软岩巷道围岩流变特性试验研究

流变特性是软岩固有的属性，在长期荷载作用下的软岩巷道支护设计必须考虑岩石的流变特性。针对“三软”煤层巷道围岩大变形、难支护的具体情况，以显德汪矿的主运输大巷为研究对象，进行了三轴压缩流变试验，获得了泥岩的流变参数，从而为下一步的软岩巷道支护设计、施工提供了科学的依据。     

红层软岩变形特性试验研究

 以沪蓉西高速公路工程中发生变形破坏较多的巴东组红层软岩为研究对象,通过室内三轴压缩试验、现场承压板压缩试验及流变试验对岩体的变形特性进行系统分析。室内三轴试验分别对自然和饱水状态下的岩体进行分析研究,建立考虑结构面闭合变形的红层软岩弹性本构模型,并分析水对岩体变形特征的影响;现场承压板试验分别对泥质含量不同的2处岩体进行压缩试验,分析其变形特性的异同,同时对其中一点在外荷载作用下内部岩体的应力分布以及位移影响范围和深度进行探讨,并对循环荷载作用下岩体的变形特性进行分析;流变试验在3级不同荷载下进行,通过试验结果建立考虑结构面闭合变形的流变本构模型。通过以上一系列分析研究,从整体上把握巴东组红层软岩的变形特性,为深入研究该岩体其他特性打下基础,同时对该类岩体组成边坡,尤其是对反倾边坡的设计具有重要的指导意义,也为预应力锚索在该类岩体边坡中的加固效果研究提供参考。     

软岩巷道围岩流变特性试验研究

流变特性是软岩固有的属性,在长期荷载作用下的软岩巷道支护设计必须考虑岩石的流变特性.针对“三软”煤层巷道围岩大变形、难支护的具体情况,以显德汪矿的主运输大巷为研究对象,进行了三轴压缩流变试验,获得了泥岩的流变参数,从而为下一步的软岩巷道支护设计、施工提供了科学的依据.     

深埋引水隧洞工程软岩力学特性研究

依托某深埋软岩引水隧洞,对深埋引水隧洞施工中存在的问题进行了分析,并采用扫描电镜、能谱分析实验、三轴压缩实验等先进实验方法探讨了千枚软岩的物理化学特点,通过三轴压缩实验获得了深埋软弱岩体的力学特性,为后面隧洞开挖及支护措施的优化研究提供了极其重要的参考数据。试验研究结果一方面在力学试验中得到印证,另一方面说明了采用扫描电镜-能谱分析实验等手段对工程软岩的研究是可行的。     

软硬互层边坡岩体的蠕变特性研究及稳定性分析

岩体的蠕变性是影响边坡变形与长期稳定性的重要因素之一。以清江水布垭坝址区马崖高边坡为例，针对边坡内具代表性的软岩和硬岩，通过开展室内岩石压缩蠕变试验，研究了不同类型软、硬岩石的蠕变破坏特征，据此建立了岩石的流变本构模型并进行参数辨识。在此基础上，应用三维粘弹塑性方法对马崖高边坡的时效变形及稳定性进行数值分析，探讨了边坡在开挖卸荷及泄洪冲切（运行期）等工程荷载作用下岩体的蠕变变形及塑性区发展。研究结果表明，软硬互层边坡岩体的蠕变效应十分显著，对于大规模开挖的岩质高边坡而言，岩体的蠕变特征不仅影响到边坡的位移量值，而且改变了边坡的位移形态。在工程长期运行过程中，岩体蠕变引起的应力场变化使得坡体内塑性区分布由坡面向坡内延伸，按流变10a计，其延伸深度可达数十米。     

沉积软岩的三轴蠕变实验研究及分析评价

在常年恒温、恒湿的实验室中，在不同围压以及不同应力比条件下，对3种沉积软岩系统地进行了长期三轴蠕变压缩实验研究。对所获得的大量实验结果进行研讨后，运用粘弹性流变模型求得非破坏时各种软岩的蠕变系数，同时，用柔量可变模型模拟破坏时的蠕变行为。系统地把握了多种软岩在不同条件下的强度、变形特性，探讨了各种软岩的变形、变形速率、时间依存性等影响因素，为预测软弱岩体的长期力学稳定性提供了重要依据。     

堆积软岩的黏弹塑性本构模型及其数值计算应用

 堆积软岩的主要力学特性有应变软化、流变、受中间主应力影响等,为了尽可能完整地描述这些力学特性,提出一个全新的黏弹塑性本构模型。该模型基于下负荷面和tij概念,以超固结状态与正常固结状态之间的孔隙比差r为状态变量,并在该状态参量的演化律中引入非齐次函数,使模型能综合描述软岩的应变软化、流变和受中间主应力影响的力学特性。新模型仅比剑桥模型多了4个参数,而且4个参数都具有明确物理意义,可通过常规三轴试验确定。以降雨引起的软岩边坡的渐进性破坏为工程背景,用水土耦合有限元来探讨2种不同地下水位变化对边坡破坏的影响,从坡体的剪应变分布、位移矢量、破坏的传播等方面分析边坡的破坏机制。     

饱和状态下硬岩三轴流变变形与破裂机制研究

利用岩石全自动流变伺服仪对饱和状态下坚硬大理岩和绿片岩进行了三轴压缩流变试验,基于得到的硬岩三轴流变试验结果,研究了硬岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,从而为岩石工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的试验依据。然后研究了硬岩轴向变形与侧向变形之间的关系,探讨了围压与粒径对岩石轴向以及侧向变形特性的影响规律,分析了岩石三轴流变过程中的塑性变形特性,讨论了流变应力水平对岩石侧向-轴向变形特性的影响规律。最后对不同围压作用下岩石流变破裂断口微细观特征进行了分析。     

深部软岩大型三轴压缩流变试验及本构模型研究

 岩体三向应力状态下的三轴流变试验是真实反映工程岩体流变特性的重要手段。详细介绍泥岩现场大型真三轴蠕变试验过程、方法和试验成果,深入分析蠕变变形随时间的变化规律,提出泥岩非线性经验幂函数型蠕变模型及其参数,该模型真实地反映了深部软岩不同应力水平下的流变特征。研究结果表明,泥岩的蠕变速率不仅与时间密切相关,还与应力水平相关。研究成果可用于软岩工程巷道的长期变形预估和支护设计,对软岩巷道的支护优化设计具有重要的参考价值。     

软岩的残留强度特性试验研究

通过对硅藻质泥岩试样进行等压固结试验，固结不排水三轴压缩试验以及蠕变试验，测定了分析了正常固结领域和超固结领域软岩的残留强度特性和蠕变特性，研究了不同的固结压力对软岩残留强度的影响规律，以及软岩中断裂面的有无与残留强度的关系，得出了有关规律性。     

关于沉积软岩固有各向异性特性的研究

利用开挖到地下50m深的试验隧洞所采集到的无风化、无扰动的式样，对东京地区常见的约2Ma前的沉积软岩(泥岩）变形特性以及强度特性进行了3方位的固有各向异性特性的研究。从室内三轴试验结果来看，现场水平方向的弹性模量和抗压强度要比垂直方向的弹性模量和抗压强度略大，但是，这种差别小于30%。因此可见，在这个地区的沉积软岩，并没有产生较大的变形以及强度各向异性特性。     

适用于小型岩石试件的三轴压缩试验技术与设备的开发及其应用

为了用有限的岩石试样在室内进行大量的岩石力学试验测试，对直径10mm、长度20mm的小型岩石试件进行开发、制作。同时对S．Okubo等（2002）开发的透明围压容器进行改进，其围压可达10MPa左右。用此改进的试验设备对小型岩石试件进行三轴压缩试验。通过对田下凝灰岩的试验，由小型试件得到的力学参数——黏聚力和内摩擦角，与用常规试件获得的试验结果相一致。而且在载荷速率交替变换的试验中，用一个小型试件就可获得应力一应变曲线的载荷速率相关性。通过对三峡库区周边滑坡地带采集的岩石试样的测试，成功获得不同岩石的强度特性曲线及表示载荷速率相关性的参数。     

软岩嵌岩桩的模型试验研究

主要介绍了一种在三轴仪上进行的软岩嵌岩桩模型试验。试验材料采用软岩、环氧砂浆及紫铜管等，通过应变测量可以再现嵌岩桩的受荷全过程。     

大理岩三轴压缩破坏的能量特征分析

岩石材料的变形和破坏与能量的变化密切相关。利用刚性伺服系统对大理岩岩样进行了系列三轴压缩试验,基于试验结果,对大理岩在加载过程中各阶段能量变化的具体数值进行了计算和整理,研究了能量变化在加载破坏各阶段分别与围压、应力、应变的内在联系。结果表明,初始围压的增大能够相当程度上提高岩样的破坏应变能。在既定围压下,岩样在弹性变形阶段的能量变化与偏应力和应变均成正线性关系。随着初始围压的增大,岩样所吸收的能量随偏应力变化的增长速率降低,随应变变化的增长速率加快。在三轴压缩过程中,岩样在弹性变形阶段所吸收的能量占总能量的比重较小,绝大部分能量耗散于岩样的屈服变形阶段;并且随着初始围压的增大,屈服变形阶段所吸收的能量占总能量的比重提高。     

循环加卸载对岩样失稳破裂的影响

本文在不同围压下进行了大理岩岩样的连续加载和循环加卸载实验,测定了不同情况下的应力—应变全过程曲线。通过对岩样一试验机共同作用系统的稳定性分析,从理论和实验上探讨了循环加卸载对岩样失稳破裂的影响。     

幂函数型岩石强度准则研究

论述了幂函数型的岩石强度准则。用我院的５５种岩石岩样的单向压缩试验、三向压缩试验及巴西法试验所求得的结果，获得一种幂函数型强度准则。试验结果与强度准则的对比令人满意。     

Temperature-controlled triaxial compression/creep test device for thermodynamic properties of soft sedimentary rock and corresponding theoretical prediction

In deep geological disposal of high-level nuclear waste,one of the most important subjects is to estimate long-term stability and strength of host rock under high temperature conditions caused by radioactive decay of the waste.In this paper,some experimental researches on the thermo-mechanical characteristics of soft sedimentary rock have been presented.For this reason,a new temperature-controlled triaxial compression and creep test device,operated automatically by a computer-controlled system,whose control software has been developed by the authors,was developed to conduct the thermo-mechanical tests in different thermal loading paths,including an isothermal path.The new device is proved to be able to conduct typical thermo-mechanical element tests for soft rock.The test device and the related testing method were introduced in detail.Finally,some test results have been simulated with a thermo-elasto-viscoplastic model that was also developed by the authors.     

高温三轴盐岩溶解特性试验机研制及应用

 高温三轴条件下盐岩溶解特性的研究是盐岩油气地下储库安全快速建造和形状控制的基础。提出实现高温三轴盐岩溶解特性的试验方法,推导盐岩溶解速率的计算公式并进行误差分析。基于该方法,成功研制出高温三轴盐岩溶解特性试验机,该试验机最高试验温度95 ℃,三轴室最大轴力400 kN,围压30 MPa,能对直径50和100 mm的标准盐岩试样或长宽均为50 mm、高为100 mm的长方体盐岩试样进行高温三轴溶解特性试验。试验机可解决高温及三轴条件下溶解水流通过盐岩试样的关键技术问题和高温环境下的系列密封、加压稳压及仪器腐蚀等问题。最后,应用研制的试验机对一盐岩油气地下储库的盐样进行高温三轴溶解特性试验。试验结果表明：该试验机可以满足试验要求,试验过程稳定、数据精度较高、系统可靠性好。该试验机可用于盐岩水溶开采及利用地下盐穴储存石油、天然气和放射性核废料等地下工程的盐岩溶解特性研究,为盐穴的安全快速建造和形状控制提供必要的基础参数。     

Rock salt dilatancy boundary from combined acoustic emission and triaxial compression tests

This paper presents an experimental investigation of rock salt dilatancy boundary based on combined acoustic emission and triaxial compression tests carried out on the rock salt samples from the Asse Salt Mine, Germany. The experimental results were evaluated to determine the dilatancy boundary under specified stress, stress loading rate and pore pressure. Pore volume changes caused by deviatoric stresses were measured during triaxial compression tests. The dilatancy boundary was then determined from the maximum compression on a stress–strain curve which separates the compression and dilatancy regions. Variations in acoustic emissions that occur during microcrack development under triaxial compression were recorded with ten sensors mounted on the outer surface of the cylindrical samples. A spontaneous increase observed in the cumulative number of acoustic events is consistent with the dilatancy boundary determined from the minimum pore volume. It is confirmed that the dilatancy boundary depends on both stress loading rate and pore pressure. The dilatancy boundary slightly decreases with increasing the loading rate, but increases with increasing the minor normal stress. High pore pressures accelerate the dilatancy. A Biot coefficient of 0.25 for Asse rock salt was determined from the dilatancy boundary. An analysis of two-dimensional (2D) fractal dimensions determined for several samples shows that the samples with smaller dimensions have slightly higher dilatancy boundaries. The dilatancy boundary values of Asse rock salt are lower than those reported for crystalline rocks, although both rock types show similar dilatancy behaviour.