非规则柱状节理岩体力学特性及卸荷松弛机理研究的开题报告.docx

非规则柱状节理岩体力学特性及卸荷松弛机理研究的开题报告
一、研究背景
在自然界中，岩石体往往存在各种不同形式和规模的节理，其中柱状节理是最常见的一种形式。非规则柱状节理是一种具有异性结构的复合岩石体，其结构较复杂，具有明显的非均质性和各向异性，与传统的规则柱状节理有着截然不同的力学特征。在地下空间开发、坑道掘进等工程中，非规则柱状节理岩体是一种常见的地质工程问题，对其力学特性及损伤演化机理进行深入研究，对工程的稳定性评估和安全设计具有重要意义。
目前，国内外学者对于非规则柱状节理岩体的力学特性和松弛机理进行了大量研究。然而，多数研究都是基于理想化假设和数值模拟，对于实际工程中的非规则柱状节理岩体的力学特性及松弛机理的实际影响并未得到充分的考虑。因此，开展基于实验的非规则柱状节理岩体力学特性及卸荷松弛机理研究是必要的。
二、研究内容
本研究旨在通过实验研究非规则柱状节理岩体的力学特性和卸荷松弛机理，具体研究内容如下：
1.使用岩石力学实验室的设备，获取非规则柱状节理岩样的力学特性，如抗压强度、抗拉强度、弹性模量等。
2.通过单轴压缩试验和双轴剪切试验，探究非规则柱状节理岩体呈现的变形模式、变形规律以及破坏模式。
3.利用加载、卸载试验，研究非规则柱状节理岩体的卸荷松弛机理。分析不同应力、应变等载荷条件下，岩石体的松弛率和松弛模量变化规律，并探究不同松弛机理对于岩石体力学特性的影响。
4.利用经验数学模型，构建非规则柱状节理岩体模型，并利用有限元方法模拟非规则柱状节理岩体的力学特性及卸荷松弛机理，以验证实验结果的可靠性。
三、研究意义
非规则柱状节理岩体是地下工程中常见的地质工程问题，对其力学特性及卸荷松弛机理进行深入研究，具有重要的实际意义和理论意义。
1.为地下空间开发、坑道掘进等工程提供可靠的工程设计和安全评估手段。
2.为岩石松弛机理的深入研究提供重要的案例和数据支持，为地球物理学、岩石力学等科学领域提供参考和借鉴。
3.为还原非规则柱状节理岩体在不同外界载荷作用下的变形和破坏过程，提高对于地质灾害的预测和控制能力。
四、预期成果
通过实验研究非规则柱状节理岩体的力学特性和卸荷松弛机理，得到的主要成果有：
1.获取非规则柱状节理岩样的强度、弹性模量等基本力学特性参数。
2.研究非规则柱状节理岩体呈现的变形模式和破坏模式。
3.分析不同松弛机理对岩石体的力学特性的影响，建立数学模型，验证实验结果。
5.对于非规则柱状节理岩体的力学特性、破坏机理以及卸荷松弛机理进行深入研究、总结和归纳，为后续的研究提供重要的数据基础和理论参照。
五、研究路径
1.实验材料的选取与制备
选择具有典型性的非规则柱状节理岩样，使用纵横比大于1:1的非规则柱状节理岩体，避免取样中出现规则柱状节理的情况。在制备的过程中，为了保证取样的统一性，需在同一样品中取数个试样进行测试。
2.实验设计
依据实验要求和目标，设计单轴压缩、双轴剪切、加载卸载等多种实验方案，进行多方面、多角度的测试。
3.数据处理和分析
采集实验数据，通过数据处理与分析，得出中高岩石体的力学特性及卸荷松弛机理。针对实验结果，运用高速摄影进行视频分析，得出其破坏模式和变形特征。
4.模拟分析
利用有限元方法构建非规则柱状节理岩体模型，并将实验测试的各项数据作为制约条件构建有限元分析模型，显示非规则柱状节理岩体的变形和破坏过程。
六、参考文献
[1]孙振国.岩石力学与岩体工程[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[2]王曰良,孙益伟.岩石物理学[M].北京:中国地质大学出版社,1999.
[3]莫森-基兹曼,杨振宇.岩石力学进展[M].北京:地质出版社,2010.