三峽船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷及長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究

三峽船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷及長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究

隨著人類使用水力發(fā)電的逐步增加，三峽船閘作為放水及水流控制工程的重要組成部分，也逐漸得到了廣泛的應(yīng)用，但是作為大型建筑結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性和安全性問(wèn)題一直是工程實(shí)踐中的難點(diǎn)。在船閘高邊坡巖體發(fā)生細(xì)微損傷后，巖體局部的強(qiáng)度將受到影響，長(zhǎng)期發(fā)展下可能引起巖體穩(wěn)定性問(wèn)題，因此必須進(jìn)行深入的研究。本文旨在探討三峽船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷及長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題。

一、船閘高邊坡巖體損傷機(jī)理分析

船閘高邊坡巖體的損傷機(jī)理主要包括裂隙擴(kuò)展、力學(xué)性質(zhì)的改變和孔隙壓力等。引起裂隙擴(kuò)展的主要原因?yàn)閹r體受到剪切應(yīng)力、張力或壓力等作用下其內(nèi)部的裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致局部的斷裂。巖體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)會(huì)影響其物理性質(zhì)，而巖體的物理性質(zhì)會(huì)進(jìn)一步影響其力學(xué)性質(zhì)，從而導(dǎo)致其局部的力學(xué)性質(zhì)的改變，這將進(jìn)一步加速細(xì)觀損傷的發(fā)展?？紫秹毫κ橇硪粋€(gè)引起巖體損傷的重要因素，其來(lái)源包括巖體內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)、溫度變化、流體運(yùn)動(dòng)等。

二、船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷分析

船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷是指巖體內(nèi)部的細(xì)小裂縫、微孔隙等小尺度結(jié)構(gòu)的變化。巖體內(nèi)部存在的微觀缺陷常常會(huì)帶來(lái)宏觀的影響，進(jìn)而導(dǎo)致巖體的斷裂或塌方等事故的發(fā)生。因此，對(duì)巖體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行“體視圖”研究，可揭示巖體內(nèi)在的結(jié)構(gòu)和自身的物理機(jī)制。本研究采用物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來(lái)對(duì)船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷進(jìn)行分析。

物理實(shí)驗(yàn)

本研究采用巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)（Instron）對(duì)不同應(yīng)力下的巖樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)以及壓縮實(shí)驗(yàn)，并分析不同應(yīng)力下巖樣內(nèi)部的裂縫分布及擴(kuò)展情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)巖樣受到較大的拉伸應(yīng)力時(shí)，巖體

內(nèi)部裂縫比較難產(chǎn)生，但是當(dāng)巖樣受到較大的壓縮應(yīng)力時(shí)，巖體內(nèi)部的裂隙有較大概率發(fā)生。此外，在鏟洞區(qū)，由于它的明顯偏離切線方向，很容易導(dǎo)致主裂隙產(chǎn)生，并且與此同時(shí)，大量的細(xì)小裂紋沿著主裂隙擴(kuò)展，導(dǎo)致巖樣的劣化。

數(shù)值模擬

本研究采用有限元分析軟件（Abaqus）對(duì)不同應(yīng)力情況下船閘高邊坡巖體的應(yīng)力場(chǎng)分布、應(yīng)變場(chǎng)分布及細(xì)觀結(jié)構(gòu)的演化進(jìn)行模擬研究。模擬結(jié)果顯示，巖體內(nèi)部的應(yīng)力集中區(qū)域往往是巖體發(fā)生細(xì)微損傷的重要區(qū)域，而且，這些地方的細(xì)微損傷往往會(huì)逐漸擴(kuò)展，并導(dǎo)致巖體的整體穩(wěn)定性受到影響。此外，模擬中也發(fā)現(xiàn)孔隙壓力的引入會(huì)導(dǎo)致巖體內(nèi)部的裂縫產(chǎn)生，從而進(jìn)一步影響巖體的穩(wěn)定性。

三、船閘高邊坡巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析

巖體的穩(wěn)定性是影響巖體安全性的關(guān)鍵因素，船閘高邊坡巖體穩(wěn)定性的長(zhǎng)期分析是實(shí)現(xiàn)其安全的必要條件。本研究采用隨機(jī)有限元法對(duì)巖體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行分析，其中考慮了孔隙壓力變化以及巖體細(xì)微損傷的演化。通過(guò)計(jì)算參數(shù)變化的概率分布函數(shù)，可以得到巖體長(zhǎng)期的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)。

分析表明，船閘高邊坡巖體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性主要取決于孔隙壓力的大小和分布以及巖體細(xì)微損傷的演化情況。此外，巖體內(nèi)部的應(yīng)力分布也是長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要影響因素。綜合分析這些因素，可以得出船閘高邊坡巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性比較好的可能性與穩(wěn)定性，判斷船閘高邊坡巖體的安全性。

結(jié)論：

船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷以及巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題對(duì)于巖體的安全性至關(guān)重要。從物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的角度來(lái)看，船閘高邊坡巖體在不同應(yīng)力狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生不同的損傷，這些損傷會(huì)給巖體的穩(wěn)定性

帶來(lái)直接影響。隨機(jī)有限元法是分析巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的有效手