岩体裂面剪切劣化分析理论与方法

　　目录
　　第1章 绪论 1
　　1.1 研究意义 2
　　1.2 问题与现状概述 3
　　1.2.1 岩体裂面形貌描述方法 3
　　1.2.2 岩体裂面模型制作技术 6
　　1.2.3 岩体裂面剪切磨损机理与强度模型 7
　　1.2.4 含裂面岩体等效力学模型 13
　　1.3 本书研究方法与内容 15
　　第2章 岩体裂面细观形貌分析方法 17
　　2.1 岩体裂面的3D光学扫描方法 18
　　2.1.1 3D光学扫描原理与仪器 18
　　2.1.2 岩体裂面测量方法 19
　　2.2 裂面3D表面数据重构方法 20
　　2.2.1 数据预处理 20
　　2.2.2 3D数据重构与算法 23
　　2.3 裂面形貌特征的间隔效应分析方法 24
　　2.3.1 不同采样间隔裂面点云数据获取 24
　　2.3.2 裂面形貌特征统计参数间隔效应 26
　　2.3.3 裂面统计参数间隔效应稳定性评估 31
　　2.4 裂面形貌特征的各向异性及其评价方法 33
　　2.4.1 裂面形貌特征的各向异性概述 33
　　2.4.2 裂面形貌各向异性特征的定量描述 34
　　2.4.3 裂面各向异性特征的采样间隔效应 35
　　2.5 锦屏深部地下实验室片帮破裂面粗糙度量化表征 37
　　2.5.1 工程背景 37
　　2.5.2 大理岩片帮细观形貌特征 38
　　2.5.3 现场片帮破裂面粗糙度统计结果 42
　　2.5.4 基于裂面粗糙度的片帮破裂面机理 43
　　第3章 岩体裂面模型制样技术 49
　　3.1 基于3D扫描与3D打印的裂面模型制作技术 50
　　3.1.1 基于3D扫描和3D打印的裂面模型制样流程 50
　　3.1.2 裂面模型可靠性分析 52
　　3.2 基于3D扫描与3D雕刻的裂面模型制作技术 55
　　3.2.1 基于3D雕刻的裂面模型制样流程 55
　　3.2.2 制作的岩体裂面试样保真率检验与剪切实验 57
　　3.3 含裂面隧道模型3D打印制作技术 59
　　3.3.1 3D打印隧道模型的制作技术 59
　　3.3.2 石膏打印材料和锚杆衬砌材料的力学特性 63
　　3.3.3 侧限条件下隧道物理模型的压缩试验 65
　　3.4 白鹤滩水电站左岸坝基面形貌重构与剪切试验 70
　　3.4.1 工程背景 70
　　3.4.2 左岸坝基表面形貌扫描 70
　　3.4.3 左岸坝基表面形貌3D数字重构 71
　　3.4.4 岩石-混凝土胶结面试样制作与剪切试验 74
　　第4章 裂面剪切力学试验与剪切磨损机理 79
　　4.1 裂面剪切行为各向异性试验 80
　　4.1.1 试验方法 80
　　4.1.2 裂面剪切行为的各向异性 82
　　4.1.3 裂面表面微凸体对剪切行为的影响 85
　　4.2 裂面剪切磨损度量方法 88
　　4.2.1 裂面抗剪区域识别方法 88
　　4.2.2 裂面剪切破坏体积量化方法 92
　　4.3 裂面剪切行为各向异性机理 94
　　4.3.1 裂面剪切磨损特征的区域性和各向异性 94
　　4.3.2 裂面剪切强度各向异性机理 96
　　4.4 岩体裂面剪切磨损特征与机理 99
　　4.4.1 试验方法 99
　　4.4.2 岩体裂面2D磨损特征 100
　　4.4.3 岩体裂面3D剪切磨损特征 102
　　4.4.4 岩体裂面剪切磨损机理 104
　　4.5 二体裂面剪切行为与剪切磨损机理 107
　　4.5.1 试验方法 107
　　4.5.2 壁面强度对裂面剪切变形特征和强度特征的影响 111
　　4.5.3 壁面强度对裂面2D破坏特征的影响 113
　　4.5.4 壁面强度对裂面3D破坏特征的影响 114
　　4.5.5 二体裂面剪切磨损机理 117
　　第5章 岩体裂面剪切强度模型 121
　　5.1 考虑二体裂面壁面强度结构特征的剪切强度模型 122
　　5.1.1 JRC-JCS强度模型对二体裂面强度估算的局限性 122
　　5.1.2 二体裂面剪切强度模型 123
　　5.1.3 二体裂面剪切强度模型与剪胀角的关系 126
　　5.2 影响剪切行为的裂面形貌特征因素 127
　　5.2.1 单一形貌特征因素粗糙度统计参数的局限性 127
　　5.2.2 试验方案 128
　　5.2.3 角度特征对剪切行为的影响 129
　　5.2.4 高度特征对剪切行为的影响 132
　　5.2.5 剪切方向背坡面对剪切行为的影响 136
　　5.3 考虑多形貌特征的岩体裂面3D剪切强度模型 138
　　5.3.1 岩体裂面3D形貌特征指标SRC 138
　　5.3.2 SRC适用性分析 141
　　5.3.3 三维剪切强度模型及验证 148
　　第6章 等效岩体变形与强度模型 151
　　6.1 岩体等效变形张量模型 152
　　6.1.1 裂面变形张量 152
　　6.1.2 裂隙岩体等效弹性变形张量本构模型 155
　　6.1.3 裂隙岩体空间各向异性变形特性 169
　　6.2 岩体等效强度模型 182
　　6.2.1 非贯通张开裂面对岩石强度的弱化机制 182
　　6.2.2 基于非贯通张开裂面系数的岩体经验强度准则的建立 193
　　6.3 白鹤滩坝基柱状节理岩体真三轴试验验证 199
　　6.3.1 坝基柱状节理岩体结构特征 200
　　6.3.2 裂隙岩体张量变形本构模型的试验验证 208
　　第7章 展望 213
　　参考文献 215

　　岩体中原生节理面和开挖所致的新生破裂面是制约工程岩体宏观破坏特征、卸荷力学响应、工程稳定性的重要因素。《岩体裂面剪切劣化分析理论与方法》围绕这两类岩体裂面开展系列试验测试、理论分析和工程应用实践，利用3D扫描技术构建岩体裂面的数字模型，提出裂面形貌特征、剪切磨损及各向异性的定量表征方法；结合3D扫描技术、3D打印技术与3D雕刻技术，提出多种天然岩体裂面制备技术，分析裂面剪切变形特征与磨损力学特征及其细观机制；借助岩体断裂力学理论、岩体等效变形张量理论、岩体细观损伤力学理论，阐述裂面的剪切磨损机理，建立考虑不同因素的裂隙岩体概化力学模型，并在多个重大工程进行应用实践。