软弱泥岩夹层对层状盐岩体力学特性影响研究

我国岩盐矿床具有夹层多的特点,夹层对岩盐矿床开采和油气储库建造及稳定性均有极为不利的影响.泥岩是软弱夹层的主要组成部分,含软弱夹层的层状岩盐试件很难完整取得,在实验室进行了模拟软弱夹层对层状岩盐体力学特性影响的研究,实验发现泥岩试件随强度的提高,相应弹性模量也逐步增强,但体现横向变形能力的泊松比变化不大;含泥岩夹层岩盐试件的强度接近于泥岩,而泥岩的强度仅为纯岩盐的20一47%,说明软弱夹层对层状岩盐体的强度起决定作用.通过对层状岩盐进行应力一应变分析,得出泥岩夹层和岩盐的不同破坏方式是由于夹层附近的岩体拉压应力的相互转换造成的,同时分析了造成反复应力的原因.实验结果与层状岩体变形破坏的理论解释相一致,验证了理论的科学性,同时也获得了层状盐岩体的力学特性与软弱夹层特性的相关关系.对我国层状盐岩体油气储库建造具有指导意义和参考价值.     

软弱夹层厚度模拟实用方法及其应用

 围岩中分布的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性、支护结构安全性有着重要的影响,以软弱夹层的变形、强度等效为出发点,基于接触面单元和软弱夹层影响带概念,提出一种在固定的有限元网格中模拟不同厚度的软弱夹层的实用化模拟方法,并初步验证该方法的合理性、正确性、实用性;利用提出的模拟方法,以奥地利岩土工程有限元分析软件FINAL为平台,系统分析地下洞室分别位于II,III,IV级3种围岩,软弱夹层分别分布在顶部、拱肩、边墙3种不同部位,软弱夹层厚度分别为0.000D,0.005D,0.010D,0.020D,0.200D 5种厚度等条件下,软弱夹层对洞室围岩位移场、应力场、塑性区以及喷层结构受力的影响,着重讨论不同软弱夹层厚度条件下,围岩位移场、应力场、塑性区及喷层内力随夹层厚度的变化差异;总结当前试验条件下,软弱夹层厚度对地下洞室围岩稳定性与支护结构安全性影响的一般规律;研究成果可望为地下洞室的规划、设计、施工,尤其是遭遇软弱夹层等特殊工程条件下的设计、施工、维护等提供一定的参考与指导作用。     

软弱夹层分布部位对洞室稳定性影响研究

应用奥地利大型岩土工程有限元分析系统FINAL研究了软弱夹层分布部位(拱顶、拱肩、边墙)对地下洞室围岩稳定性以及喷锚支护结构受力性状的影响。数值试验研究采用FINAL中独有的模拟接触面的COJO单元,该单元能够准确地反映软弱夹层在地下洞室开挖过程中的力学特性;数值试验成果对地下洞室的选址、支护结构的设计以及施工设计等具有广泛的借鉴意义与指导作用。     

含软弱夹层岩质边坡开挖模拟及稳定性分析

甬台温复线K30+620边坡拓宽工程开挖坡脚将使坡体内软弱夹层出露坡面,上部岩体临空,对边坡稳定性极为不利。该文章利用岩土通用有限元软件plaxis建立计算模型,用界面单元模拟软弱夹层,分析上述工况下边坡的变形和稳定性,并确定合适的施工方案。此外对不同软弱夹层倾角对边坡稳定性的影响进行了分析。通过数值计算分析得到以下结论:plaxis界面单元可以较好的模拟岩质边坡中的软弱夹层;软弱夹层是影响边坡稳定的控制性因素,当开挖边坡会使软弱夹层出露时,应采取先加固后开挖的施工方案;当上部岩体发生位移时,滑动面基本沿软弱夹层展开;软弱夹层倾角对边坡的稳定性有重要影响,边坡软弱夹层倾角由50°减小到30°,安全系数的变化是一个先减小后略有提高的过程;抗滑桩对含软弱夹层的边坡有良好的加固效果,当坡体软弱夹层倾角较小时,应先通过数值模拟确定桩径、桩间距等来选择合适的抗滑桩设计方案。     

软弱夹层结构的极限状态分析

软弱夹层属于一种特殊的层状结构。在实际工程中其形态来源广泛且对工程的稳定性影响较大,目前关于软弱夹层结构极限状态下的破坏模式和极限荷载影响因素的研究还不够深入。通过有限差分数值方法,建立软弱夹层挤压模型,分析夹层厚宽比、层面粗糙程度、层顶堆载等因素对其极限荷载和破坏模式的影响,并且与现有实用计算方法的结果进行对比。分析结果表明:粗糙层面的软弱夹层极限荷载随厚宽比增大而逐步减小至恒定值,这一过程伴随着破坏模式由不均匀的侧向挤出向整体剪切过渡;光滑层面的软弱夹层极限荷载在一定范围内随厚宽比增大而逐步增大至恒定值,相应的破坏模式由均匀塑性挤出向整体剪切过渡;总体上软弱夹层结构的破坏模式在厚宽比为0.5~1.0间变化。夹层厚宽比越小,层面的粗糙程度对其极限荷载的影响就越大。现有的实用计算方法在较小厚宽比时,极限荷载的计算结果偏大,在实际工程应用时需注意适当的安全储备。     

软弱层对层状复合泥岩体力学特性影响研究

为研究软弱层对层状复合泥岩体力学性质的影响规律,有效提高层状复合泥岩体力学参数的可靠性,考虑到现场很难完整取得含软弱层的层状泥岩体试件,采取室内压制办法制作具有规则层状特征的泥岩试样,然后对其进行单轴和三轴压缩试验,对比分析各试样的强度、变形特性。试验结果表明:当软弱层厚度比变化时,层状复合泥岩体的强度、变形、弹性模量均随之发生规律性变化;上软下硬型层状泥岩与含软弱夹层层状泥岩试样的单轴抗压强度和弹性模量均随软弱层厚度的增加而非线性降低;轴向应力损失率分析表明,软弱层显著降低了硬层泥岩强度,降幅达70%以上;在三轴压缩试验条件下,层状泥岩的承载能力均有不同程度的提高。层状泥岩的粘聚力和内摩擦角随夹层厚度的增加而减小。试验结果对区域性软岩地基的设计和施工具有一定指导意义。     

软弱夹层对交叉洞稳定性的影响分析

在近水平层状的岩体开挖交叉洞,距洞顶倍洞径的软弱夹层从交叉洞段顶部穿过,该软弱夹层既不易挖掉后回填,又难以锚固,针对这一实际工程,为研究软弱夹层对交叉洞段洞室围岩稳定的影响,应用从奥地利引进的大型岩土工程数值仿真分析软件FINAL,对交叉洞开挖进行了跟踪施工过程的数值模拟,定量对比了软弱夹层取不同强度参数和假设无软弱夹层对围岩的影响,分析了开挖过程中软弱夹层的张开情况和对围岩稳定的影响,最后结合工程经验修改了支护方案,并对比了不同方案的支护效果.结果表明,与假设无软弱夹层对比,此软弱夹层使拱顶洞壁变形增加了60%以上.拱顶围岩拉应力区和拉应力值以及支护内力增加约30%,修改后的支护方案使软弱夹层的张开减少50%以上,满足施工期稳定性要求.     

考虑层间渗流补给的基坑降水试验及计算方法研究

地下水在层状含水层中的渗流规律与均质含水层中有较大不同。通过模型试验研究了层状含水层的渗流规律,并与不同计算方法的结果进行对比分析。研究结果表明,弱透水层类型对层状含水层渗流场影响较大;试验条件下,当夹层为粉质粘土时,按分层方法计算的自由水面线与试验结果接近;当夹层为粉砂时,按渗透系数加权平均的方法计算结果与试验结果接近;对于所有的夹层类型,考虑层间渗流补给的有限元方法的计算结果都与试验结果接近,可用于实际工程计算。     

地基内包含软弱夹层的复合滑动面稳定非线性有限元分析

极限平衡理论用于计算土坡稳定分析问题时的一个局限便是对较复杂的土层及土工结构计算较困难。对于边坡地基深度不大的范围内存在软弱夹层时，滑动面是由多段圆弧和一段软弱夹层直线组成的复合滑动面。本文运用非线性有限元的方法进行了复合滑动面滑坡分析，并得出了一些能指导边坡治理的结论。     

基于转动–平动组合破坏机构的含软弱夹层土坡降雨入渗稳定上限分析

软弱夹层、降雨等因素对边坡的整体稳定性有着很大的影响。软弱夹层会使得边坡的破坏形式发生改变,从而降低其稳定性;而降雨不但会使得边坡的稳定性变差,甚至有可能使边坡内形成更加软弱的夹层。但是目前尚未有一个简单合理的方法来分析这种类型边坡的稳定性。基于转动–平动组合破坏机构,提出了一种用于含软弱夹层边坡降雨入渗稳定性极限分析上限法。采用非饱和非稳定渗流分析计算得到的浸润线位置结合降雨后的土体强度及组合破坏机构分析含软弱夹层边坡降雨入渗的稳定性,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

考虑弯曲效应的层状岩体的屈服准则

1 INTRODUCTIONIn open pit mine or hydraulic engineering, therock slope with rock layer dippinS inside into slopeis always met. This kind of slope will presentfie-cural bucklins deformation in natural state orafter excavation. The interface slips and rock layerpresents tensile bendinS yield' By introdution of theCosserat type theory (She et al, 1994, 1996 ), afinite element fomulation has been established, thebending effect of rock layer in elastic--reck layer inelastic state and slippins…     

Practical equivalent continuum characterization of jointed rock masses

A simple practical method to characterize the strength and stiffness of jointed rock masses is presented in this paper. The empirical relations for the strength and stiffness of rock masses have been arrived based on the statistical analysis of a large amount of experimental data, which are used for representing the jointed rock mass as an equivalent continuum. The effect of joints in the rock mass is taken into account by a joint factor. These obtained relations are incorporated in a non-linear FEM code to represent the equivalent continuum analysis. The equivalent continuum model has been validated against experimental results for jointed rock masses with different joint fabric and joint orientation and also with the results from explicit modeling of joints using FEM. The developed model has also been applied to calculate the deformation around a large power station cavern in rhyolite rock at 200 m depth.     

Cosserat理论在互层岩体洞室有限元分析中的应用

Cosserat理论考虑了偶应力对介质变形特性的影响,能反映出层状材料的弯曲变形。首先对基于平面应变问题的偶应力理论及扩展模型简略介绍,然后导出了模型的Mohr-Coulomb塑性屈服条件。再利用Matlab平台编制这种模型的有限元程序,并对地下洞室工程进行数值模拟验证程序的有效性。结果表明:Cosserat介质扩展模型与参数混合法互补是解决互层岩体问题的有效方法之一。     

加锚层状岩体的本构模型

将加锚层状岩体作为等效连续介质推导了加锚层状岩体的本构方程 ,新的本构模型考虑了节理的剪胀扩容现象和锚杆作用 ,弥补了以往分析中的不足 ,该本构模型可对节理岩体中锚杆的加固作用做出合理的定量评价     

考虑层状岩体强度异向性的地下洞室平面有限元分析

由于层状岩体在平行和垂直层面的方向上具有不同的强度特性，故进行非线性分析时必须考虑岩体强度的异向性。据此，笔者研制了一个可以处理层状岩体强度异向性的弹塑性及无拉分析的平面有限元程序，并举例进行了计算和结果分析，得到了一些有益的认识。     

Development and application of an interface constitutive model for fully grouted rock-bolts and cable-bolts

This paper proposes a new interface constitutive model for fully grouted rock-bolts and cable-bolts based on pull-out test results.A database was created combining published experimental data with in-house tests.By means of a comprehensive framework,a Coulomb-type failure criterion accounting for friction mobilization was defined.During the elastic phase,in which the interface joint is not yet created,the proposed model provides zero radial displacement,and once the interface joint is created,interface dilatancy is modeled using a non-associated plastic potential inspired from the behavior of rock joints.The results predicted by the proposed model are in good agreement with experimental results.The model has been implemented in a finite element method(FEM) code and numerical simulations have been performed at the elementary and the structural scales.The results obtained provide confidence in the ability of the new model to assist in the design and optimization of bolting patterns.     

一个新的节理岩体力学分析模型及其应用

在节理岩体内建设地下空洞和隧道等岩土构筑物时,由于岩体变形的预测比较困难,设计时常只好采用经验的方法。本论文把节理岩体和锚杆加固后的节理岩体近似地作为等价连续体,提出了表现其力学特性的一个新的本构方程式。由于这一力学模型详细地反映了节理力学特性的影响和节理面同锚杆的相互作用,并可以在通常的固体力学范畴内进行处理,借助于有限元方法,有可能在工程实际中得到广泛的应用．     

Stress arch bunch and its formation mechanism in blocky stratified rock masses

Stress arch is a common phenomenon occurring in continuous materials and has also been proved to have great influences on the self-stabilization of soils or rock masses after excavation.In this paper,based on UDEC simulation,stress redistribution after excavation is investigated for a kind of special discontinuous material,i.e.blocky stratified rock mass.A layered stress arch system is observed with each stress arch lying over another.This special phenomenon is defined herein as "stress arch bunch".Effects of dip angle of bedding plane,lateral pressure and joint offset on this stress arch bunch are studied.Its formation mechanism is also discussed based on voussoir beam theory.     

基于内聚力模型的FRP布加固混凝土梁柱子结构受力性能分析

FRP-混凝土界面力学性能是影响FRP加固结构承载力的重要因素。建立了可模拟FRP布加固结构黏结界面非线性软化力学行为的双线性内聚力单元,考虑混凝土与钢筋的材料非线性,进行了FRP布加固混凝土梁柱结构静力加载全过程有限元分析。分析了FRP布及黏结界面的应力变化、界面与结构破坏机制以及结构的承载力,与试验以及不考虑界面黏结滑移的有限元分析结果进行了比较,以验证方法的合理性,并提出了改进FRP环形箍布置方式。有限元分析结果表明：FRP布的拉应力、黏结界面应力与损伤变量等呈现节点区域大、跨中小的分布特点,剥离破坏随加载过程由节点域向跨中扩展,混凝土开裂后,FRP布与钢筋共同构成了悬链线机制;有限元分析所得结构破坏过程与试验的基本一致,揭示了黏结界面退化对FRP布加固混凝土结构受力性能的影响,所得各阶段最大荷载与试验结果的相对误差小于5%;不考虑黏结界面性能的退化与FRP布的剥离,则高估了悬链线阶段FRP布的贡献以及加固结构的承载力。黏结界面内聚力模型可为FRP布加固框架结构的受力性能分析提供参考。     

顺层岩质边坡开挖稳定性研究

用地质力学模型试验方法,在实验室对顺层岩质边坡进行分期开挖破坏试验;同时,利用三维快速拉格朗日差分分析(FLAC3D)程序模拟开挖破坏过程。2 种方法所得结果具有较好的可比性,揭示了顺层岩质边坡在开挖状态下岩体变形破坏的一些规律。提出在实际工程中,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜边开挖边支护,且首先在坡脚处设置锚杆。