溶蚀作用下层状灰岩力学模型研究

作者：刘扬

来源：水利水电技术(中英文), 2024, 55(02): 156-166.

DOI：10.13928/j.cnki.wrahe.2024.02.014

• 层状灰岩
• 横观各向同性
• 本构模型
• 溶蚀作用
• 力学性能

【目的】层状灰岩的不同层面会表现出不同的力学特性，为了研究溶蚀作用下不同层面倾角的层状灰岩力学特性影响规律，确立溶蚀作用下横观各向同性应变软化模型对溶蚀作用下层状灰岩力学特性进行描述。【方法】首先，采用横观各向同性应变软化模型来描述无溶蚀作用下层状灰岩平行和垂直层面的力学特性，并结合对0°、30°、60°和90°四个层面倾角的层状灰岩单轴压缩试验结果的整理分析，得到无溶蚀作用下平行和垂直层面的层状灰岩核心参数，即弹性模量、黏聚力和内摩擦角等；然后，基于溶蚀作用下层状灰岩力学发生改变机制分析，确定溶蚀作用下层状灰岩的塑性力学模型；最后，结合溶蚀作用下层状灰岩单轴压缩力学试验结果，采用FLAC—强度折减法联合求解确定溶蚀作用下层状灰岩力学模型中力学参数（弹性模量、黏聚力）随溶蚀作用的变化规律。【结果】结果显示，溶蚀等效时间和卸载应变（裂纹发育程度处卸载应变）对不同层面倾角层状灰岩力学特性影响不同，溶蚀等效时间对层面倾角为0°的层状灰岩参数影响最大，卸载应变对层面倾角30°时的层状灰岩参数影响最大。表现为溶蚀等效时间对基质黏聚力c2的影响大于层面黏聚力c1,卸载应变对c1影响大于对c2的影响。【结论】结果表明，横观各向同性应变软化模型能较准确地获取层状灰岩不同层面倾角力学强度参数与溶蚀作用之间的变化关系式，较好地表征溶蚀作用下不同层面倾角层状灰岩力学特性，可为岩溶地下洞室围岩稳定性分析提供理论基础。