1、各向異性是巖體的一個(gè)重要性質(zhì)。層狀巖體中隧道與地下工程圍巖常常表現(xiàn)為橫觀各向同性特征，對(duì)圍巖的變形和應(yīng)力分布具有顯著的影響。本文依托湖南省常吉(常德．吉首)高速公路湘西段20座隧道工程，針對(duì)隧道圍巖為水平或近水平賦存的區(qū)域性工程地質(zhì)特征，從層狀巖體的各向異性特征出發(fā)，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法，研究了巖石材料的變形和強(qiáng)度各向異性性狀、各向異性破壞準(zhǔn)則和彈塑性本構(gòu)關(guān)系及各向異性特征對(duì)層狀圍巖隧道變形和穩(wěn)定性的影響

2、。主要研究成果有： (1)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得砂巖和頁(yè)巖的各向異性彈性參數(shù)及其隨弱面傾角的變化規(guī)律，采用橫觀各向同性彈性理論驗(yàn)證了測(cè)試結(jié)果的正確性。分析了橫觀各向同性砂巖的微觀組構(gòu)特征，揭示了砂巖呈現(xiàn)宏觀各向異性性狀的微觀機(jī)理。 總結(jié)了各向異性理論和彈性參數(shù)測(cè)試方法，通過(guò)室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定了橫觀各向同性砂巖和頁(yè)巖不同方向上的各向異性彈性參數(shù)，分析了其隨各向同性面傾角的變化規(guī)律，采用各向異性理論進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果吻合較

3、好，為分析實(shí)際工程問(wèn)題提供了基本力學(xué)參數(shù)；通過(guò)偏光顯微鏡和X光衍射技術(shù)研究了砂巖微觀組構(gòu)特征，揭示了砂巖材料呈現(xiàn)宏觀各向異性性狀的根本原因和微觀機(jī)理。 (2)建立了不同彈性各向異性度情況下巴西圓盤(pán)中心應(yīng)力集中因子參數(shù)表和確定橫觀各向同性巖石材料抗拉強(qiáng)度的方法，分析了各向異性對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響。 通過(guò)80個(gè)橫觀各向同性巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)結(jié)果，研究了巖石材料各向異性特征對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響，得到了圓盤(pán)中心應(yīng)力集中因子隨泊松比、彈性模

4、量之比(E<,1>/E<,2>)及弱面傾角變化的規(guī)律，建立了巴西圓盤(pán)中心應(yīng)力集中因子參數(shù)表，提出各向異性巖石材料抗拉強(qiáng)度的計(jì)算方法；基于砂巖和頁(yè)巖的5個(gè)橫觀各向同性彈性參數(shù)，確定了圓盤(pán)中心應(yīng)力集中因子；通過(guò)室內(nèi)巴西劈裂試驗(yàn)，測(cè)定了砂巖和頁(yè)巖不同弱面傾角方向的抗拉強(qiáng)度，分析了各向異性對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，并與各向同性假定下抗拉強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。 (3)試驗(yàn)研究了橫觀各向同性巖石材料抗壓強(qiáng)度的脆性-延性轉(zhuǎn)化特征、傾角效應(yīng)、

5、圍壓效應(yīng)和巖樣的破壞模式，提出了最小抗壓強(qiáng)度值對(duì)應(yīng)特征角的分布規(guī)律。 通過(guò)MTS-815型剛性試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)對(duì)不同傾角的巖石試樣進(jìn)行單軸和三軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，獲得全程應(yīng)力．應(yīng)變曲線(xiàn)，分析總結(jié)了各向異性特征對(duì)單軸和三軸抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律；基于摩爾．庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則，分析了各向異性對(duì)巖石脆性-延性轉(zhuǎn)化特征的影響，確立了脆延轉(zhuǎn)化強(qiáng)度和轉(zhuǎn)換圍壓與傾角的關(guān)系；通過(guò)觀察試樣的破壞發(fā)展過(guò)程和最終破壞型式，總結(jié)了圍壓和傾角變化對(duì)破壞模式的影響規(guī)律。

6、 (4)基于非連續(xù)型破壞準(zhǔn)則的討論，提出了一個(gè)修正橫觀各向同性破壞準(zhǔn)則，探討了準(zhǔn)則中參數(shù)確定方法，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了修正強(qiáng)度準(zhǔn)則正確性。 在系統(tǒng)總結(jié)三類(lèi)橫觀各向同性破壞準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)非連續(xù)破壞準(zhǔn)則的研究，基于摩爾一庫(kù)侖準(zhǔn)則、弱面強(qiáng)度理論和最大軸向應(yīng)變理論，提出了一個(gè)修正橫觀各向同性破壞準(zhǔn)則，通過(guò)修正破壞準(zhǔn)則獲得的預(yù)測(cè)強(qiáng)度與國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果的比較分析，驗(yàn)證了修正準(zhǔn)則的正確性。 (5)通過(guò)VC++6.0進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編制

7、計(jì)算程序，將修正橫觀各向同性破壞準(zhǔn)則嵌入FLAC巖土數(shù)值分析軟件，進(jìn)行了算例分析。 采用匯編語(yǔ)言VC++6.0編制了子程序模塊，將修正橫觀各向同性破壞準(zhǔn)則嵌入FLAC數(shù)值分析軟件中，詳細(xì)介紹了本構(gòu)模型的開(kāi)發(fā)流程，通過(guò)算例分析了水平層狀圍巖隧道開(kāi)挖的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)其在巖體工程分析中的應(yīng)用。 (6)依托常吉高速公路隧道工程，開(kāi)展了層狀圍巖隧道施工監(jiān)控量測(cè)和錨噴支護(hù)參數(shù)優(yōu)化的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，分析了成層各向異性對(duì)隧道圍巖壓力與變形規(guī)