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 %。     

斜坡应力分布的系统测试与反演分析

采用简易、快速、经济的洞壁应力恢复法对某工程边坡勘探平硐洞壁应力场作了系统测试, 并采用FLAC^2D软件对测试成果作了斜坡初始应力的反演分析。结果表明, 斜坡应力场随深度变化具有明显分带性, 应力量值随硐深曲线具有典型的驼峰式特征, 与理论分析结果相符, 表明该方法能较好地应用于斜坡应力场的系统测试和研究。成果对认识斜坡岩体的变形破裂及卸荷特征等具有重要意义。     

软硬互层状岩石类材料双轴压缩蠕变特性试验研究

自然界中广泛分布的复合层状岩体,具有显著的结构不连续性、非均质性和各向异性特征。为揭示软硬互层状岩体在双轴压缩下的蠕变特征,采用相似模型试验,制作软硬互层状岩石类试样,开展了3种不同侧向应力水平条件下平行于层理方向的轴向分级加载双轴压缩蠕变试验,并利用数字图像相关技术(DIC)进行了试样表面变形观测。研究发现,软硬互层状岩石类材料的蠕变包括减速蠕变、等速蠕变、加速蠕变3个阶段,且减速蠕变阶段与等速蠕变阶段占比较大,而加速蠕变阶段占比较小;随着侧向应力的增加,试样的蠕变破坏强度逐渐降低,而蠕变应变增加率随之增加;应力水平差异对试样蠕变特征有着显著的影响,当侧向应力相同时,随着轴向应力的增加,轴向应变也随之增加;当轴向应力相同时,轴向应变与侧向应变随着侧向应力的增加先减小后增大。试验过程中,利用DIC技术监测试样表面变形,发现当侧向应力水平较低时,试样的轴向应变主要取决于硬岩层,而当侧向应力水平超过软岩抗压强度后,软岩层内部裂纹的产生会导致试样宏观破坏提前发生。上述研究结果可为软硬互层状岩体工程建设及围岩长期稳定性分析提供理论参考。     

岩石破裂过程THMD耦合数值模型研究

从岩石的细观非均匀性特点出发,应用损伤力学、热力学和渗流力学理论,建立了岩体热(温度)-水(渗流)-岩(应力)-损伤耦合数值模型(THMD model),把岩石(体)THM耦合问题的研究从应力状态分析深入到损伤、破坏过程分析之中。探讨了THM耦合作用下岩石材料的细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化机制,并运用所提出方法计算温度-渗流-应力耦合作用下井筒近场围岩的稳定性,模拟得到的岩体破坏过程、应力分布、AE特性及渗流特性变化与现场标定结果有着一致的规律性,初步证明了该数值模型的合理性和有效性。THMD模型以简单的数值模型表征了岩石(体)中热、水、岩及损伤之间复杂的作用关系,为从细观损伤演化揭示宏观岩体温度-渗流-应力耦合破坏机制提供了一种新的数值分析方法。     

运用Hoek-Brown经验准则分析圆形硐室围岩弹塑性应力和位移

Hoek-Brown经验准则能够较容易地用来估计节理岩体的强度,在岩石工程界已得到广泛的应用和认可。只要用定量指标合理地描述岩体质量,就可确定岩体的强度,因此Hoek-Brown经验准则为通过岩体质量评分评价岩体稳定性架起了一座桥梁,并对需要采取的加固支护措施提出建议。地下硐室开挖后改变了岩体的初始应力状态,围岩应力产生应力重分布现象。当硐室周边围岩应力状态超过岩体弹性极限状态而进入塑性状态时,塑性区内岩体的应力满足极限平衡条件。本文简单回顾了当侧压力系数为1时,圆形硐室围岩的弹性应力和位移,在此基础上以Hoek-Brown经验准则为极限平衡条件,得到圆形硐室轴对称平面应变问题的围岩弹塑性应力和位移的分析解。     

浙江苍岭隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究

根据在浙江苍岭隧道施工中发生的岩爆,通过现场地质观测资料,具体地分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件,从地质工程的角度,对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨,发现在苍岭隧道施工中发生岩爆的岩石具有岩体结构面发育适中、弹性模量大、P波波速高、地质构造简单、现代水平构造应力强且主压应力轴σ1大角度相交于隧道中轴线和地下水不发育的特征,并在此基础上,提出了掌子面喷水、布设释放地应力锚杆、减少隧道壁聚能结构等有效的岩爆防治措施。     

THE PERFORATION PARAMETER OPTIMIZATION FOR MULTI FRACTURE INITIATION IN HYDRAULIC FRACTURING

针对复杂地质近井筒多裂缝起裂的难题, 结合岩体力学与损伤力学相关理论, 建立了近井筒地层流固——损伤力学模型, 采用数值求解获得了射孔壁面的应力及损伤状态, 计算表明:初始地应力最小值越小, 地层的起裂压力越低;射孔方位角越小, 起裂压力越低. 随着射孔方位角增大, 近井筒微裂缝为45° 夹角的拐折裂缝, 起裂压力增大, 基于此, 对于正断层及顺滑断层地应力类型, 取射孔方位角小于30°, 螺旋射孔夹角30°或45°, 对于逆断层地应力类型, 螺旋射孔夹角取45°, 可有效地实现多裂缝起裂.     

初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛,其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征,导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型,分析了静态应力分布及动态应力演化特征,揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对RiedelHiermaier-Thoma (RHT)模型参数进行标定与修正,并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外,在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征,结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现：环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素,当初始应力较大时,合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果,实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。     

依据控制致裂钻孔应力变化确定原岩应力的平行钻孔法的研究

为了寻求一种操作简单、低成本的岩体应力测试方法, 本文提出了一个依据控制致裂钻孔应力变化的量测推算原岩应力的改进平行钻孔法。本文阐明了平行钻孔法岩体应力量测的特点和控制致裂法的原理。介绍了依据控制致裂钻孔应力变化确定岩体应力的基本理论。     

单裂隙流-固耦合渗流的试验研究

通过对较大尺寸的单裂隙岩体试块进行不同侧面加载的渗流试验,在实验室里开展了单裂隙流 固耦合渗流研究,模拟核废料贮藏库的围岩自由面的最危险部位的渗流量 应力耦合状态。分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理,获得了几种典型情况下的试验数据,并拟合出不同应力条件下单裂隙岩体渗流量与应力间数学经验公式。从而说明并非任一方向的应力增加都能使渗流量减小,而是裂隙岩体的渗流量随着双向压应力的增加而减少,随着平行于裂隙面方向的单向压应力的增加而增加。缝隙开度虽然随着法向应力的增加而逐渐减小,但最终不可能完全闭合,所以,此时流量不可能为零。同时,在试验过程中还通过闭环控制来实现被加载面的均匀受力,这为大尺寸岩体试验提供了一种很好的加载方法。     

锦屏一级水电站引渠内侧自然边坡的稳定性

层状岩体顺层滑动但却存在反倾的后缘结构面的边坡稳定性研究尚未见到具体讨论。本文采用了数值模拟方法对锦屏一级水电站引渠内侧边坡的稳定性进行了分析,通过结构面参数折减法,求得该边坡稳定性系数为1.191,后端岩体对前端不稳定体不存在推力。通过数值分析方法和极限平衡法对结构面相关参数的敏感性进行了分析对比,对比表明采用参数折减法的数值分析方法结果可靠。本文为类似复杂岩体边坡稳定性判定提供参考。     

松软煤层综放面顶底板采动应力分布规律研究

以某矿综放采场为背景,通过现场实测、相似材料模拟等手段,研究了松软煤层综放开采中液压支架受力状态、两巷单体支柱受力特征和顶底板的采动应力分布规律,结果表明液压支架在工作面不同位置受力状态不同,处于中部位置的支架受力最大,同一支架前立柱受力大于后立柱;风巷围岩应力大于机巷围岩应力,两巷的超前采动应力峰值位置在工作面前3～11m;顶板岩层同一层位中采动应力分布随工作面的距离不同而不同;不同层位应力分布也不同,离煤层越近的岩层中应力集中系数越大;底板岩层在工作面前方6m左右处应力达到最大,在工作面处应力为零。该研究结果有效地指导了该矿井同一煤层综放面巷道布置、两巷支护及工作面顶板管理。     

采场顶板稳定性动态预测及控制研究

运用人工神经网络技术,综合岩石介质条件、赋存环境条件以及工程因素3大方面的5个指标,即岩石单轴抗压强度、岩石质量指标、煤体强度、地下水状况、工作面月推进速度,建立了采场顶板稳定性动态预测模型。并以工作面月推进速度40m、60m、80m、100m分别预测了新集井田顶板稳定性分区。根据5个指标因素分析结果,对顶板稳定性影响程度由大到小排序为岩石质量指标、地下水状况、岩石单轴抗压强度、煤体强度、工作面月推进速度。     

秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

利用水平圆柱形激波管对激波驱动的可压缩性气固两相流进行了试验研究. 利用压电式压力传感器、电荷放大器、示波器及计算机组成的压力信号测试系统, 对激波 与颗粒作用前后的气相参数进行测量及分析. 试验中测得了激波在管中的传播速 度, 波后气流的压力, 反射激波、透射激波的压力和速度等. 分别考察颗粒、装载 比、驱动气源以及入射激波马赫数等因素的差异对气相参数的影响. 试验结果表明: 激波与颗粒群相互作用时, 会产生反射激波和透射激波, 其强度与驱动气源、颗粒大小、颗粒装载比等参数有关; 激波衰减率随着装载比、马赫数的增大而减小. 研究指出, 在颗粒群被激波加速的初始阶段, 颗粒间的弹性碰撞起着重要的作用.     

工程因素对围岩稳定性影响三维数值模拟分析

结合某地下工程实际,运用FLAC^3D模拟了巷道断面形状、开挖面距离以及开挖顺序对巷道围岩稳定性的影响,并模拟了围岩深部多点位移规律。结果表明,相同围岩条件下,不同断面形状其力学效应不同,同一断面在不同围岩条件下变形不一样;围岩水平位移曲线随开挖面的距离呈“S”形,围岩水平最大位移主要发生在距开挖面后方 2倍巷道长径的范围内;Ⅲ级围岩深部位移影响范围约 2 .8～ 4 .3m,Ⅳ级围岩影响范围 6 .9～ 7.8m;对较大断面,分步开挖有利于围岩控制。     

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5 ·12" 汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程; 运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。     

高瓦斯煤层冲击地压发生条件与影响因素

针对高瓦斯煤层冲击地压问题,用解析方法得到冲击地压发生条件,分析了主要影响因素对满足冲击地压发生条件的临界塑性区半径和临界应力的影响规律.结合五龙矿开采实际情况对影响高瓦斯煤层冲击地压的煤的模量比、煤层瓦斯孔隙压力、支护应力和内摩擦角4个因素做了对比分析.研究发现:高瓦斯煤层在巷道掘进面附近由于存在开挖面空间效应,掘进面前方尚未开挖的煤体对巷道变形起到了限制作用,减少了冲击地压的发生,随着掘进面向前推进,后方一定距离范围内的巷道支护应力增大.随着瓦斯解吸渗流的进行,巷道壁处孔隙压力降低,巷道冲击地压危险性明显提高,此时提高支护应力,冲击危险性有所降低.高瓦斯煤层巷道发生冲击地压的临界塑性区半径和临界应力随模量比、瓦斯孔隙压力的增大而快速减小,随支护应力的增大而增大,临界塑性区半径随内摩擦角的增大而增大,临界应力与内摩擦角不是单调函数关系,存在一个极小值点,当内摩擦角小于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而减小;当内摩擦角大于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而增大.     

复杂条件下大型地下洞室群的变形稳定性分析

本文结合某水电站工程建设实例,在现场地质调查和地勘资料分析的基础上,建立了能够反映工程区陡峻地貌、软弱断层和高地应力环境条件下的计算模型。以地应力实测结果为依据,采用线弹性方法反演了初始地应力场,在此基础上,通过编制程序施加应力的方法简化数值模型,采用弹塑性方法对地下厂房进行了三维模拟,分析结果表明:相邻洞室之间的围岩,尤其是主厂房与尾水调压室之间存在局部的塑性破坏,破坏部位主要在洞室腰部和顶角部位,应力集中则主要在顶角部位。本文的建模方法和分析结果,对于类似工程将具有一定的借鉴意义。     

三峡库区巫山新城超高加筋挡墙变形破坏及修复研究

结合三峡库区弃渣灾害的防治和回填增地,以巫山新城加筋土挡墙等实际工程为典型进行剖析,对加筋土挡墙,特别是超高加筋土挡墙变形破坏机制和过程进行了系统深入的研究。从加筋土挡墙填土物理力学性质室内试验研究入手,采用FLAC等数值计算方法,系统地研究了加筋土挡墙的应力状况和变形破坏特性。将离心模拟技术应用于超高多级加筋土挡墙(H=57m)的研究中,进行了三级加筋土挡墙的离心模型试验,对加筋土挡墙墙背土压力分布规律、挡墙面板和填土的沉降情况以及拉筋的拉力分布规律进行了详细而系统的研究。特别是精心设计出离心模型试验中三级挡墙的面板与拉筋的联结,较真实地反映了实际工程中加筋土挡墙整体复合结构的力学特性。根据研究结果,提出了巫山新城加筋土挡墙修复加固方案,编制了设计报告,并加以实施。目前,修复加固工程效果良好。　对库区,乃至全国超高加筋土挡墙的建设均有指导和示范作用。     

澜沧江某水电站右坝肩工程边坡倾倒变形问题的数值 模拟研究

澜沧江某水电站处于青藏高原东部边缘地带,属于高山峡谷地形地貌,高地应力环境,岩体卸荷裂隙很发育,使得倾倒变形和岩体质量、断裂活动及地震构造一样成为影响工程边坡岩体稳定的主要因素。针对工程边坡的大变形问题可采用离散元的数值模拟分析方法。通过建立理论开挖和工程边坡开挖离散元模型,可分别得出倾倒变形破坏机理发展过程为初期弱倾倒变形岩体的层内剪切错动、强倾倒变形岩体的层内拉张变形、强倾倒变形岩体的切层张-剪破裂及极强倾倒破裂岩体的折断张裂(坠覆)破裂和工程边坡的变形范围、确定开挖面及加固方式等。通过工程边坡模型的计算结果和现场地质调查成果的比较表明,计算结果和实际情况基本吻合。