考虑渗透力作用的危岩主控结构面断裂力学求解

危岩失稳的本质是主控结构面在荷载作用下产生的断裂扩展。从宏观力学角度来看,复合型危岩主控结构面受力机理可概括为压剪、拉剪两种形式。通过介绍主控结构面内渗透力的计算模型,应用线弹性断裂力学的最大周向应力准则,建立了在渗透力作用下两种受力形式的危岩主控结构面应力强度因子和断裂角的计算方法。以重庆万州首立山危岩为例计算结果表明,渗透力的存在使得应力强度因子明显增大,并分别就动、静水压力的影响作了分析。     

基于断裂力学与最优化理论的危岩稳定可靠性时效计算方法

考虑时间效应,基于断裂力学理论,建立了考虑时效的危岩稳定性计算方法。考虑危岩主控结构面贯通长度和断裂韧度两个变量的概率分布,引入非线性最优化计算方法建立了危岩稳定可靠性的优化计算方法。以万州太白岩59#危岩为例,分析了危岩可靠指标和危岩失稳概率随不同结构面贯通长度标准差、断裂韧度标准差和结构面倾角的变化规律。     

危岩锚固机理的断裂力学分析

危岩主控结构面受荷断裂扩展是危岩失稳的根本原因。用锚杆加固危岩体在危岩治理中有着广泛应用,效果十分明显。从线弹性断裂力学角度考虑锚固力对危岩主控结构面的阻裂增韧作用,分析在拉剪综合应力作用下锚固力对减小主控裂隙面尖端相当应力强度因子的贡献,并讨论了锚杆水平角变化对相当应力强度因子的影响。以重庆万州太白岩危岩为例计算结果表明,锚固力的存在使得相当应力强度因子明显减小,并随着锚杆倾角的增大,其成抛物线变化,并在20°~30°时具有最优锚固效果。     

冻融循环作用下危岩体稳定性劣化机制及敏感参数分析

寒区危岩体常因温度起伏而受到冻融循环作用,使其力学性能劣化;而危岩体失稳破坏的实质是主控结构面的起裂和扩展问题,建立考虑断裂韧度劣化的危岩体稳定性分析方法能为寒区危岩体工程的长期稳定性评价提供理论依据.首先,根据断裂力学及冰冻结分离压力理论,考虑冻融循环作用对岩石Ⅰ型断裂韧度的劣化和结构面冻胀力,构建冻融循环作用下危岩...     

川藏铁路雅安至昌都段高陡危岩发育特征与快速评价

川藏铁路处于四川盆地向青藏高原过度的地形跨越带,沿线活动构造、河谷卸荷及冻融风化等区域特色地质因素对危岩发育和稳定性具有较强的控制作用。开展沿线危岩落石调查及稳定性快速评价方法研究对早期阶段的铁路选线具有重要意义。基于遥感和无人机影像解译,结合地质调查验证,本文总结了川藏铁路雅安至昌都段隧道进出口危岩发育特征,考虑区域地质环境特点提出了高海拔危岩的致灾模式及快速评价方法。调查结果表明：①该段隧道进出口共发育危岩141处,以小中型（<1000m3）为主,大渡河、雅砻江及金沙江等深切卸荷峡谷区发育最为密集;②海拔3000m以上受冻融风化的三叠系砂板岩段危岩较多且稳定性较差;③高地震烈度区域和活动断裂附近,危岩发育相对集中。沿线危岩致灾模式表现为以卸荷为变形基础,持续冻融损伤和间歇性地震活动等因素相互耦合的特点。本文考虑了三个川藏铁路特色地质因素（冻融、卸荷和地震烈度）,提取了五个危岩稳定性基本因素（地形坡度、岩体风化程度、凹腔、主控结构面及岩石类型）等八个指标。引入可拓学理论将稳定性分为四级,判别各指标的权重和关联度进行综合评价,建立了高寒山区危岩稳定性快速评价方法。运用该方法分别对七处危岩实例进行评价,其稳定性评价结果和主控因素与现场情况较符合,能满足川藏铁路高寒山区危岩稳定性的快速判别。     

差异风化型危岩形成和破坏机理

陡倾硬岩和软岩基座组成的差异风化型危岩是地质灾害的常见形态。在建立危岩的力学分析模型的基础上,研究了边坡中张性地应力和岩腔发育深度对差异风化型危岩形成与破坏的影响。以重庆洪崖洞危岩边坡为工程背景,采用空心包体应力计对边坡地应力进行了现场测试和分析,判定了危岩松动发育区范围。用算例分析了差异风化型危岩体的形成和破坏过程,结果表明张性地应力和岩腔深度对主控裂隙的形成具有最强的相关性,并分析了各种参数的影响,提出了预测差异风化型危岩控制性破坏模式的方法。分析方法和结果适用于类似条件下的危岩边坡,可供相关研究和工程参考。     

危岩链式规律的力学演绎

危岩链式规律主要是对群体危岩崩落的先后顺序的描述。危岩链式规律的研究核心是确定各个受力不同的危岩体的崩落时间。危岩的崩落时间主要由三部分组成:岩腔的形成时间,危岩主控结构面的裂纹孕育和裂纹的扩展破坏所需要的时间。其中岩腔的形成时间主要由软、硬质岩的风化速度差所决定,裂纹的孕育和裂纹的扩展时间主要由各块危岩体所受的荷载决定。裂纹的孕育和扩展时间通过岩石的蠕变损伤断裂理论进行求解。然后通过对各块危岩体的崩落机理和时间的综合分析验证了群体的崩落基本上是和危岩链式规律相符合的。获得了的群体危岩崩落机理和时间计算方法不仅给群体危岩的防治和治理提供了理论依据而且也对陡崖附近的地貌形成和演化提供理论依据。     

断续结构面控制的危岩稳定可靠度分析方法

滑动破坏模式下的危岩体稳定可靠度多受断续结构面控制,结构面连通率、分段强度与危岩所受作用力参数的变异性使得危岩可靠度存在不确定性,为此,提出断续结构面控制的危岩稳定可靠度分析方法.基于蒙特卡罗法建立考虑结构面与危岩所受作用力参数不确定性的危岩体可靠度计算方法,结合正交试验分析各因素对应失稳概率的敏感性并确立主导因素,最终通过响应面设计,分析主导因素参数变异性对可靠度的影响规律.南门湾危岩带研究表明,连通率与未贯通段黏聚力为影响危岩体可靠度的主导因素,二者参数的变异性对危岩体可靠度的影响规律受其均值大小控制,当参数均值的取值使得危岩体趋于失稳状态时,其失稳概率随变异系数减小而升高,低变异性参数可能导致可靠度评估过于保守;当参数均值的取值使得危岩体偏向稳定状态时,变异系数同失稳概率呈正相关,低变异性参数可能造成危岩体可靠度的非保守估计.所得结论可为该类危岩体可靠性评价工作提供参考.     

SNS柔性防护系统在危岩落石防护中的应用

随着SN S柔性防护系统的出现、发展,这种新技术已在一些危岩落石病害工点中得到成功应用,介绍SN S柔性防护系统在京广铁路D IIK 1673工点危岩落石防护中的应用情况,以期对类似工程有借鉴意义.     

江油市武都镇团山老鹰石危岩稳定性分析评价

对江油市武都镇团山老鹰石危岩进行了勘查,分析其形成机制及稳定性影响因素,建立倾倒式及坠落式危岩体稳定性评价模型,对勘查区内的危岩在不同荷载组合下的稳定性进行计算与评价.提出了清理危岩块体,下部设置挡墙工程和修筑缓冲平台的综合防治方案,为江油市武都镇团山地区的危岩治理提供依据.     

跨地裂缝带云轨桥梁结构变形与力学特征

地裂缝作为西安市典型城市地质灾害,给城市交通建设带来了巨大潜在危害,引起工程界的高度关注。以西安市高新区云轨示范线工程跨地裂缝带为研究背景,基于有限元数值模拟,分析了云轨简支梁桥正交跨越地裂缝带轨道梁、桥墩及桩基础等结构的变形与受力特征。结果表明:地裂缝错动作用导致云轨轨道梁产生竖向沉降差异,跨地裂缝段竖向位移差异和水平位移最大,其水平位移最大约为地裂缝位错量的1/4; 桥墩出现竖向沉降,且向地裂缝带倾斜,其顶部水平位移上盘大于下盘,水平位移最大约为地裂缝位错量的1/3; 地裂缝两侧桥梁桩基础产生以水平位移为主的倾斜变形,土体对下盘桩产生正摩擦力,对上盘桩产生向下的负摩擦力,下盘桩受压,上盘桩受拉。上述研究结果可为桥梁跨地裂缝带工程设计与防灾减灾提供参考和指导。     

软煤应变强度硬化冲击灾变

煤与瓦斯突出软煤层不具冲击倾向性,但在深部开采中却发生了软煤层冲击灾变动力现象.为探索软煤冲击灾变的成因,通过文献研究和工程案例实证分析,证明了软煤层冲击灾变现象的客观存在;通过煤样无侧限单轴压缩试验和冲击倾向性测定,得知试验煤样无冲击倾向性,极限载荷后单调应变强度软化;模拟工程背景现场与掘进工作面和采煤工作面中部相同的边界约束和加载条件,开展单自由度边界承压试验,考察灾变全程应力、应变、声发射特征,研究软煤冲击灾变机理.结果表明:单自由度边界条件下加载,3个煤样均出现应变强度软化-硬化-灾变过程,甚至反复软化-硬化;经应变强度硬化,灾变前煤样抗压强度均超过冲击倾向性的阈值条件;定义了应变强度软化、应变强度硬化系数,灾变前应变强度硬化系数分别为1. 26,1. 53,2. 25,应变强度硬化程度比较显著;软煤在单自由度约束条件下承压,应变硬化达到煤样冲击破坏强度条件时,可发生类似硬煤的冲击灾变,合理解释了现场软煤层冲击灾变的成因.深部高应力条件下,煤与瓦斯突出软煤掘进和开采,要对应变强度硬化导致煤层冲击灾变引起重视;工程上,这种冲击灾变的强度一般不高,但其可诱导煤与瓦斯突出或瓦斯异常涌出,危害性很高.     

地裂缝分类及地面沉降区构造地裂缝防治对策

地裂缝类型多样,灾害严重。根据主导因素及动力类型,将地裂缝分为构造地裂缝和非构造地裂缝两大类和16个类别; 基于地裂缝的工程地质特征、水文地质特征和活动特征,认为地面沉降区构造地裂缝发生超常活动的本质原因是地裂缝错断了含水层,在过量抽取地下水时地裂缝两侧形成明显的水头差,产生不均匀压缩,从而导致地表发生较大的差异沉降; 提出了采用定向钻井打通被错断含水层以实现地裂缝两侧水位自然平衡的地面沉降区构造地裂缝防控方法——通水调压控裂法(CABHP),该方法可以有效控制地面沉降区的构造地裂缝活动,避免大量土地资源浪费和灾害损失。     

An improved form of smoothed particle hydrodynamics method for crack propagation simulation applied in rock mechanics

The simulation of crack propagation processes in rock engineering has been not only a research hot spot among scholars but also a challenge. Based on this background, a new numerical method named improved kernel of smoothed particle hydrodynamics(IKSPH) has been put forward. By improving the kernel function in the traditional smoothed particle hydrodynamics(SPH) method, the brittle fracture characteristics of the base particles are realized. The particle domain searching method(PDSM) has also been put forward to generate the arbitrary complex fissure networks. Three numerical examples are analyzed to validate the efficiency of IKSPH and PDSM, which can correctly reveal the morphology of wing crack and the laws of crack coalescence compared with previous experimental and numerical studies.Finally, a rock slope model with complex joints is numerically simulated and the progressive failure processes are exhibited, which indicates that the IKSPH method can be well applied to rock mechanics engineering. The research results showed that IKSPH method reduces the programming difficulties and avoids the traditional grid distortion, which can provide some references for the application of IKSPH to rock mechanics engineering and the understanding of rock fracture mechanisms.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

西安地铁盾构隧道穿越地裂缝带的适应性与应对措施

盾构能否通过地裂缝是西安地铁建设中的难题,结构的适应性与应对措施是关键。以西安市唯一的市域环线——地铁8号线为工程背景,基于现场调查、资料收集、InSAR监测及有限元数值模拟,讨论了西安地裂缝活动趋势与地铁沿线地裂缝的活动性分级,分析了不同管片拼装方式和断面尺寸的盾构隧道在地裂缝场地的适应性,提出了盾构隧道穿越地裂缝带的二次衬砌与暗梁、钢管片、注浆加固、手孔局部加固等应对措施,并验证了其有效性。结果表明:在地裂缝活动性弱的Ⅳ级场地可采用盾构隧道,错缝拼装优于通缝拼装,且盾构最优直径D=6.2 m; 盾构隧道的纵向设防长度为距地裂缝带0.75D～1.50D的范围,并与隧道穿越地裂缝带的角度有关。研究结果可为地铁盾构隧道穿越地裂缝带结构设计与病害防治提供科学指导。     

受酸腐蚀岩体强度分布特征研究

岩体是一种非均质的地质体,其所包含的节理、裂隙等软弱结构面具有较大的随机性,受酸腐蚀岩体的力学参数也表现出较大的离散性.通过研究酸蚀岩体强度试验数据的概率分布特征,论证了酸蚀岩体强度整体概率分布符合二参数weibull函数,并提出用weibull形状参数反映酸蚀岩体的非均匀程度的方法;探讨酸蚀岩体强度试验数据的空间分布特征,绘制了酸蚀岩体的强度平面等值线图,预测了高腐蚀岩体的位置和强度分区边界等工程信息,为岩体软弱结构面的确定提供依据.     

含非贯通裂隙的三维岩体拓扑识别的切割算法

岩体中的裂隙是影响其物理力学性质的关键因素,对裂隙岩体进行拓扑识别,是各种不连续数值分析方法的基础.由于裂隙随机分布且数量巨大,使得裂隙岩体中的块体形状复杂、块体搜索难度很大.考虑裂隙分布的随机性及块体中的非贯通裂隙,提出了三维裂隙岩体拓扑识别的切割算法.首先,生成初始块体,并根据裂隙的统计数据随机生成其几何信息.然后,逐条加入裂隙面,通过其与已有块体的线段、多边形面的相对位置关系,进行拓扑计算,实现其对已有块体的切割,从而生成新的块体信息.最后,通过算例分析,对所提的切割算法的效率进行了验证.该方法能够快速、有效地实现三维裂隙岩体的拓扑识别,且能记录块体内部的非贯通裂隙,可以作为裂隙岩体非饱和渗流分析及裂隙扩展过程模拟分析的基础.     

Experimental study on the mechanical and failure behaviors of deep rock subjected to true triaxial stress: A review

It has become an inevitable trend of human development to seek resources from the deep underground. However, rock encountered in deep underground engineering is usually in an anisotropic stress state (σ₁>σ>σ₃) due to the influences of geological structures and engineering disturbances. It is therefore essential to study the mechanical, seepage, and dynamic disaster behaviors of deep rock under true triaxial stress to ensure the safe operation of deep rock engineering and the efficient exploitation of deep resources. In recent years, experimental techniques and research on true triaxial rock mechanics have achieved fruitful results that have promoted the rapid development of deep rock mechanics; thus, it is necessary to systematically review and summarize these developments. This work first introduced several typical true triaxial testing apparatus and then reviewed the corresponding research progress on rock deformation, strength, failure mode, brittleness, and energy as well as the 3D volumetric fracturing (dynamic disaster) properties of deep rocks under true triaxial stress. Then, several commonly used true triaxial rock strength criteria and their applicability, the permeability characteristics and mathematical models of deep reservoir rocks, and the disaster-causing processes and mechanisms of disturbed volumetric fracturing (rockburst, compound dynamic disasters) in deep rock engineering were described. This work may provide an essential reference for addressing the true triaxial rock mechanics issues involved in deep rock engineering, especially regarding the stability of surrounding rock at depth, disaster prevention and control, and oil and gas exploitation.     

软弱破碎围岩隧道大变形施工力学行为及支护对策研究

围岩大变形是一种常见的、危害极大的施工地质灾害,为了减弱乃至消除此类灾害对工程的影响,首先,基于工程地质条件和地应力测试结果分析,揭示了典型地段软岩挤压大变形的成因;其次,采用有限差分程序研究了软岩段施工过程中围岩的受力和变形特征,分析了支护结构对围岩稳定性的影响,考虑支护有效抑制了围岩变形,将开挖造成围岩变形的影响范围由2倍洞径减至1倍洞径,较好地稳固了掌子面的挤压变形;最后,根据考虑支护的施工过程模拟结果分析,提出了该段软岩大变形控制措施及其变形过大造成侵限的具体处理对策,经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。