苏州大阳山岩石强度相关关系分析

以大阳山隧道工程为例,拟建苏州大阳山隧道穿越地段岩性多样复杂,为了研究该地段岩石的强度指标及其相互关系,测试了代表性岩石的点荷载强度、单轴抗压强度、回弹强度,并用幂函数、指数函数、线性函数拟合3种强度的相关关系。结果显示:用幂函数来拟合点荷载强度与单轴抗压强度更佳;用指数函数来拟合回弹强度与单轴抗压强度、回弹强度与点荷载强度更佳;其相关公式可以用来预测岩石的单轴抗压强度以减少室内试验的数量;另外发现岩石的单轴抗压强度对拟合的精度有一定的影响,在运用公式预测时应注意精度的要求。     

点荷载试验强度的可靠性分析

点荷载试验作为一种岩石强度测试手段,其有着快速、轻便、经济等优点。通过对江苏南京地区某中型泵站钻孔岩芯样进行点荷载试验和单轴抗压强度试验,并对结果进行对比研究分析,结果表明,点荷载试验强度和单轴抗压强度比较接近,试验数据的离散度也相差不大,可用其估算单轴抗压强度。     

基于尺寸效应的类岩石材料点荷载指标与单轴抗压强度对应关系研究

点荷载强度指标间接确定岩石的单轴抗压强度,具有独特的优势,被认为是一种现场测定、估算单轴抗压强度的最佳方法。通过总结大量国内外相关文献发现,目前的研究成果受岩石材料各向异性、数据模糊对应、仪器笨重、缺乏试验验证4个方面的影响,仍存在局限性。利用自行研制的便携式点荷载仪,针对各向同性的类岩石材料进行不同强度、不同尺寸、一一对应的点荷载指标和单轴抗压强度对应关系试验研究。试验结果表明:试验数据均服从正态分布规律,集中趋势明显;不同尺寸的测试结果证实,类岩石材料的点荷载指标具有明显的尺寸效应;结合实测数据,通过绘制P-D²_e关系曲线的修正方法得到相关系数最高为0.97,说明不规则样品的点荷载指标能够很好地统一到标准等效尺寸。采用统计分析方法建立点荷载指标和单轴抗压强度的线性方程,对应关系的相关系数为0.994,说明修正后的点荷载指标能够更好地建立相关性、提高精确度。通过不规则试件的点荷载测试验证上述关系式误差在15%以内。     

碳纳米管增强粉煤灰泡沫混凝土的制备及变形特性

为满足泡沫混凝土作为隧道围岩支护预留变形层填充介质力学性能要求,研制了一种微量碳纳米管增强粉煤灰泡沫混凝土(CNTAFC)的新型变形层填充材料。基于单因素分析,利用Box-Behnken Design响应面法,建立CNTAFC抗压强度预测模型,对其制备参数进行优化。此外,联合单轴压缩试验与数字散斑采集技术,对CNTAFC试样的荷载变形特征进行研究。结果表明：CNTAFC抗压强度回归模型合理有效,当碳纳米管(CNTs)掺量0.13%,骨胶比24.75%,粉煤灰掺量70.57%时,其28 d抗压强度预测值最大为5.936 MPa,误差为2.54%;CNTAFC试样提高了峰值强度,延性增强,其平均峰后强度大于峰值强度的60%,峰后曲线应变范围占极限应变的30%以上,满足围岩卸压吸能材料的性能要求;CNTAFC变形局部化启动可分为应变条件和应力条件,且选择应变确定条件为宜;在变形局部化启动时,CNTAFC强度接近峰值强度,泊松比显著提升。     

利用岩石点荷载试验计算嵌岩桩极限侧阻力方法

岩石单轴抗压强度是嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力计算的关键参数.本文介绍了基于点荷载试验计算岩石单轴抗压强度的方法,给出了岩石极限侧阻力系数与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系式,由此可计算确定岩石极限侧阻力系数,从而提出了一种利用岩石点荷载试验计算嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力的方法,可作为嵌岩桩工程设计的参考.     

新近系弱胶结岩力学特性的室内试验研究

引黄入洛工程隧洞围岩主要为新近系弱胶结砂岩和黏土岩,表现出极差的工程特性,是施工急需解决的关键性问题。通过室内单轴压缩变形试验,研究岩石结构和含水率对岩样力学特性的影响。结果表明:岩石结构和含水率对两种岩样的力学特性均影响较大;混合结构砂岩岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比要明显小于均匀结构砂岩样的,而含水率的影响更大,随着含水率的增大,混合结构砂岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比明显降低;岩石结构对黏土岩样的力学特性影响更大,与均匀结构黏土岩样参数相比,混合结构黏土岩样的单轴抗压强度显著降低,而弹性模量和泊松比却显著增大,弹性模量与单轴抗压强度呈负相关;随着含水率的增大,黏土岩样的单轴抗压强度、弹性模量明显降低,而泊松比明显增大,混合结构黏土岩样的弹性模量大幅降低。由于岩石强度很低,试验中的数据较少,因此应力—应变曲线均呈明显的台阶式变化。含水率较高和混合岩石结构是导致引黄入洛工程隧洞围岩工程特性极差的主要原因,施工时应首先解决地下水问题并进行超前支护,以增强围岩的强度和稳定性。     

非贯穿性节理对岩体单轴抗压强度的影响

灵活运用ANSYS/FLAC3D等软件构建含有非贯穿性节理岩体的圆柱体试件。通过对比分析含单一结构面岩石的单轴压缩数值试验结果与已有研究成果,论证了此方法模拟裂隙岩体的合理性。在此基础上,通过模拟不同倾角和尺寸的圆柱体试件的单轴压缩试验,揭示了非贯穿性节理对岩体试件抗压强度的影响,以及含不同倾角的非贯穿性节理岩体单轴抗压强度的尺寸效应特征。当非贯穿性节理倾角为45°~60°时,试件单轴抗压强度存在最小值;当倾角为90°时,试件单轴抗压强度最大,即当非贯穿性节理与岩体受力方向平行时,对岩体单轴抗压强度影响较小;不同尺寸岩体试件单轴抗压强度随非贯穿性节理倾角的变化规律基本一致。含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度受节理倾角的影响较大,其变化规律与含贯穿性节理的岩体相似。除倾角90°岩体外,含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度存在明显的尺寸效应特征。     

红层泥岩力学参数与声速相关性试验研究

声波在岩石中的传播速度与岩石强度、变形特性密切相关。以重庆红层地区的169个泥岩样品为研究对象,运用单轴抗压强度试验、单轴压缩变形试验及声速测试等方法进行对比试验研究,采用不同函数关系建立了红层泥岩单轴抗压强度R、弹性模量Ee与纵波声速VP的关系,比较分析:认为红层泥岩采用二阶多项式表达它们的关系最佳,红层泥岩单轴抗压强度R与纵波声速VP经验关系为:R=4.7×10-6×V2P-0.023 4VP+33.771;Ee与纵波声速VP经验关系为:Ee=0.003 7×V2P-19.312V2P+27 333。结合某工程地勘钻孔声波测试成果,运用建立的相关关系对岩体力学参数进行了计算分析,提出了该场地的单轴抗压强度建议值为5~6 MPa,岩体弹性模量建议值为2 000~3 000 MPa。     

钻孔灌注桩施工质量控制技术

一、质量控制点 1、地基承载力 从桩的施工程序来讲,在质量控制中,首先确保地基承载力符合设计要求,否则将使桩失效.地基承载力取决岩层的构造情况、桩嵌入岩石的深度、岩石单轴饱和抗压强度.如果施工地区处于断裂带,在施工中就要注意夹层的存在.影响桩底承载力的因素有:结构情况、桩底嵌入岩石深度、岩石单轴抗压强度.一般承载力的判定方法是依据岩样的单轴抗压强度乘以回归系数,换算成岩石单轴饱和抗压强度标准值.在桩基基底验收时,钻孔灌注桩基底承载力判定.     

点荷载试验野外应用

1 概述点荷载试验是一种快速、轻便、经济的现场测试手段,主要用于岩石分类及岩石各向导性的测定,也可用来预估其单轴抗压强度和抗拉强度,在现场和在室内都可进行试验;而且无论是岩芯样(径向或轴向)、切割成的方块体样或不规则样,均可进行点荷载试验,因此解决了常规试验中不易制备样品的软弱岩石、强风化岩石和遇水易于软化、崩解的岩石力学强度测定问题。本文通过对比试验,建定了适合小湾水电站坝段岩石的单轴抗压强度(R)现修正后点荷载强度指数(Is_((50)))的相关方程。     

地下水封石洞油库锚喷支护结构承载特性分析

洞库锚喷支护体系的应力分析及围岩与喷射混凝土的联合承载是地下水封石油洞库开挖支护的重点关注对象。基于ANSYS有限元计算软件模拟了地下洞室的开挖,研究了洞室的变形稳定和支护体系的受力状况,并引入薄层单元考虑洞室围岩与喷射混凝土的粘结强度,探讨了喷射混凝土与围岩的工作状态。研究表明:由于洞库围岩完整性好、强度高,地下洞室围岩变形较小,且以线弹性变形为主,为安全考虑宜及时完成支护,防止局部受节理裂隙面影响出现掉块现象。敏感性分析表明,在水幕压力作用下,当粘结强度＜0.6 MPa时,在边墙部位开始出现喷射混凝土脱离,当粘结强度＜0.5 MPa时,大部分出现脱离现象,因此需要注意喷射混凝土施工质量,加大现场粘结强度试验检测。     

岩石地基承载力取值原则探讨

《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)规定:坚硬岩、半坚硬岩石地基承载力可按岩石单轴饱和抗压强度折减后取值,坚硬岩取岩石单轴抗压强度的1/25~1/20,中硬岩取岩石单轴抗压强度的1/20~1/10。综合分析各行业的研究成果,认为该取值原则偏于保守,仅仅考虑单轴抗压强度的影响比较片面,会在实际工程中造成不必要的浪费。结合水电工程的特点和不同行业的研究成果,提出以岩体完整性和岩石强度相结合的基岩承载力取值原则,建议及时修改规范相关条文,以便更加切合工程实际。     

CSG材料的冻融耐久性分析

Cement Sand and Gravel(简称CSG,胶凝砂砾石)材料是一种新的环保型筑坝材料。为了分析CSG材料在冻融循环状态下的耐久性及材料的单轴抗压强度与单位水泥含量的关系,通过对单位水泥含量不同的CSG材料试块冻融前后的自振频率、动弹性模量、相对动弹性模量、质量损失率及单轴抗压强度的测定及计算,得到随着单位水泥含量从40 kg/m~3到100 kg/m~3的增加,初始自振频率从4 812.21 Hz左右增加到6 597.86 Hz左右,10次冻融循环后的自振频率从1 492.96Hz左右增加到4 689.71 Hz左右;动弹性模量从5 587.30 MPa左右增加到14 521.27 MPa左右,10次冻融循环后从423.27 MPa左右增加到7 327.35 MPa左右;随着单位水泥含量从40 kg/m~3至100 kg/m~3的增加,CSG材料试块在10次循环后平均相对动弹性模量从9.88%增加到50.67%;质量损失率从27%下降至0.03%;单轴抗压强度从6.00 MPa左右增加至11.74 MPa左右,冻融后分别下降至1.61 MPa和7.87 MPa左右。从而得出结论:单位水泥含量高于80 kg/m~3时,耐久性指数显示为中等,材料耐久性得到保证;单轴抗压强度及其降低率随着单位水泥含量的增加而增加。     

黄河冰单轴压缩强度的试验与影响因素探究

为进行黄河冰单轴压缩强度的试验,在黄河头道拐水文站附近取冰坯,加工成单轴压缩试验冰样,在实验室测试了其单轴压缩强度。试验温度分别为-3℃、-5℃、-7℃、-10℃、-15℃,应变速率范围10-7s~(-1)~10-2s~(-1)。试样按加载方向分为垂直冰面方向和平行冰面方向,分别测试75个和212个。试验得到250组有效数据,分析结果验证了单轴压缩强度的应变速率效应,建立了单轴压缩强度随应变速率变化的拟合公式;给出不同力学行为下的单轴压缩强度与温度和应变速率的统计关系,进而得到了宽应变速率范围下单轴压缩强度随温度变化的统计关系曲面。此外,试验还推断出河流流向与黄河冰单轴压缩强度之间不存在相关关系,垂直冰面方向加载试样的峰值强度比平行冰面方向加载试样的峰值强度高。     

基于数量化理论I的双护盾TBM掘进速度预测研究

以甘肃引洮一期工程9#隧洞为例,引入数量化理论I的建模原理和方法,建立了定性数据包括围岩类别和地下水情况2个解释变量,定量数据包括单轴抗压强度、抗拉强度、泊松比和变形模量4个解释变量的预测模型,研究了双护盾TBM施工掘进速度的影响因素,并从理论上证实了该预测模型的可靠性。结果表明：在同等围岩力学参数条件下,围岩稳定性越好越有利于TBM的施工,反之则会阻碍施工进度,且阻碍效应会随着地下水的增多而增强;岩石的泊松比、抗拉强度对TBM掘进速度呈显著正效应,而单轴抗压强度和变形模量呈负效应。通过对实测值和预测值的比较发现,二者掘进速度的相对误差绝对值为0.23%~5.38%,平均值为0.39%,说明预测模型用于双护盾TBM掘进速度的预测是可靠的,并可用于同类工程施工进度的预测和工程进度的控制管理。     

碎石对土石混合体无侧限力学特性影响研究

土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题。通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制。研究成果表明土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加。     

考虑温度效应时深埋洞室围岩变形特性

选取锦屏二级水电站引水隧洞围岩大理岩作为试样,进行不同温度条件下的单轴压缩试验,分析温度作用对大理岩弹性模量、泊松比等力学参数的影响。根据岩石热传导理论,在一定的简化假设条件下,建立了深埋洞室围岩体稳态温度场模型,得出温度应力和原岩应力耦合作用下深埋洞室围岩体应力场解析解,并探讨了温度作用对深埋洞室围岩体稳定性的影响。     

采空区超细粉煤灰注浆充填材料正交试验及回归分析

注浆法处理煤矿采空区,浆材的选择至关重要。通过正交试验的方法,测试大掺量超细粉煤灰条件下水泥粉煤灰注浆材料的各项物理力学性能,讨论了不同水固比、固相比、水玻璃掺量对浆液凝结时间、析水率、结石率以及不同龄期无侧限抗压强度的影响。结果表明:水固比对浆材各项性能的影响最为显著,固相比其次,水玻璃掺量最小;各配比浆液结石体28 d的抗压强度一般＞1 MPa,且后期强度仍持续增长,90 d强度较28 d强度提高了60%以上。通过曲线拟合的方法,得出抗压强度随配比的回归公式和随龄期的预测公式,为工程注浆施工提供参考依据。     

基于Hoek-Brown强度准则的嵌岩桩极限承载力确定

考虑岩体结构的完整性、岩块单轴抗压强度及三向应力等因素的影响,引入Hoek-Brown岩石强度准则,采用Lambe变换,建立了较为实用的嵌岩桩桩侧摩阻力模型。然后基于简化的桩端岩体破坏模式,利用极限平衡原理,推导了三向压力下嵌岩桩桩端阻力的计算公式,进而获得嵌岩桩极限承载力计算公式。对公式参数分析表明：岩体质量对摩阻力影响较大,岩体质量越好,摩阻力τr越大,反之越小;岩体质量评价指标RMR值为100时,摩阻力τr可达到0.4σc;岩体质量评价指标RMR值为10时,摩阻力τr接近0.01σc。最后以2个工程实例对本文计算方法进行了验证。