结构化岩体采动裂隙分布规律与分形性实验研究

采动岩体裂隙形成、扩展和分布均十分复杂，而初始结构面的存在使其更加复杂。本文借助相似材料模型实验，模拟了结构化岩体采动裂隙的分布规律，应用分形几何理论研究采动岩体裂隙分布的自相似性。研究表明：具有初始结构面的岩体采动后形成的裂隙网络具有很好的统计自相似分形性质，分形维数可以综合描述采动岩体裂隙化程度，且地表沉陷特征值与分形维数具有明确的数量对应关系。     

层状采动岩体力学基础研究

本文将层状采动岩体视为一种特殊的力学介质，从建立岩石力学分支学科的高度，把采场矿压和岩石移动及地表沉陷三个方面的矿山压力研究作为整体开展力学基础研究。论述了层状采动岩体力学的研究任务与方法，以及岩层控制中的关键层理论。     

开采沉陷工程岩体本构关系研究

传统开采沉陷理论存在对采动岩体本构关系研究不够的问题, 本文在运用现代工程地质学理论和现代数学力学理论相结合, 对采动岩体本构关系进行深入研究的基础上, 提出了用“黑箱”问题“灰箱”化的全息反分析法, 确定采动工程岩体本构关系及其有关参数。实例分析表明, 对于复杂岩体结构的开采沉陷问题, 能够取得满意的结果。     

深部岩体损伤对分区破裂化效应的影响

深部岩体是一种具有初始损伤的非连续介质,其内部存在着大量节理和裂隙。深部岩体分区破裂化效应与节理、裂隙的扩展、连接和汇合密切相关。由于节理、裂隙的扩展、连接和汇合可能会导致深部岩体的内部空间由欧氏几何空间向非欧几何空间转化。本文利用损伤变量表示含节理和裂隙岩体的损伤,根据非欧几何模型,获得了静水压力和非静水压力情况下深部圆形洞室损伤围岩的应力场,确定了损伤变量对圆形洞室围岩的应力场和分区破裂化效应的影响。采用Hoek-Brown准则,获得了静水压力和非静水压力情况下损伤围岩的破裂区与非破裂区的分布规律。本文的研究结果为理解深部岩体分区破裂模式提供了有价值的参考。     

节理岩体断裂的损伤与分形效应

本文在岩石断裂的基础上,利用损伤的概念,建立起岩体断裂能与初始损伤的关系,并借助于岩石断裂能与断裂面分形维数的关系,给出了节理岩体的断裂能与断裂面分形维数之间的关系.本法为直接从岩石的断裂参数推出节理岩体断裂参数,提供了一条简捷的途径.     

矿山开采沉陷中的裂隙分形分布问题研究进展与展望

从矿山开采沉陷的非线性机制出发 ,揭示和研究了矿山开采沉陷研究领域中的全新问题——采动岩体裂隙分形分布性质及其演化规律。分析和展望了该问题研究的理论价值和工程意义及今后研究发展方向。     

隧道围岩强度不均地段塌方成因及其处理方法

采用微面模型理论和损伤力学方法,建立了节理岩体的弹塑性损伤耦合微面模型. 在节理岩体的微 面上,将岩体视为由节理面与岩石组成的二元介质,以节理连通率作为岩体沿该方向的面积 损伤变量,考虑微面法向拉应力和压应力下的不同塑性变形和损伤耦合作用机制,基于塑性 理论建立了节理岩体的微面塑性损伤增量本构关系. 采用微面物理量与宏观物理量的几何约 束模型,根据微面方向积分导出了节理岩体的宏观弹塑性增量本构关系. 编制了节理岩体微 面模型的MARC有限元子程序,对节理岩体的单轴拉伸、压缩试验和泥浆压力作用下的井壁稳 定问题进行了数值模拟研究. 数值计算结果表明,该模型能很好地揭示载荷作用下节理岩体 的各向异性非弹性变形和次生节理演化过程.     

深部节理岩体塑性损伤耦合微面模型

采用微面模型理论和损伤力学方法,建立了节理岩体的弹塑性损伤耦合微面模型. 在节理岩体的微面上,将岩体视为由节理面与岩石组成的二元介质,以节理连通率作为岩体沿该方向的面积损伤变量,考虑微面法向拉应力和压应力下的不同塑性变形和损伤耦合作用机制,基于塑性理论建立了节理岩体的微面塑性损伤增量本构关系. 采用微面物理量与宏观物理量的几何约束模型,根据微面方向积分导出了节理岩体的宏观弹塑性增量本构关系. 编制了节理岩体微面模型的MARC有限元子程序,对节理岩体的单轴拉伸、压缩试验和泥浆压力作用下的井壁稳定问题进行了数值模拟研究. 数值计算结果表明,该模型能很好地揭示载荷作用下节理岩体的各向异性非弹性变形和次生节理演化过程.      

单轴压缩下断续节理岩体动态损伤本构模型

断续节理将对工程岩体的强度及变形等力学特性产生显著影响,损伤力学中视节理为岩体的一种宏观损伤,因而采用损伤张量来刻画其对岩体的影响。目前学术界提出了用节理的几何、强度及变形等3类参数来描述节理的物理力学性质,而目前的岩体损伤张量计算方法都只涉及前2类参数,均没有涉及其变形参数即法向及切向刚度。为此,在前人研究的基础上,基于断裂及损伤理论提出了考虑节理法向及切向刚度的单轴压缩下单条断续节理引起的损伤张量计算公式,进而通过考虑节理间相互作用给出了单组单排或多排节理岩体损伤张量计算公式。其次,以岩石细观动态损伤模型为基础,结合宏细观损伤耦合观点提出了一个能够同时考虑节理几何、强度及变形参数的断续节理岩体动态损伤本构模型。最后,利用该模型讨论了节理参数及载荷应变率等对岩体动态力学特性的影响,认为节理长度减小及摩擦角增大将导致岩体动态峰值强度及弹性模量增大;岩体动态峰值强度及弹性模量则随着节理法向及切向刚度的增大分别减小或增大;而当节理法向及切向刚度按照同一比例增大时,岩体动态峰值强度及弹性模量则是增大的。岩体动态峰值强度与载荷应变率呈正相关。     

综合考虑宏细观缺陷的岩体动态损伤本构模型

针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实, 提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此, 首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kuszmaul)模型进行了阐述, 其次基于Lemaitre等效应变假设推导了综合考虑宏细观缺陷的复合损伤变量(张量), 进而在此基础上建立了相应的节理岩体动态损伤本构模型, 并利用该模型讨论了载荷应变率及节理条数对岩体动态力学特性的影响规律。结果表明, 在不同载荷应变率下试件在变形初始阶段是重合的, 而后随着应变的增加, 试件峰值强度、峰值应变及总应变均随载荷应变率的增加而增加; 随着节理条数的增加, 试件峰值强度逐渐降低, 但降低趋势逐渐变缓并趋于某一定值。上述研究结论与目前的理论及实验研究结果的基本规律是一致的, 说明了本模型的合理性。     

地下水对工程和环境的作用

地下水对上程建设和地质环境的作用与影响日趋显著,人们认识日益深化。实践表明,这类问题不完伞是纯水文地质问题。实质上,它是介乎于水文地质与工程地质之间,暂定名为“工程水文地质学”。专门进行在工程建设和环境地质中由于地下水作用而产生的各类工程地质问题或水文地质问题。为充分阐明问题,本文从水与岩土相互作用、基坑排水与潜蚀流沙、地基沉降与黄土湿陷、道路冻害与隧道涌水、矿抗突水与竖井破坏、坝基渗漏与稳定、坝基抗滑稳定以及与地下水有关的地质灾害问题等方面,进行了举例阐述,初步论证了重要性、问题和某些实质。目的在于,向人们揭示一个值得研究的方向,并给予充分的重视。     

论湿陷起始压力

本文以实测数据为依据,以工程应用为主题,从七个方面对湿陷起始压力进行了广泛的讨论,为工程中多方面应用湿陷起始压力提供了系统允分的依据。     

A SURFACE SUBSIDENCE MODEL OF COAL SEAM MINING IN MOUNTAIN AREA BASED ON PLATE BENDING DEFORMATION1)

分析了长壁工作面采煤上覆岩层破坏、移动的 “三带” 理论,认为地表的下沉变形受控于弯曲下沉带,且地表的最大下沉量远小于弯曲带岩层的厚度,弯曲带岩层的变形符合板的小挠度弯曲问题。在此基础上,根据山区地形地貌的特征及山体坡向与煤层倾向的关系,将地表山体简化为顺向坡、反向坡、沟槽、山岭四种情况,用薄板理论中的半逆解法分别建立了四种地貌情形下的地表下沉盆地模型。模型虽然作了一些简化假设,但体现了煤层倾角、埋深、岩层物理力学性质、地貌形状等影响开采沉陷的主要因素。     

不同含水量下原状黄土动强度和震陷的试验研究

对原状黄土进行动三轴试验,探讨了黄土的动强度和震陷随含水量的变化规律。试验结果表明,塑限含水量可作为黄土动强度和震陷的界限含水量,小于塑限的含水量变化对震陷临界动应力和动粘聚力的影响非常显著,大于塑限的含水量变化对其影响微弱,而动摩擦角不受含水量的影响。通过对震陷曲线的定量分析,说明有必要对黄土的震陷性进行分类。     

GPS测量技术在锡山市地面沉降研究中的应用

通常研究认为, 苏锡常地区超量开采地下水是产生地面沉降最主要的因素之一。锡山市地下水开采十分强烈, 其地面沉降灾害也最为严重。为了有效地分析研究地面沉降的发生发展过程, 必须获取一定时间间隔内的地面沉降实测值, 全球定位系统 (GPS)就是一种既经济又高效的测量手段。本文在简要介绍了锡山市地质、水文地质及地下水开发利用情况的基础上, 重点阐述了运用GPS测量技术对锡山市地面沉降进行首次实测的情况, 并对其测量结果进行了系统分析, 最后对锡山市地面沉降的发展历史和现状进行了初步讨论。     

长江河口滨海地区冲填土对地面沉降效应——以上海市临港新城为例

长江河口滨海地区广泛分布有大量的冲填土,由于其形成时间短,具有欠固结特性,因此对地面沉降影响较大。本文首先阐述上海市临港新城区冲填土分布特征,并按其填料不同将其分类后计算出不同种类冲填土大面积堆载所引起下部土层的地面沉降量和冲填土本身固结产生的沉降量,并与总的地面沉降量相比较,得出结论,并对进一步开展工作提出建议。     

城市浅埋软岩隧道施工沉降分析及对策

浅埋软岩隧道施工沉降变形控制是浅埋地下工程面临的关键难题,其中最基础的内容是对开挖引起的沉降变形规律的掌握。通过对新建龙岩至厦门铁路石桥头隧道地表沉降变形观测分析,将地表沉降变形划分为三个主要阶段：初始沉降阶段、加速沉降阶段和减速沉降阶段; 结合隧道拱顶沉降监测结果,得出浅埋软岩隧道地表沉降与拱顶沉降正相关的结论。隧道开挖对掌子面前后纵向地表沉降的主要影响范围分别为15D和3D(D为开挖跨度); 横向地表沉降影响范围包括隧道中线两侧各4D的范围,地表建(构)筑物受到较大影响包括隧道中线两侧各2D的范围。针对地表和拱顶沉降过大,采取全断面超前预注浆方案进行处理,监测结果显示全断面超前预注浆能有效控制拱顶下沉和地表沉降量,收敛值减小则不显著,说明该方案达到了控制沉降变形的目的。
浅埋软岩隧道〓地表沉降〓拱顶沉降〓监测〓全断面超前预注浆
P642
A
2009-04-14
2009-06-04
陈利杰,主要从事铁路隧道工程技术管理工作.Email: lxtlzhb@126.com     

引黄入晋工程大梁水库坝基黄土湿陷变形特征及对工程的影响

引黄入晋工程大梁水库坝基存在大面积厚层上更新统（Q3）黄土。通过大量试验数据统计,湿陷起始压力、湿陷系数峰值的研究,以及不同埋深黄土微观结构的扫描电子显微镜研究,证实黄土的湿陷主要受架空孔隙的控制,随着土层埋深的加大,黄土结构逐渐由架空结构向局部架空或架空镶嵌型结构转变,因而湿陷性也逐渐减弱,为坝基黄土工程处理措施提供了依据。     

岩层与地表移动的广义下沉公式

在考虑岩性差异的条件下,推导出了岩层与地表移动的广义下沉公式,最后列举了其应用意义和实例。     

温度循环载荷对柔性接头界面损伤的影响

固体火箭发动机在生产、运输和储存的过程中会受到环境湿热和老化载荷的作用,导致柔性接头界面的力学性能产生退化.为研究柔性接头界面力学性能退化对界面损伤的影响规律,基于双线性内聚力模型建立了一种描述界面力学性能退化的数学模型.以某柔性接头为研究对象,为便于研究,以温度循环载荷代替环境老化载荷开展了界面损伤分析,并采用ABAQUS 6.14进行了仿真.结果 表明,与后法兰粘接的界面损伤程度最大.当温度循环周期达到672次时,界面13和界面14的损伤程度分别由初始状态的2.9％和4.3％增加到5.2％和8.2％,增幅分别高达81.2％和91.7％.同时,温度循环载荷会加速柔性接头的界面损伤.该界面力学性能退化模型可为柔性接头老化研究提供参考.