软弱层带夹泥物理力学特征的仿真研究

软弱层带夹泥物理力学参数是评价岩体稳定性的基础。研究表明,在天然围压条件下,软弱层带夹泥的物理力学性质与其所承受的围压具有良好的相关性。因此,本文提出应用土工压缩定律及重力压密机制在室内对夹泥的物理力学特征进行仿真研究,并对仿真效果进行了评价。这为软弱层带夹泥物理力学参数的评价、预测提供了新的途径。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了"零开挖进洞"的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

清江隔河岩坝基工程岩体质量评价研究

采用《工程岩体分级标准》定性和定量相结合的方法,根据岩石坚硬程度和岩石完整程度决定岩体的基本质量,然后考虑地下水状态、初始应力状态、工程轴线方位与主要软弱结构面产状的组合关系等修正因素,确定坝基工程岩体的级别。针对隔河岩工程考虑岩溶、层间剪切带、应力水平、岩体所处工程部位等因素,给出隔河岩工程坝基工程岩体分级。     

基于DPM系统的风化岩软弱区定位以及性质描述

风化岩体中存在软弱区,这些软弱区导致岩体的力学性能大幅度降低。现阶段往往采用地质钻孔取样对岩体中的软弱区进行定位以及性质分析。但是,由于造价以及工期方面的原因,地质钻孔数量非常有限,这些软弱区很难被有效定位,这在分析风化岩体的力学性能中造成了很大的隐患,成为边坡、基坑设计施工过程中岩体失稳的重要原因。本文介绍了一个风化岩体软弱区定位和性质描述的新方法。该方法应用钻孔过程监测系统(DPM)对土钉、锚杆、抗滑桩以及其他加固体的钻孔过程进行监测,无需取样,通过对钻孔过程数据的分析,实现对软弱区的定位和性质描述。工程实例证明,基于DPM系统的钻孔过程分析方法能够快速有效的定位和描述风化岩体中的软弱区。该方法的出现为风化岩体的工程勘察提供了新的思路,为基于该方法的岩体质量评价系统的建立打下了坚实的基础。     

软弱顺倾岩体爆破层裂的准静态力学模型应用研究

针对顺倾岩质边坡爆破引起软弱夹层冲刷、压密而影响边坡稳定的问题,应用爆轰气体等熵绝热膨胀理论,建立深孔爆破过程中软弱顺倾边坡的准静态力学模型,导出了爆炸作用在软弱夹层内形成爆腔后的准静态压力和软弱层临界层裂长度计算公式。通过分析爆轰气体楔入层面内对边坡岩体产生的抬动作用,推得了边坡潜在滑体的稳定系数与装药参数、岩体力学参数和边坡几何尺寸的定量关系。将提出的准静态力学模型应用于两个典型顺倾岩质边坡的爆破动力稳定分析,得到了与工程实际相符合的计算结果。     

三峡库区巴东新城区库岸三叠系巴东组层间软弱带

摘 要  巴东新城区发育有黄土坡滑坡、赵树岭滑坡、太矶头滑坡、童家坪滑坡等多处大型古滑坡,研究库岸斜坡岩体结构特征对滑坡的治理有着至关重要的作用。本文基于巴东新城区白土坡和西壤坡两段库岸深300余米监测剖面的地质勘探资料,根据岩芯颜色、岩性和结构将巴东组第三段划分为24段;通过薄片鉴定、X射线衍射和岩芯精细测量分析库岸斜坡岩体处于滨海环境的海陆过渡相,岩性组合、岩层厚度、矿物组成及强度具有复杂的垂向分带特征;探讨了层间软弱带和大型滑坡的关系。研究表明：巴东新城区库岸斜坡巴东组第三段内发育有13层贯通的软弱带,表现为为富含泥质、结构破碎的泥质软弱夹层、构造碎裂岩、溶蚀改造带和软岩软弱带。在沉积成岩时经历了滨海相反复的海浸海退,软弱带多分布在沉积环境动荡的开阔台地（陆棚泻湖）和局限台地（潮间带）。巴东组第二、三段岩性及沉积环境属缓慢过渡,在构造作用下未发生明显的滑脱。沉积结构和后期构造共同作用形成了贯通软弱带,为大型滑坡发生提供了有利条件。三峡水库全面蓄水后,软弱带在地下水长期作用下必将加剧库岸斜坡的深部形变。     

无泥型软弱怪带强度特性的动力学试验研究

对无泥型软弱层带在动荷载下的强度试验表明,天然含水状态下,软弱层带从静荷载至动荷载,显示出内聚力C减小幅度较大,而内φ反而有所增加;在饱水状态下,从静至动荷载,C和φ都将减小,但φ的降低幅度更大些。同时,在动荷载下,从天然含水至饱水状态,C和φ也均有较大幅度的降低,且仍以φ值降低更为显著些,这表明动荷载下产生的孔隙水压力对无泥型软弱层带强度参数的降低,也是很明显的。     

含软弱夹层库岸滑坡滑带发育特征研究

本文分析了巴东新城区巴东组第3段岩体中软弱夹层的分布特征、滑坡滑带的发育特征,结果表明巴东组第3段岩体中发育的滑坡滑带可与原岩中的软弱夹层对应,软弱夹层受构造剪切和地下水泥化作用发育成以碎石夹泥或黏土夹碎石为主的滑带。分析认为黄土坡滑坡、赵树岭滑坡的深层变形与巴东组第3段次级褶皱发育、层间劈理密集导致岩体破碎有关,而两滑坡滑体结构差异主要原因是原岩中夹层发育密度差异所致。     

考虑裂隙间相互作用情况下围压卸荷过程应力应变关系

岩体的稳定性和变形特性主要决定于裂隙，同时裂隙间的相互作用对岩体的稳定和变形产生显著的影响。裂隙岩体在加载和卸荷条件下的力学特性有显著的区别。为此本文首次利用位错模型法结合叠加原理研究在围压卸荷条件下裂隙间的相互作用对岩体的变形的影响问题。文中推导了考虑裂隙间的相互作用情况下裂隙岩体围压卸荷过程的应力应变关系及应力强度因子表达式，且进行了数值计算。     

高地应力岩体多孔爆破破岩机制

深部岩体爆破破岩是爆炸荷载与高地应力共同作用的结果。基于一些简化假设，建立了一个高地应力岩体双孔爆破计算模型，采用光滑粒子流体力学-有限元方法耦合数值模拟方法，研究了高地应力作用下炮孔间裂纹的传播及贯通过程，分析了炮孔周围应力场动态演化过程与分布特征。研究结果表明:爆破引起的岩体开裂主要是环向动拉应力所致，地应力对岩体的压缩降低了炮孔周围环向动拉应力、缩短了环向动拉应力的作用时间，因而对爆炸致裂起抑制作用；静水地应力条件下多孔爆破时，垂直于炮孔连线方向传播的爆生裂纹更易受到地应力的抑制；对于高地应力岩体爆破，炮孔间的裂纹扩展长度随地应力水平的提高而减小，裂纹主要沿最大主应力方向扩展，因此沿最大主应力方向布置炮孔、缩短炮孔间距有利于炮孔间裂纹的连接贯通，形成良好的爆破开挖面。     

多功能SHPB装置及水泥石材料的动态性能研究

为了研究在一定温度和压力下的水泥石的动态力学性能，研制了多功能ＳＨＰＢ材料动态性能测试装置，该装置可分别进行材料的拉伸，压缩，扭转性能测试，拉，压试验可以在带围压和温度的三向应力状态下进行，文中还对水泥石改性材料的动态力学性能进行了实验研究。     

基于指数准则在莫尔空间对岩石剪切强度的研究

岩石是多种矿物颗粒构成的天然材料,内部存在不同尺度的孔隙、裂隙等损伤;岩体工程设计及灾害防治所使用的强度准则仍在研究之中.材料的黏结和摩擦在局部不能同时存在,线性的Coulomb准则仅在小范围内近似描述圆柱试样的常规三轴强度,众多非线性强度准则只是经验公式而缺乏物理背景. 作者提出的指数准则可描述岩石剪切破坏时强度与围压的关系;基于对11组试验数据的拟合结果在莫尔应力空间分析黏结力和摩擦力的变化特征:岩石承载的剪切力存在上限即材料的真实黏结力c₀;在试验范围内莫尔概念的内摩擦力达到约为0.38 c₀的峰值,且黏结力在其附近相交. 材料真实黏结力与正应力无关,因而名义黏结力表征了完好材料剪切破裂的面积;基于裂隙面积计算的等效摩擦因子随正应力降低,意味着裂隙滑移的爬坡角减小,而后者取决于正应力与真实黏结力的比值. 等效摩擦因子与指数准则的材料参数具有确定关系,体现了岩石在压应力作用下剪切破裂的物理背景.      

论“岩体结构控制论”

经过长期实践和研究,作者于1984年提出岩体结构控制论是岩体力学的基础理论,并全面、系统地以岩体结构控制论为指导研究了岩体变形、岩体破坏及岩体力学性质的基本规律;提出岩体变形系山岩体材料变彤和岩体结构变形共同贡献的,岩体破坏系受岩体材料破坏和岩体结构破坏控制的;岩体力学性质不仅决定于岩体材料力学的性质,而且受控于岩体结构力学效应及环境因素力学效应。在此基础上,作者提出了岩体可以划分为连续介质、碎裂介质,块裂介质及板裂介质四种岩体力学介质,从而建立了完整的岩体结构力学理论体系。     

作用在岩体裂隙网络中的渗透力分析

从岩体裂隙网络渗流的特点出发, 以单裂隙渗透力分析为基础, 分析了二维及三维情况下岩体裂隙网络渗流对岩体裂隙壁施加的两种作用力: 垂直于裂隙壁使裂隙产生扩容的法向渗透静水压力以及平行于裂隙壁和裂隙水流方向一致的切向动水压力, 推导出二维及三维情况下裂隙单元因这两种作用力而产生的等效结点力, 并应用算例定量分析了岩体裂隙网络渗透静水压力和动水压力共同作用对岩体应力的影响, 结果显示: (a)渗透力作用下裂隙上部岩体压应力减小, 而裂隙下部岩体压应力增大, 最大压应力增大 10 .5 3%; (b)渗透力作用下裂隙岩体拉应力增大, 最大拉应力增大 9.0 9%; (c)裂隙渗透力使岩体剪应力增大, 最大值达 2 3.75 %。     

三向受力条件下淡水冰破坏准则研究

为了更清楚地认识含冰冻结壁力学特性、解决复杂冰岩耦合问题以及给冰工程设计和数值仿真分析提供参数,有必要对冰在三向受力条件下的力学特性进行深入研究.以内蒙古自治区东胜煤田石拉乌素矿立井井筒建设为背景,参考现场水文地质资料在室内制作相似冰样,利用TDW-200低温冻土试验机,进行了4组温度和7组围压的人工淡水柱状冰三轴压缩强度试验,加载速率为0.5 mm/min,加载方向垂直于冰的晶轴方向.结果表明:在恒定温度条件下,柱状冰随围压增大塑性增强,而恒定围压条件下,柱状冰随温度降低脆性增强;在试验温度范围内,淡水柱状冰和多晶冰强度均随围压、温度升高而增大,但同条件下柱状冰强度高于多晶冰;采用D-A模型、Teardrop模型解释了高压下偏应力与围压之间的非线性关系,从不同角度对拟合得到的破坏准则综合考虑,认为D-A准则更适合用于描述淡水冰的破坏特征.研究结果可为后期同条件冰-岩耦合、数值模拟研究提供参考.     

砂岩峰后卸除围压过程的渗透性试验研究

为了探讨煤层开采引起的围岩卸除围压过程中砂岩渗透性的变化规律,本文用数控瞬态渗透法在电液伺服岩石力学试验系统MTS815.02上进行了砂岩试样的渗透特性试验。得出了试样峰前渗透系数-应变与应力-应变的关系曲线,以及在峰后保持轴向应变一定卸除围压过程中试样的渗透系数-围压与主应力差-围压的关系曲线;对试验砂岩在变形破坏过程中渗透性变化规律进行了总结,重点分析了其峰后卸除围压过程中渗透性的变化规律;并对试验砂岩峰后渗透系数与有效围压关系进行了拟合,得出了拟合方程式,为煤层开采引起的围岩体应力场与渗流场耦合问题提供参考。     

岩体工程地质动力学基本原理

本文简要介绍了岩体工程地质动力学的基本原理。文章认为岩体工程地质动力学的任务是揭示岩体与各类工程地质动力因素的作用规律,其主要研究内容包括:岩体物质和结构的动力学成因与特性,岩体赋存的地壳动力学环境,岩体的动力学行为与过程,以及岩体工程防灾原理等。岩体工程地质动力学的基本观点包括:岩体及其特性是地球动力学作用结果的"动力成因观"、岩体的工程行为是岩体与动力学环境相互作用结果的"动力作用观",以及工程地质防灾的基本途径是调节岩体与环境的相互作用过程的"过程调节观"。文章在动力作用观的框架下,系统阐述了岩体的动力学成因与特性,岩体赋存的地壳动力学环境特征,岩体的基本力学行为,高地应力环境岩体特性与力学行为,岩体动力学响应,岩体中地下水的作用规律等。     

A microstructure-based viscoplastic model for asphalt concrete

A microstructure-based viscoplastic continuum model is developed for the permanent deformation of asphalt concrete (AC). The model accounts for several phenomena that influence the permanent deformation of AC at high temperatures. These phenomena include strain rate dependency, confining pressure dependency, dilation, aggregate friction, anisotropy, and damage.The material anisotropy was included in the model by replacing the stress invariants in the yield function with invariants of both the stress and a microstructure tensor, which describes the aggregate orientation distribution. The components of the microstructure tensor were determined using image analysis techniques (IAT) conducted on digital images taken from two-dimensional cut sections of AC. Furthermore, damage was included in the model based on the effective stress theory to account for crack and air void growth that significantly reduces the load-carrying capacity of the material.Experimental data from triaxial compressive strength tests conducted at five strain rates and three confining pressures were used to develop a methodology to determine the material parameters that characterize AC permanent deformation. The model predictions were in a good agreement with the experimental measurements.     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。