三峽船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷及長期穩(wěn)定性研究

三峽船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷及長期穩(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)定性和安全性問題一直是工程實踐中的難點。在船閘高邊坡巖體發(fā)生細(xì)微損傷后，巖體局部的強度將受到影響，長期發(fā)展下可能引起巖體穩(wěn)定性問題，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)觀損傷及長期穩(wěn)定性問題。

一、船閘高邊坡巖體損傷機理分析

船閘高邊坡巖體的損傷機理主要包括裂隙擴展、力學(xué)性質(zhì)的改變和孔隙壓力等。引起裂隙擴展的主要原因為巖體受到剪切應(yīng)力、張力或壓力等作用下其內(nèi)部的裂紋逐漸擴展，最終導(dǎo)致局部的斷裂。巖體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)會影響其物理性質(zhì)，而巖體的物理性質(zhì)會進(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€引起巖體損傷的重要因素，其來源包括巖體內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)、溫度變化、流體運動等。

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帶來宏觀的影響，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)和自身的物理機制。本研究采用物理實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來對船閘高邊坡巖體的細(xì)觀損傷進(jìn)行分析。

物理實驗

本研究采用巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)（Instron）對不同應(yīng)力下的巖樣進(jìn)行拉伸實驗、剪切實驗以及壓縮實驗，并分析不同應(yīng)力下巖樣內(nèi)部的裂縫分布及擴展情況。實驗結(jié)果顯示，當(dāng)巖樣受到較大的拉伸應(yīng)力時，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，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，大量的細(xì)小裂紋沿著主裂隙擴展，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）對不同應(yīng)力情況下船閘高邊坡巖體的應(yīng)力場分布、應(yīng)變場分布及細(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)微損傷往往會逐漸擴展，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)定性的長期分析是實現(xiàn)其安全的必要條件。本研究采用隨機有限元法對巖體的長期穩(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。通過計算參數(shù)變化的概率分布函數(shù)，可以得到巖體長期的穩(wěn)定性預(yù)測。

分析表明，船閘高邊坡巖體的長期穩(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)觀損傷以及巖體長期穩(wěn)定性問題對于巖體的安全性至關(guān)重要。從物理實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的角度來看，船閘高邊坡巖體在不同應(yīng)力狀態(tài)下會產(chǎn)生不同的損傷，這些損傷會給巖體的穩(wěn)定性

帶來直接影響。隨機有限元法是分析巖體長期穩(wěn)定性的有效手