水岩作用下岩石宏细观损伤与流变特性

本书重点研究水岩作用下岩石宏细观损伤与流变特性，总结水岩作用损伤机制及研究意义，分析水岩作用下岩石宏观力学性质弱化规律，研究水岩作用下岩石细观损伤机制，构建水岩作用下岩石流变损伤模型，建立水岩作用影响下边坡力学模型，讨论水岩作用下露天矿坑尾矿库边坡长期稳定性。基于边坡典型岩石的宏细观试验，揭示岩石宏观力学参数劣化规律与细观结构损伤机理，构建基于分数阶微分理论改进后的Burgers流变本构模型，同时借助数值模拟探究水位循环变化状态下边坡稳定性和有无水状态下边坡长期稳定性的影响。 本书可作为高等院校矿山、水利及岩土工程相关专业的教材，也可供相关专业的工程技术人员学习参考。

1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 水岩作用下岩体变形特征研究与进展 3 1.2.1 水对岩石宏观损伤影响 3 1.2.2 水对岩石细观损伤影响 5 1.3 岩体流变特性研究与进展 7 1.4 水位变化对岩质边坡稳定性影响研究 13 2 水岩损伤机制及研究意义 16 2.1 水岩作用损伤机制 16 2.1.1 水岩物理作用机理 16 2.1.2 水岩化学作用机理 18 2.1.3 水对岩石力学特性的影响 18 2.1.4 孔隙水压力对岩石强度的影响 19 2.2 岩体损伤对边坡的危害 19 2.3 水岩劣化作用研究的必要性 21 3 水岩作用下岩石宏观力学性质 26 3.1 水岩作用试验方案设计 26 3.1.1 岩石取样与制作 26 3.1.2 试验方案 28 3.2 水岩作用下岩石含水率试验 29 3.2.1 试验设备 29 3.2.2 试验步骤 30 3.2.3 试验数据处理 30 3.3 水岩作用下岩石单轴压缩试验 31 3.3.1 试验设备 31 3.3.2 试验方案 33 3.3.3 试验步骤 33 3.3.4 试验结果及分析 34 3.4 水岩作用下岩石抗拉强度试验 38 3.4.1 试验步骤 38 3.4.2 试验结果 39 3.5 水岩作用下岩石三轴压缩试验 40 3.5.1 试验方案 40 3.5.2 试验数据处理 42 3.6 小结 45 4 水岩作用下岩石细观损伤特性 47 4.1 岩石电子探针试验 47 4.2 岩石扫描电子显微镜试验 51 4.3 岩石CT试验 54 4.3.1 CT技术原理 55 4.3.2 CT试验设备简介 56 4.3.3 水岩作用下岩石CT图像处理技术 57 4.4 岩石细观损伤定量分析 59 4.4.1 图像阈值分割 59 4.4.2 岩石分形维数概述 63 4.4.3 岩石分形维数与损伤演化方程 68 4.4.4 统计损伤变量 69 4.5 小结 70 5 水岩作用下流变特性及模型构建 71 5.1 岩石三轴流变试验 71 5.1.1 试验设计 71 5.1.2 试验步骤 72 5.1.3 岩石三轴压缩流变试验结果 73 5.2 经典岩石流变力学模型 81 5.2.1 流变基本结构及典型流变模型 81 5.2.2 三维状态下的流变本构关系 84 5.3 考虑岩石细观损伤流变本构模型 85 5.3.1 流变模型的选择 85 5.3.2 分数阶流变本构模型 90 5.3.3 流变模型参数辨识及变化规律 94 5.4 小结 103 6 水岩作用下露天矿坑尾矿库边坡长期稳定性分析 104 6.1 仓上金矿露天尾矿库工程背景 104 6.1.1 仓上金矿露天尾矿库区域地质环境 104 6.1.2 仓上金矿露天尾矿库地层特征 105 6.1.3 仓上金矿露天尾矿库地质构造特征 105 6.1.4 仓上金矿露天尾矿库水文概况 108 6.1.5 仓上金矿露天尾矿库边坡现状研究 110 6.2 无水影响时边坡稳定性分析 114 6.2.1 边坡整体稳定性评价 114 6.2.2 边坡局部稳定性评价 116 6.3 水位上升对边坡稳定性的影响分析 118 6.3.1 水对仓上露天坑边坡稳定性的影响 118 6.3.2 水位上升条件下边坡安全评价 118 6.3.3 水位上升对北侧503勘探线稳定性影响 120 6.3.4 水位上升对北侧487勘探线稳定性影响 127 6.4 水位升降循环变化对边坡稳定性的影响分析 130 6.4.1 饱水失水作用下数值模拟参数的确定 130 6.4.2 饱水失水作用下487勘探线坡体稳定性分析 131 6.4.3 饱水失水作用下503勘探线坡体稳定性分析 132 6.5 仓上露天坑边坡长期稳定性分析 134 6.5.1 边坡岩体流变参数反演分析 134 6.5.2 无水条件下边坡长期稳定性分析 136 6.5.3 有水条件下边坡长期稳定性分析 139 6.6 小结 140 参考文献 142