软弱岩体蠕变模型辨识与参数反演.pdfVIP

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 软弱岩体蠕变模型辨识与参数反演 张强勇 张建国 杨文东 贺如平 山东大学岩土与结构工程研究中心 山东济南 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 四川成都 摘要 压缩蠕变试验是了解岩体蠕变力学特性的重要手段 通过对大岗山水电站坝区软弱岩体现场压缩蠕变试验 资料的分析 揭示坝区软弱岩体具有瞬时弹性变形 减速蠕变和弹性后效特性 通过对各种流变组合模型的辨识 确定采用广义开尔文模型来反映坝区软弱岩体的压缩蠕变特性 根据辨识的蠕变模型推导出了刚性承压板边缘 岩体表面的压缩蠕变变形计算公式 据此采用优化反演法获得了坝区软弱岩体的瞬时弹性模量 黏弹性模量和黏 滞系数等蠕变参数 从而为坝区边坡加固设计和稳定性分析提供了重要的岩体流变参数资料 关键词 刚性承压板 压缩蠕变试验 蠕变模型辨识 蠕变参数反演 中图分类号 文献标识码 研究背景 大岗山水电站位于大渡河中游四川省石棉县境内 是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一 坝 址处控制流域面积 万 占全流域的 多年平均流量约 ? 电站正常蓄水位 大坝壅水高度约 最大坝高约 总库容约 亿 电站装机容量 大岗山区域地质构造及地震地质背景十分复杂 坝区基岩以澄江期中粗粒角闪黑云二长花岗岩类 为主 尚有辉绿岩脉 玢岩脉 花岗细晶岩脉 闪长岩脉 等各类岩脉穿插发育于花岗岩中 尤以辉绿岩脉分布较多 岩脉出露宽度一般 最大宽度达 大岗山坝区左右岸分布的规模 较大的辉绿岩脉软弱体对坝区边坡稳定产生影响 需要通过现场大型刚性承压板压缩蠕变试验并根据 试验结果建立蠕变本构模型和反演蠕变参数来综合反映坝区辉绿岩脉软弱体的力学变形特性 国内外许多学者对软岩的流变特性进行了广泛的研究 如陈宗基等 根据松弛试验成果 研究了软 岩的流变本构方程以及软岩扩容的膨胀效应问题 许宏发 利用单轴压缩蠕变试验 讨论了软岩强度和 弹性模量的时间效应问题 李青麒 根据室内岩石蠕变试验资料提出了一种确定软岩流变参数的曲线 拟合方法 刘保国等 利用最小二乘法对岩体流变本构模型及其参数进行了辨识 陈沅江 从软岩结构 面着手 提出了一种新的非线性复合元件模型来描述结构面的短时加速蠕变破坏 张向东等 根据泥岩 的三轴蠕变试验结果建立了泥岩非线性蠕变方程 并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了 系统分析 万志军 从岩石长期强度的衰减特征和岩石的应变能守恒原则出发 建立了巷道?隧道围岩 流变的数学力学模型 目前国内外大部分学者主要通过室内岩石流变试验来研究软岩的流变特性 由于试件尺寸效应和 试验条件的影响 研究成果无法全面真实地反映现场岩体的流变特性 为了有效反映大岗山坝区辉绿 岩脉和断层破碎带等软弱岩体的蠕变特性 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在大岗山坝区现场 对左右岸辉绿岩脉和断层破碎带等软弱岩体进行了直径达 的大型刚性承压板压缩蠕变变形试验 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金重点资助项目 山东省自然科学基金资助项目 作者简介 张强勇 男 湖北应城人 博士 教授 主要从事岩土与结构工程的研究 本文在深入分析现场压缩蠕变试验资料的基础上 对坝区辉绿岩脉和断层破碎带等软弱岩体的蠕变本 构模型和蠕变参数进行辨识和反演 刚性承压板压缩蠕变试验 压缩蠕变试验部位的地质描述 根据勘测结果以及拱坝的受力特点 大岗山坝区压缩蠕变试验分 别选取坝址区左岸 平洞 处的岩体和右岸 平洞 处的岩体作为试验 点 这两个部位分别属于左 右岸拱坝坝肩抗力体范围 左岸试验点为 辉绿岩脉 类 出露范围大 宽度大 与围岩多呈裂隙式接触 完整性差 较破碎 是左岸坝基和坝肩具有控制性的软弱岩带 其