阿尔塔什水利枢纽右岸高边坡岩体强度参数确定的经验方法研究

在大型水利水电工程中,岩体强度参数是工程设计中的重要参数,强度参数的合理取值对工程设计、施工以及安全复核具有重要影响。新疆叶尔羌河阿尔塔什水利枢纽工程中,右岸高边坡的稳定对于整个枢纽工程具有决定性的作用。在右岸边坡岩体质量调查基础上,利用GSI方法对边坡岩体进行质量评分,结合提出的岩体质量分类标准,进行了右岸边坡岩体强度参数的估算。在参数估算结果基础上,参考我国水利水电工程中现行的工程地质勘查相关规范中给出的各类岩体建议值以及以往工程中相关资料,提出了阿尔塔什水利枢纽工程中右岸高边坡岩体强度参数的建议值。     

小湾工程岩体力学参数研究

对霍克岩体强度准则进行研究，然后应用于小湾拱坝坝肩岩体的力学参数预测中，可供工程参考使用。     

含断续节理岩体强度的各向异性

通过试验阐明了含断续节理岩体的破坏机理，并按断裂力学推导出含断续节理岩体的强度公式，它表明含断续节理岩体的强度有明显的各向异性性质。且按断裂分析推导出霍克强度参数ｍ，ｓ。将以上理论对上湾工程的岩体强度进行了分析，可供工程参考使用。     

东深供水改造工程观音山隧洞出口岩体抗剪强度研究

基于巴顿岩体质量评价，用霍克经验方法推求岩体抗剪强度参数，为工程设计提供参考，同时探讨了节理岩体强度研究方法及其在工程实践中的应用，结果表明霍克经验方法是确定岩体抗剪强度的有效方法，在工程勘测设计中具有重要的参考应用价值。     

岩体三轴强度,破坏准则及参数研究

根据岩体三轴试验结果，确定了Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则中的ｍ、ｓ值。再根据ｍ、ｓ值，分别确定了岩体的强度参数和变形参数，得到了满意的结果。     

Hoek-Brown强度准则在深部岩体力学参数估算中的应用研究

以H-B强度准则为基础的岩体力学参数估算方法综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征。以锦屏二级深埋大理岩为例,引入深部岩体完整性系数K_V改进深部岩体GSI值确定方法,在此基础上详细分析了这一估算方法对深部工程岩体的适用性。结果表明:H-B强度准则中4个参数互相独立,且与围压应力状态无关,应用于深部岩体力学参数的估算是可行的;深部岩体完整性系数K_V可反映岩体内部各种结构面的发育程度和岩体开挖受扰动程度,岩体完整性系数K_V的引入,使深部岩体GSI值的确定更加客观;采用室内常规三轴试验结果参数σ_ci和m_i的值是比较合适的。采用上述方法估算获得锦屏深埋大理岩的强度包络线表现出明显的非线性,在中高围压阶段 (15 MPa<σ₃<40 MPa),其内摩擦角降低了32%,但黏聚力则是低围压阶段的近3倍。     

岩体抗剪强度特性研究

岩体是一种不连续介质，岩体及岩体同强度特性具有一定的特殊性，岩体抗剪参数取值是否合理，关系到工程的安全和经济，本项研究主改进结构面及岩桥抗剪强度确定的新技术以及抗剪参数的取值的新方法，具有定的创新意义。     

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。     

Hoek-Brown准则在软岩～中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用——以陕西省延安市龙安水利枢纽工程为例

通过基于Hoek-Brown准则的地质强度指标GSI,结合岩体质量分类,对陕西省延安市龙安水利枢纽坝基岩体力学参数进行了分析研究。结果表明,经过修正后的GSI指标与岩体质量分类确定的岩体质量等级经验值基本吻合,GSI可应用于砂泥岩互层地区岩体力学参数的确定。该方法可在原位试验资料不足的情况下,为砂泥岩层地区力学参数的选取提供一定的参考价值。     

横观各向同性岩体地基中赋存裂纹断裂力学分析

采用无双材料对偶边界元方法分析了半无限横观各向同性岩体地基中赋存的正方形裂纹,裂 纹面上作用着法向均布力,横观各向同性岩体地基的各向同性面平行于半无限域自由面。数值计算得 到了该类裂纹的应力强度因子值。根据数值结果讨论了横观各向同性岩体地基弹性参数、裂纹面对各 向同性面的倾角赋存裂纹应力强度因子的影响。结果表明,岩体地基弹性系数、裂纹面对各向同性面的 倾角对裂尖应力强度因子有明显影响。在弹性系数中,弹性模量对应力强度因子的影响最为敏感。     

考虑黏聚力损失的岩石残余强度模型与数值验证

岩石的峰后力学性质对于维持岩土工程结构的稳定性至关重要,为研究岩石峰后残余强度的确定方法,利用岩石进入残余强度阶段后摩擦力强度增强、黏聚力强度减小的特点,通过假定岩石进入残余变形阶段后黏聚力强度为0,基于HOEK-BROWN破坏准则,建立了一种考虑岩石进入残余强度阶段时黏聚力损失的岩石残余强度模型。用该模型拟合完整粗晶大理岩的室内三轴试验结果,并与已有M-C模型和Joseph模型等方法对比分析,讨论了模型的优势。将该模型嵌入到FLAC3D软件中进行数值模拟验证,结果表明:该岩石残余强度模型能正确反映不同围压条件下岩石力学响应的基本规律,得到的残余强度值与试验结果吻合良好,其随围压变化的拟合曲线符合试验数据拟合结果的特点,即经过原点及高围压条件下未出现应变硬化现象。研究成果对分析岩石残余强度的确定方法具有较强的参考价值或指导意义。     

坝基岩体质量分级影响因素及分级标准

对于150 m以上级别的高坝、超高坝,坝基岩体质量分级以及大坝建基面选择对坝基工程处理、大坝体型设计以及坝型坝线比较等,均有决定性的控制作用。就水利水电工程项目而言,目前国内外采用的坝基岩体质量分级方法,主要有RMR分级系统、GSI分级、《工程岩体分级标准》(GB50218—2014)和《水利水电工程地质勘察规范(GB 50487—2008)》的相关标准。大量工程实践表明,影响坝基岩体质量的因素主要是岩石强度、岩体结构和赋存条件。结合新疆某工程坝基岩体质量分级研究,得出影响和制约该工程坝基岩体质量的主要因素为:岩石饱和抗压强度、岩体结构类型以及结构面性状特征(结构面组数、间距及结合程度)、风化与卸荷程度、声波波速、地震波波速、完整性系数、钻孔RQD和地下水状态等;据此,采用定性与定量相结合的方法,制定了坝基岩体质量分级标准。     

基于二维正态分布的岩体抗剪强度参数取值范围确定

针对以往研究中岩体强度参数确定具有较强人为随意性的缺点,对同一类型岩体直剪试验中的正应力、剪应力进行统计分析,并对其开展联合分布的拟合研究,得到了正应力、剪应力联合分布的概率分布模型。在给定的正应力条件下,通过不同概率保证率,可以利用概率分布模型得到剪应力的上下限值,然后在一组不同正应力、剪应力数值中回归得到岩体抗剪强度参数取值范围。以二滩水电站中蚀变玄武岩与混凝土胶结面的直剪试验数据为例,计算得到了在80%保证率下的混凝土与基岩胶结面抗剪强度参数的取值范围分别为f∈(0.68,0.91)与c∈(0.25,1.78)。通过实际工程算例表明,所提出的基于二维正态分布的岩体抗剪强度参数取值的方法可为实际工程中确定岩体抗剪强度参数提供参考。     

无充填硬性岩体结构面抗剪强度估算方法及应用

岩体结构面抗剪强度参数是进行结构地基抗滑稳定计算的基本参数。通常,对于小型工程均是由有经验的地质工程师通过对各结构面的性质进行分析后,参照类比经验取值;而对于大型工程都是通过试验获得参数值。类比取值完全取决于地质工程师的工程经验,试验只能对部分代表性结构面进行,不可能包含所有具体结构面。而将裂隙面的粗糙度和结构面的岩壁强度综合考虑,能弥补两种方法的不足,可在现场方便快捷地估算出岩体结构面的抗剪强度。通过工程实例介绍了该方法在现场的具体运用,可供工程技术人员借鉴。     

北本水电站坝基岩体剪切强度参数取值分析

以北本水电站的岩体抗剪强度试验数据为基础,采用Hork-Brown理论对数据进行整理及分析得出,坝基岩体与混凝土的抗剪强度主要受岩体强度控制,结构面抗剪强度主要受结构面充填物质及矿物成分控制;岩体抗剪强度的残余内摩擦角是峰值内摩擦角的0.78~0.95、残余粘聚力是峰值粘聚力的0.35~0.8,采用小值平均值拟合的数据及0.2分位值统计的结果与采用Hork-Brown理论推算的抗剪强度基本一致,说明采用岩体残余强度值为设计值是合理和安全的,但尚有一定的安全储备。     

超高压水射流冲击岩石的流固耦合分析

根据流固耦合理论，建立了超高压水射流冲击破岩系统的数值分析理论模型。水射流采用标准k-ε双方程模型和控制体积法，岩石采用各向同性弹性介质和有限元法，给出了水射流与岩石耦合的数值算法。并按建立的理论模型计算了岩石在水射流速度为316.2m/s、447.2m/s、547.7m/s、632.5m/s冲击下流场规律和岩石内部的应力分布，为超高压水射流破岩机理的研究提供一种新的数值方法。     

基于三维激光扫描技术的岩体抗剪强度参数获取

为了解决在高陡地形条件下难以获取岩体抗剪强度参数的问题,应用三维激光扫描技术得到斜坡岩体结构面几何参数(倾向、倾角、间距、迹长),并结合结构面网络模拟技术生成结构面网络图,使用投影法计算不同剪切方向的连通率,最后计算岩体抗剪强度参数。研究表明:斜坡临界连通率往往在接近优势结构面倾角的剪切方向附近出现;该方法的计算结果与规范法和RMR法的结果均较为吻合,并具有较强的可操作性和实用性。     

湖北省水利水电工程坝基岩体分类与软岩坝基抗剪强度经验值研究

通过整理分析历年湖北水利水电工程岩体力学试验成果及地质资料,编写了工程实例,按规范要求复核岩体力学指标建议值和工程岩体分类,汇总分析了各类坝基岩体分类对应的抗剪强度范围值。研究了坝基岩体分类的影响因素和软岩的特殊性,参考规范对经验值进行适当调整,初步提出了湖北的水利水电工程坝基岩体分类与软岩抗剪强度经验值,可供中小型工程类比取值时借鉴。     

膨胀岩抗剪强度特性研究

通过直剪试验对新疆某地区典型膨胀岩重塑土在不同含水率干密度,以及干湿循环状态下的强度指标进行研究,研究发现膨胀岩的强度指标随着含水率的增加,出现先增加后减小的趋势,粘聚力和内摩擦角都存在最佳含水率使强度指标达到最大值,当含水率相同,膨胀岩的强度指标随着干密度的增加,粘聚力增加,内摩擦角的变化不大。在干湿循环的作用下强度指标随着干湿循环次数的增加而减小,但是在一定次数以后,强度指标下降已不明显,最后逐渐趋于稳定。