岩体边坡非连续非线性卸荷及流变分析岩石力学与工程学报.PDF

第16 卷　第 3 期 岩石力学与工程学报 V ol . 16 N o . 3 1997 ( ) 1997 年 6 月 Ch inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering 16 1997 , 210～ 216 岩体边坡非连续非线性卸荷及流变分析 周维垣　杨若琼　剡公瑞 (清华大学水电系　北京　100084) 提要　对岩石边坡的卸荷和流变作了非连续变形分析。指出边坡在卸荷情况下, 岩体的变形 分析应考虑开裂等非连续变形。对其流变变形也应考虑开裂和裂隙扩展机制进行计算才能得 到岩坡的大变形与真实变形。常规弹塑性分析一般只能得到小变形, 与实测值往往对应不起 来。本文提出了开裂卸荷条件下岩石的本构关系和计算方法, 并运用于工程。将实测结果和 计算做了对比, 两者甚为吻合。 关键词　非线性卸荷, 裂隙扩展, 流变卸荷 1　概论 水利工程中, 在坝基基岩中经常遇到高应力场, 亦即构造应力场。在地应力作用下, 遇到高边坡开挖, 往往出现卸荷裂隙。例如在东风水电站拱坝岩坡开挖后, 右岸边坡出现 拉开裂缝, 其宽度由 1 cm 流变至 10 cm 以上。该拱坝基坑在右坝肩开挖后也出现有较大 的流变变形。原因是东风双曲拱坝的坝基有数组裂隙存在, 并受地应力作用, 故地应力卸 荷就引起开裂和变形, 其流变变形的发展甚至会导致崩裂与塌方。 本文着重于非线性非连续开裂变形的研究, 提出非线性卸荷理论。在开挖作用下边坡 原有的应力平衡被破坏, 出现新的应力重分布。这一过程将影响岩体裂隙的稳定, 导致裂 隙的开裂扩展。从而形成具有不同力学性质的岩体, 如强卸荷带、弱卸荷带和流变剥落带 等。这些区域岩体的力学强度和本构关系将发生变化, 从而对岩坡的稳定性产生影响。 所谓非线性非连续卸荷是指岩坡在开挖卸荷作用下, 由于应力场调整导致岩体内部裂 隙等构造带的开裂和滑移, 从而引起进一步的卸荷作用和边坡的应力重分布。本文采用断 裂损伤力学理论提出卸荷岩体的本构关系及其强度理论, 并进一步研究在地应力作用下边 坡的流变关系式。运用上述分析方法研究某拱坝右岸稳定性。 2　开挖卸荷、非线性非连续卸荷 岩体开挖的计算一般使用有限元迭加法, 即开挖后的岩体边坡应力分布 等于原始应 s 1996 年 1 月 17 日收到初稿, 1996 年 5 月 3 日收到修改稿。 国家自然科学基金委员会和中国长江三峡工程开发总公司联合资助的重大项目, 西北水电勘测设计院‘八·五’攻关 项目。 第 16 卷　第 3 期 周维垣等: 岩体边坡非连续非线性卸荷及流变分析 2·11 · 力场, 加上弹性开挖卸荷f 引起的调整应力场 , B B