运行管理中心, 湖北 宜昌 443133;3. 中国长江电力股份有限公司 葛洲坝电厂,湖北 宜昌 443002
  • 收稿日期:2022-03-09 接受日期:2022-07-14 出版日期:2023-01-16 发布日期:2023-01-13
  • 通讯作者: 邓华锋,男,1979年生,博士,教授,博士生导师,主要从事地质灾害致灾机制与防治方面的研究。E-mail: dhf8010@ctgu.edu.cn E-mail:chen_xing@ctg.com.cn
  • 作者简介:陈星,男,1985年生,博士研究生,高级工程师,主要从事岩土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 52009069);国家自然科学基金高铁联合基金重点项目(No. U203420054)。

Uncoordinated deformation of soft and hard interconnecting strata under unloading creep conditions

CHEN Xing1, 2, LI Jian-lin1, DENG Hua-feng1, DANG Li3, LIU Qi1 WANG Xing-xia1, WANG Wei1   

  1. 1. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area, Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002, China; 2. River Basin Complex Administration Center, China Three Gorges Corporation, Yichang, Hubei 443133, China; 3. Gezhouba Power Plant, China Yangtze Power Co., Ltd., Yichang, Hubei 443002, China
  • Received:2022-03-09 Accepted:2022-07-14 Online:2023-01-16 Published:2023-01-13
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52009069) and the Key Project of High-speed Railway Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China (U203420054).

摘要: 软硬相接岩层在长时间跨度内的蠕变变形可能极为不协调,这对开挖工程安全稳定造成严重威胁。对某水电站引水隧洞同一开挖断面内砂质泥岩和泥质砂岩两种软硬相差较大的岩石进行卸荷条件下的蠕变试验和数值模拟,结果表明:在卸围压条件下,试样侧向蠕变变形较轴向发展更为迅速,呈现出显著的侧向扩容;初始围压水平较高时,试样卸荷蠕变破坏的侧向扩容效应更加显著;泥质砂岩在稳态蠕变阶段变形速率比砂质泥岩更慢,蠕变破坏时的应变值均比砂质泥岩蠕变破坏时的应变值要小,征兆性更弱。基于Burgers模型,引入损伤变量,建立带损伤的蠕变本构模型,模型曲线较好地描述了岩石破坏偏应力水平之前的线性蠕变特征和破坏偏应力水平下的非线性加速蠕变特征;软硬相接岩层蠕变数值模拟表明,蠕变变形初期,软硬相接点变形差别幅度不大,随着时间增长,在交接面处发生层间错动,对围岩整体稳定十分不利,工程实践中应予以足够关注。

关键词: 泥质砂岩, 砂质泥岩, 卸荷, 蠕变, 力学特性, 本构模型, 数值模拟

Abstract: The long-term creep deformation of soft and hard rock strata may be very uncoordinated, which poses a great threat to the safety and stability of excavation engineering. A series of creep tests and numerical simulations were carried out on two types of rocks (i.e., sandy mudstones and argillaceous sandstones) with large differences of hardness in the same excavation section of diversion tunnel of a hydropower station under unloading conditions. Results show that under the condition of unloading confining pressure, the lateral creep deformation of the specimen develops more rapidly than the axial deformation and a significant lateral expansion occurs. The specimen under a higher initial confining pressure exhibited a greater lateral expansion effect in the unloading creep failure. The deformation rate of argillaceous sandstone in the steady creep stage was slower than that of the sandy mudstone. Meanwhile, the strain values of argillaceous sandstone in the creep failure were smaller than those of the sandy mudstone with weaker signs. Based on the Burgers model, damage variables were introduced to establish a creep damage constitutive model. The model curve well described the linear creep characteristics of rocks before the failure deviatoric stress level and the nonlinear accelerated creep characteristics under the failure deviatoric stress level. The numerical simulations of creep deformation of soft and hard rock strata show that at the early stage, the deformation difference between soft and hard rock contact points was not large. With the increase of time, interlayer dislocation occurs at the interface, which is very unfavorable to the overall stability of surrounding rock and should deserve sufficient attention in the engineering practice.

Key words: 泥质砂岩, 砂质泥岩, 卸荷, 蠕变, 力学特性, 本构模型, 数值模拟

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 梁金平, 荆浩勇, 侯公羽, 李小瑞, 张明磊, . 卸荷条件下围岩的细观损伤及力学特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 399-409.
[2] 黄生根, 张义, 霍昊, 陈常青. 软土地区深基坑支护工程格构柱变形规律研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 533-538.
[3] 王凯, 付强, 徐超, 艾子博, 李丹, 王磊, 舒龙勇, . 原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 623-633.
[4] 张培森, 许大强, 李腾辉, 胡昕, 赵成业, 侯季群, 牛辉, . 裂隙砂岩注浆前后渗流特性及注浆后 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 12-26.
[5] 洪义, 郑博文, 姚梦浩, 王立忠, 孙海泉, 许冬, . 深海硅藻土微观结构及一维压缩特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 268-276.
[6] 乔亚飞, 闫凯, 赵腾腾, 丁文其, . 软土地区超深圆形竖井的坑底隆起特性与机制[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2707-2716.
[7] 张坤勇, 张梦, 孙斌, 李福东, 简永洲, . 考虑时空效应的软土狭长型深基坑地连墙变形计算方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2389-2399.
[8] 骆祚森, 朱作祥, 苏卿, 李建林, 邓华锋, 杨超, . 基于平行黏结模型的水-岩作用下砂岩蠕变模拟及损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2445-2457.
[9] 尹鑫晟, 舒营, 梁禄钜, 张世民, . 考虑渗流的饱和粉土地层盾构开挖面稳定分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2005-2016.
[10] 黄建, 德圃榕, 姚仰平, 彭仁, 齐吉琳. 基于修正幂律模型的高填方蠕变沉降简化算法[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2095-2104.
[11] 刘国锋, 冯坤, 晏长根, 丰光亮, 徐鼎平, 周迟, . 考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2115-2128.
[12] 高琦, 陈保国, 吴森, 袁山, 孙梦尧. 可发性聚笨乙烯板减载条件下高填方箱涵长期受力特征与减载效果[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2151-2160.
[13] 贾科敏, 许成顺, 杜修力, 张小玲, 宋佳, 苏卓林, . 可液化倾斜场地的侧向扩展机制分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1837-1848.
[14] 季雨坤, 王钦科, 赵国良, 张健, 马建林, . 斜坡上嵌岩抗拔桩竖向承载变形特性模型试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1604-1614.
[15] 孙彦晓, 刘松玉, 童立元, 王峻, 崔佳, 李世龙, 李敏, . 长江漫滩区明挖隧道基坑降承压水优化分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1800-1810.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[2] 梁桂兰,徐卫亚,谈小龙. 基于熵权的可拓理论在岩体质量评价中的应用[J]. , 2010, 31(2): 535 -540 .
[3] 于琳琳,徐学燕,邱明国,闫自利,李鹏飞. 冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响[J]. , 2010, 31(8): 2448 -2452 .
[4] 王 伟,刘必灯,周正华,王玉石,赵纪生. 刚度和阻尼频率相关的等效线性化方法[J]. , 2010, 31(12): 3928 -3933 .
[5] 王海波,徐 明,宋二祥. 基于硬化土模型的小应变本构模型研究[J]. , 2011, 32(1): 39 -43 .
[6] 曹光栩,宋二祥,徐 明. 山区机场高填方地基工后沉降变形简化算法[J]. , 2011, 32(S1): 1 -5 .
[7] 刘华丽 ,朱大勇 ,钱七虎 ,李宏伟. 边坡三维端部效应分析[J]. , 2011, 32(6): 1905 -1909 .
[8] 刘年平 ,王宏图 ,袁志刚 ,刘竟成. 砂土液化预测的Fisher判别模型及应用[J]. , 2012, 33(2): 554 -557 .
[9] 王卫东 ,李永辉 ,吴江斌 . 超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟[J]. , 2012, 33(12): 3818 -3824 .
[10] 卫振海 ,王梦恕 ,张顶立 . 土结构强度模型研究[J]. , 2013, 34(1): 40 -46 .