大理岩裂隙渗流特性及充填砂土影响

利用自行研制的岩石裂隙渗流系统,对9个不同裂隙面形貌的大理岩试样分别进行充填和未充填裂隙渗流试验,研究了不同法向应力条件下,加卸载过程、水头差大小、裂隙面形态、充填砂土粒径及厚度等因素对裂隙渗流的影响。试验结果表明:裂隙未充填时,在法向加载阶段,渗流量随水头差的增大呈线性递增,渗流量随法向应力的增大呈负指数减小,并得到了包含裂隙面三维形貌参数坡度均方根S_q的渗流量和法向应力关系式;单位水头流量与力学隙宽呈指数关系,指数平均值为3.01,基本符合立方关系。因此,通过增加修正参数得到了修正的立方定律,其中修正参数与裂隙面的三维形貌参数S_q呈指数关系。在法向卸载阶段,渗流量随法向应力的降低基本不变,相较于加载阶段,卸载阶段法向应力对渗流量的影响明显降低;相较于未充填裂隙,充填裂隙闭合量、裂隙面形态、法向应力在加载和卸载阶段对渗流量的影响均较小,充填砂土的粒径或厚度越大,相同法向应力下裂隙渗流量越大。     

干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖特性研究

通过建立柱状节理岩体径向应力比与力学劣化系数的数学关系,获取柱状节理岩体卸荷损伤效应的定量表达式。结合FLAC~(3D)提出一种考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖分析方法,实现岩体单元的力学参数在开挖过程中随实际应力状态得到动态调整。在此基础上开展柱状节理岩体试验洞的开挖特性分析。结果表明,考虑卸荷损伤的计算数据与实测数据基本吻合,试验洞围岩的位移、体积应变增量和塑性区均随开挖断面的逐步增加而增大,且呈边墙最大,底板次之,拱顶最小的分布规律。最后采用体积应变增量大于0.10%和塑性区作为岩体松弛的综合判别指标,其分析结果与钻孔声波测试数据相一致。     

泥灰岩的细观溶蚀过程分析

为了研究泥灰岩的细观溶蚀过程，采用室内试验分析和镜像观察的方法，分析了泥灰岩在溶蚀过程中的物质成分变化和细观结构的改变。结果表明：泥灰岩的细观溶蚀过程可以从两个方面进行分析：① 岩石中可溶成分发生化学分解作用，而大量的泥质物在岩石表面逐渐脱落，被水流带走，这是泥灰岩在溶蚀过程中表现为岩石成分损伤的过程；② 岩石中原始存在的微小裂隙在溶蚀过程中不断增长变宽，这是泥灰岩在溶蚀过程中表现为岩石结构损伤的过程。     

南湾水库泄洪试验洞波速测试研究

在南湾水库泄洪洞内布置松动圈测试断面,并在测试断面上设置风钻孔,进行纵波波速测试和松动圈厚度测试;采用地震折射相遇剖面法,对试验洞洞壁开展纵、横波速度测试,计算岩体动弹性模量、动剪切模量等力学参数.结果表明:声波在岩体中的传播速度越快,其对应的松动圈厚度越小;围岩岩体越致密、裂隙越少,声波在岩体中的传播速度就越快;岩体破碎时,其波速明显降低,岩体力学参数也相应降低,岩体力学性状明显弱化;弹性波波速与动弹性模量之间呈指数关系.     

锦屏电站岩体宏观力学参数的BP算法

合适的岩体宏观力学参数是解决实际工程中岩体力学问题的前提.该文以锦屏水利枢纽地下厂房岩体宏观力学参数变形模量为例,说明运用BP神经网络来计算岩体宏观力学参数的方法,从而为节理非线性岩体数值分析时力学参数的获得提供一种新的方法和思路.     

斜坡稳定性的流变模型分析

应用流变学的研究方法,分析在较低恒定应力水平作用下,上层为弹脆性岩体、下层为软弱岩体组成的岩质斜坡中应力的变化及传递规律,提出一种流变模型,得到斜坡系统演化过程中应力随时间的变化情况:上层脆性岩体中的应力σ1随时间线性增长,直至脆性岩体发生破坏;下层软弱岩体中的应力σ2在开始一段时间内随时间呈指数形式增长,随后保持常量不变;当σ1达到上层脆性岩体的强度时,σ1迅速降低,σ2通过蠕变将应力传递给σ1,使σ1再次增长;若σ1仍未达到脆性岩体的强度,则新一轮的应力孕育过程开始,这样反复进行,直至脆性岩体完全破坏.     

滇中红层坝基溶蚀岩体及物理力学特性研究

金沙江观音岩水电站双折混合坝中混凝土重力坝部分坝基位于中生代侏罗系中统蛇店组J2s砾岩、砂岩为主的滇中红层地层上,而岩石胶结物溶蚀现象不利于坝基岩体稳定。为此,在我国红层分布特点基础上,分析了滇中红层沉积、分布特征,系统地研究了红层坝基碎屑岩因胶结物溶蚀而出现的喀斯特现象以及岩体出现小的溶洞、溶孔、溶蚀裂隙及岩体解体、砂化、结构变坏等特征,并进行了红层坝基溶蚀岩体物理力学性质试验研究。结果表明:溶蚀岩体分布特征及其岩体质量力学参数指标达到Ⅲa和Ⅲb类岩体质量要求,坝基适当处理可满足建基面要求。研究成果为坝基建基面确定、溶蚀岩体地质缺陷处理提供了依据。     

基于非线性方法的碎裂结构岩体力学参数分析

采用常规的试验方法对碎裂结构岩体的力学参数进行研究存在一定的局限性,容易受现场条件和尺寸效应的影响,而基于非线性方法的参数分析在一定程度上能够很好地对碎裂岩体的力学参数进行预测。以前坪水库溢洪道碎裂结构岩体为例,在资料收集的基础上建立了岩体力学参数数据库,通过因子分析法将数据库中影响岩体力学参数确定的多个指标进行简化降维后,再结合非线性BP神经网络分析法对工程区岩体的部分力学参数进行预测;在室内外试验数据和现场工程地质条件分析的基础上,运用H-B强度准则对工程区域内不同岩层的岩体力学参数值进行了计算;将预测结果和计算结果进行对比分析后,对工程区的岩体力学参数取值提出了建议。     

黄土颗粒流宏细观对应关系与参数标定方法研究

针对黄土颗粒流模型细观参数标定过程中试错法计算量大的现状，采用敏感性分析与回归分析相结合的方法，在分析了黄土细观因素与宏观力学响应对应关系和多因素非线性联合反演的基础上，快速确定了黄土的细观参数，并得出如下结论：黄土的抗剪强度■_c随半径乘子■的增大呈指数函数规律增大，随摩擦系数μ的增大呈线性增大，随法向黏结强度■_c的增大呈幂函数规律增大；内摩擦角φ′随摩擦系数μ的增大呈对数函数规律增大；黏聚力C随半径乘子■的增大呈线性增大，随法向黏结强度■_c的增大呈对数函数规律增大。数值试验与室内试验结果误差较小，证明了此方法在黄土细观参数标定中的可行性，为其他材料的细观力学参数标定提供了新思路，也为黄土地区滑坡、泥石流和融水降水侵蚀等地质灾害的颗粒流模拟分析提供了参数参考。     

怒江松塔水电站坝址区岩体力学性质试验研究

对怒江松塔水电站坝址区主要岩层进行了较系统的试验研究,包括岩体结构的野外调查、岩块室内试验及岩体力学参数经验估算等.对各种试验数据进行了分析整理,得到了岩块的物理力学性质参数.然后用岩体工程分类及Hock-Brown经验方法对各类岩体的力学参数进行了估算.在分析对比基础上,并考虑岩体所处地质条件,给出了各种岩体的计算参数建议值,为水电站大坝设计提供计算参数.     

水岩循环作用下变质砂岩力学参数劣化试验研究

为研究水岩循环对变质砂岩力学参数的影响,基于室内岩石水岩循环试验,对岩石主要力学参数在水岩循环过程中的弱化特性及弱化机理进行了研究。结果表明：水岩循环次数与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力以及内摩擦角的变化呈负相关关系,与泊松比的变化呈正相关关系;水岩循环初始阶段各项力学参数的变化速率较快,但随着循环次数的增加最终趋于平缓。经过对28次水岩循环后岩石各项力学参数的劣化度D值分析认为,水岩循环对各项力学参数的敏感度为：泊松比＞抗拉强度＞黏聚力＞弹性模量＞内摩擦角＞单轴抗压强度。通过对水岩循环过程中岩石微观结构变化的分析表明,易水解矿物的溶蚀耗散、溶蚀裂隙的扩展延伸、溶蚀碎屑颗粒脱落等效应,是本试验岩石力学损伤的主要原因。利用回归分析建立了力学参数随循环次数变化的回归模型,并验证了其可靠性,基于试验结果及模型分析认为,经过16次水岩循环以后的岩石力学参数趋于平稳,因此选用16次水岩循环后的岩石力学参数进行工程设计是较为可靠的。     

某水库大坝巨型溶蚀大厅加固处理方案及喷锚支护参数优化研究

某RCC重力坝坝基巨型溶蚀大厅规模大,坝基以下岩体厚度小,发育深度大,坝基开挖爆破导致洞顶以上岩体松动,存在坝基塌陷的安全隐患.在充分研究区域地形地质条件的基础上,采用三维非线性有限元法研究了不同施工方案下坝基巨型溶蚀大厅的应力场、位移场及破坏区分布,并在此基础上提出溶蚀大厅的加固处理方案及喷锚支护参数.     

黄石板岩山危岩岩体力学性质试验研究

 对区内主要岩层进行了较系统的试验研究，包括岩体结构的野外调查、岩块与结构面室内试验、岩体力学原位试验及岩体力学参数经验估算等。对各种试验数据进行了分析整理，得到了岩块、结构面及岩体的物理力学性质参数。然后用岩体分类及Hoek Brown经验方法对各类岩体的力学参数进行了估算。在分析对比基础上，并考虑岩体所处地质条件，给出了各种岩体的计算参数建议值。有限元计算结果表明，参数建议值能较好地反映危岩区岩体的力学性质。     

溶蚀作用下层状灰岩力学模型研究

【目的】层状灰岩的不同层面会表现出不同的力学特性,为了研究溶蚀作用下不同层面倾角的层状灰岩力学特性影响规律,确立溶蚀作用下横观各向同性应变软化模型对溶蚀作用下层状灰岩力学特性进行描述。【方法】首先,采用横观各向同性应变软化模型来描述无溶蚀作用下层状灰岩平行和垂直层面的力学特性,并结合对0°、30°、60°和90°四个层面倾角的层状灰岩单轴压缩试验结果的整理分析,得到无溶蚀作用下平行和垂直层面的层状灰岩核心参数,即弹性模量、黏聚力和内摩擦角等;然后,基于溶蚀作用下层状灰岩力学发生改变机制分析,确定溶蚀作用下层状灰岩的塑性力学模型;最后,结合溶蚀作用下层状灰岩单轴压缩力学试验结果,采用FLAC—强度折减法联合求解确定溶蚀作用下层状灰岩力学模型中力学参数(弹性模量、黏聚力)随溶蚀作用的变化规律。【结果】结果显示,溶蚀等效时间和卸载应变(裂纹发育程度处卸载应变)对不同层面倾角层状灰岩力学特性影响不同,溶蚀等效时间对层面倾角为0°的层状灰岩参数影响最大,卸载应变对层面倾角30°时的层状灰岩参数影响最大。表现为溶蚀等效时间对基质黏聚力c₂的影响大于层面黏聚力c₁     

基于随机-关联空间插值法的工程岩体力学参数确定

岩体力学参数在空间上存在的结构关联性和随机不确定性是影响工程岩体力学参数设计取值的客观因素之一。基于地质统计学理论,提出随机-关联空间插值法,在工程岩体力学参数概率分布未知的情况下,利用样本矩替换母体矩,描述工程岩体力学参数的随机性,利用变差函数描述样本点之间、样本点和插值点之间的工程岩体力学参数关联性,建立岩体力学参数的空间分布模型,并通过克里格法对场地中的工程岩体力学参数进行空间插值。结合工程实例,在力学参数概率分布未知的情况下建立其概率分布模型;选择不同数量的有效样本对比分析该方法本身对样本数量的依赖性问题;探讨该方法的应用范围以及针对其他情况提出的相应措施,为后续研究打下基础。与试验结果对比,工程实际中3种不同样本的岩体力学参数指标相对误差分别为4.2,4.4,5.3,估值结果可作为工程设计取值的参考依据。     

丹江口水利枢纽岩石力学试验研究

丹江口水利枢纽坝基岩石力学试验研究历时18 a,先后开展了岩块物理力学性质、岩体抗剪强度、岩体变形特性及现场岩体动力弹性参数试验研究.对历年岩石力学试验成果进行了汇总,并根据试验和地质条件进行了分析整理.根据岩体的强度和完整性将坝基岩体分为3类,分别提出了岩石力学试验参数建议值.     

基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数确定方法

阐述了岩体力学参数研究的重要性,系统地介绍了Hoek-Brown强度准则确定岩体力学参数的原理及其方法。以湖北宜巴高速公路上的彭家湾软硬岩互层边坡岩体力学参数研究为例,并以试验得出的岩块物理力学参数、岩体完整性系数和波速为基础,采用Hoek-Brown强度准则对场区岩块物理力学参数进行工程折减弱化处理,其结果对比分析及其推荐值的工程应用结果表明:线性回归分析法和非线性拟合法求取岩体抗剪强度参数是合理的;数值模拟计算所得的结果与场区边坡岩体实际变形破坏特征基本一致。其成果能为其他类似工程求取岩体力学参数提供指导。     

岩体开挖卸荷过程力学特性研究

基于岩体开挖卸荷过程中力学参数变化理论,建立卸荷岩体有限元分析模型,运用ADINA有限元分析软件对岩体进行三维卸荷数值仿真研究.结果表明,岩体在开挖卸荷过程中,岩体的弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数随开挖卸荷量的增大而减小,但不是从初始值一直减小到零,而是随岩体的裂隙、结构面张开扩展到一定程度后,保持一定的量级不再减小.     

岩体工程力学参数取值方法研究Ⅰ:原位试验与定量类比

针对合理确定岩体工程力学参数的难题，在原位试验技术、定量类比方法和数值仿真试验等方面开展了系统研究，形成了包含“一设备、一库、一平台”综合确定岩体工程力学参数的方法体系。本文研发了适用于常规地质钻探的岩体质量随钻测试和岩体力学参数原位试验设备，建立了依据随钻实测参数评价岩体质量的方法以及岩体强度、耐磨性指标与随钻参数的定量关系，提出了通过孔内弹模剪切试验快速获取不同岩层岩体抗剪强度和弹性模量的技术和方法；同时，构建了包含81个工程681组不同类型岩体抗剪强度试验资料数据库，深入研究了不同类型岩体抗剪强度参数的统计特性，提出了基于Bayes方法和可靠度理论，利用大样本数据库资料和少量具体工程试验成果来确定岩体参数的定量类比方法。