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原文传递高陡边坡开挖卸荷模型试验研究

论文题名：	高陡边坡开挖卸荷模型试验研究
关键词：	模型试验;高陡边坡;开挖卸荷模型;相似材料;结构面
摘要：	在我国西南高山峡谷地区修建通航建筑物，不可避免的会涉及到地质背景复杂条件下的高陡边坡开挖卸荷问题。卸荷岩体力学理论在实际工程中已得到广泛的应用，但是利用模型试验研究复杂条件下的高陡岩质边坡开挖卸荷问题并不多见。相对于数值模拟，模型试验既可以反映结构和地质构造的空间关系，对节理、断层等结构面进行模拟，也可以直观地展现高陡边坡岩体内部变形和破坏全过程。因此，本文基于乌东德水电站坝区工程地质资料与相关文献，通过正交试验确定与硬质灰岩相似的材料配比，利用物理模型试验模拟高陡岩质边坡，研究不含结构面和含结构面条件下物理模型的开挖卸荷效应。具体研究内容如下：　　（1）基于金沙江乌东德水电站高陡岩质边坡地质条件，结合相似理论推导出模型试验相似比尺。选择了重晶石粉、石英砂、松香酒精溶液和高强石膏粉作为相似材料原料，利用正交试验法确定了相似材料的配比，同时研究了养护温度对相似材料力学性能的影响，结果表明提高养护温度能在保证试件力学性能稳定的同时显著缩短材料成型时间。　　（2）制作了物理模型加载试验装置，同时自主设计了基于布拉格光栅的多点光纤位移传感器，并进行了验证试验。该传感器具有高精度、高灵敏度、尺寸小、耐高温耐久性强、应变量程大等优点，可实现远距离多点分布实时监测，解决了模型内监测点变形全过程监测的问题。　　（3）对不含结构面和含结构面物理模型施加模拟地应力，分析了加载过程中物理模型内部的应力响应，得到了不含结构面和含结构面物理模型的初始应力分布情况，研究了顺倾和反倾结构面对物理模型初始应力分布的影响。结果表明加载后物理模型应力分布沿其传导方向呈现出衰减的趋势，结构面附近有应力集中的现象。　　（4）分别开展了不含结构面和含结构面模型的开挖卸荷试验，分析了高陡岩质边坡在开挖过程中应力和位移的变化规律。发现在开挖过程中应力变化规律为先增大后减小，位移先减小后增大，在开挖区域底部一定范围内出现了高地应力区，在开挖过程中结构面附近区域有应力集中现象。说明在开挖过程中边坡岩体内不仅只是单纯的地应力释放，也会受高地应力区的影响导致其应力增高。　　（5）分别对不含结构面和含结构面模型在开挖完成后的卸荷率和位移进行对比分析。发现顺倾结构面上侧岩体卸荷率和位移值显著增大，例如T5监测点应力卸荷率增大了55.60%，位移值由1.67×10-2mm增加至2.91×10-2mm；反倾结构面的存在则降低了岩体的开挖卸荷效应。　　（6）基于卸荷岩体力学原理，以应力卸荷率为指标划分了高陡岩质边坡开挖卸荷区，并用各位移监测点进行了相关的验证。发现顺倾结构面使得其上侧岩体的强、弱卸荷区范围显著增大，反倾结构面的存在减小了卸荷区的影响范围。
作者：	周鑫
专业：	建筑与土木工程
导师：	王乐华;周济芳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	三峡大学
学位年度：	2021