压缩荷载下饱和硬岩软化特性与机制研究

环境中的水与岩石的相互作用易导致岩石物理力学性能劣化，即岩石水软化现象。目前，饱和硬岩的水软化特性研究尚不完善，明确各种水岩作用机制的存在条件和作用程度仍是一项挑战性的任务。以不同矿物成分和微结构的典型硬岩（宝兴大理岩、锦屏大理岩、灰岩）为研究对象，进行干燥、饱和状态下3种硬岩的单轴压缩试验和声发射试验，分析硬岩压缩强度、弹性模量、破裂形态等力学特性和声发射波形信号主频统计特征，并探讨了水岩作用机制之孔隙水压力的存在条件和作用程度。结果表明：硬岩饱和后，单轴抗压强度和弹性模量均减小，张拉裂纹和张拉破坏面增多。硬岩破坏的声发射信号表现为明显的、与岩石类型和含水状态无关的双主频特征。硬岩饱和后，声发射高主频带波形信号明显减少，低主频带波形信号显著增加。孔隙水压力是3种饱和硬岩性能劣化的主导因素，其作用强弱与声发射低主频信号多少存在对应关系，且取决于岩石的矿物成分和孔隙结构。     

水–岩及风化作用下层状炭质板岩巴西劈裂试验研究

横观各向同性层状板岩在地质环境及施工裸露后形成的水–岩和自然风化作用下,其物理力学性质将发生退化,由此常引起岩土隧道、边坡等工程产生抗拉失稳破坏。以甘肃岷县木寨岭隧道炭质板岩为研究对象,对其开展即时烘干试样(即试样加工后烘干处理)和静置风化试样(加工后室内常温通风放置60d)巴西劈裂试验,分析了两种条件下炭质板岩的抗拉力学性能。结果表明:两种炭质板岩巴西劈裂试验均表现为脆性破坏,但力学响应及峰值荷载差异极大;炭质板岩抗拉强度均受层理影响显著,但即时烘干试样和静置风化试样的劈裂破坏形态受层理影响程度不同;以即时烘干试样为基础,静置风化试样软化系数为0.11~0.13,体现了水岩作用及其静置风化对岩样具有显著劣化效应,但对层理形成的横观各向同性抗拉性能影响不大。此外,借助SEM对水岩静置风化机理进行分析,具体为水侵入后形成物理化学反应改变矿物微观成分、结构进而结合风化作用表现为矿物骨架承载的累计劣化损伤。     

不同试验条件下深部下组煤底板水岩相互作用特征

为探讨济北矿区深部下组煤底板岩石与水相互作用规律,以岱庄煤矿首采面底板5种不同类型岩性的岩样为研究对象,在自来水与饱和食盐水浸泡后并结合自然浸泡与湿–干交替循环浸泡条件下两两组合进行为期52 d的水稳性和相关电导率试验。研究结果表明:(1)根据20个岩样掉渣、表面裂隙、岩样开裂、饱水后强度和崩解等现象统计对比分析,发现不论是自来水还是饱和食盐水在自然浸泡条件下5种岩样的水稳性均相对较好,浸水后基本不崩解,但在湿–干交替循环作用条件下均会发生崩解现象;(2)通过对自来水浸泡岩样在自然与湿–干交替条件下电导率测试,发现所有岩样溶液中电导率增加幅度随时间均表现出比较明显的3个阶段,但同一岩样在不同条件下电导率增加幅度随时间变化具有较大差异性,湿–干交替岩样的电导率增加幅度明显大于自然浸泡岩样的;(3)电导率和岩样质量损失率基本呈正相关关系。研究结果对深部水岩相互作用导致岩石劣化的微观机制研究提供参考。     

水岩作用下损伤砂岩强度劣化规律试验研究

针对震后边坡岩体在降雨或库水浸泡作用下易出现变形破坏的现状,选取典型砂岩为研究对象,对岩样先进行循环加卸载损伤作用,再进行浸泡–风干循环水岩作用试验,对损伤砂岩在水岩作用下的劣化效应和机制进行详细研究。结果表明:(1)循环加载作用导致的岩石矿物颗粒界面滑移、局部接触变形和破坏不仅使得岩样产生塑性变形,而且使得岩样内部形成初始损伤;(2)在浸泡–风干循环水岩作用过程中,损伤砂岩的抗压、抗剪强度劣化效应明显,具有明显的时间效应和非均匀性;(3)与完整岩样相比,损伤岩样的强度劣化速度更快,说明水岩作用对损伤岩样的耦合损伤效应明显,这也能较好解释一些震后边坡在经历多个浸泡或者降雨周期后容易失稳的原因。     

冻融循环作用下砂砾岩微观结构损伤机制研究

以砂砾岩为研究对象,进行开放条件下变温度区间冻融循环试验,利用统计学原理和avizo软件重建三维模型。研究结果表明：岩石冻融劣化的主要原因是未冻水迁移、积聚,水分结晶膨胀导致岩石孔隙扩展、联通;将冻胀均化应力与岩石屈服强度对比,可判断岩石是否发生不可逆变形,便于进行岩石冻融损伤评价;提出温度区间是影响冻融损伤的关键性因素,饱和度为重要影响因素,岩石结构特征为次要影响因素,研究结果可为寒区岩土工程以控制环境温度、湿度及监测岩体结构特征为手段进行建设维护提供理论依据。     

巴东组泥岩水作用的特征强度及其能量演化规律研究

为探讨饱水作用对巴东组泥岩的强度参数与变形特性及其能量演化的影响规律,进而建立力学特性、能量演化以及微裂纹发育三者间的内在联系,首先开展天然与饱和状态下泥岩的单轴压缩试验,采用应变曲线法确定特征强度,定量比较分析泥岩特征强度的劣化规律和能量参数的数值差异,深入挖掘泥岩水岩作用过程中的能量转化特征,据此给出泥岩饱水软化机制的能量解释。试验发现饱水作用对泥岩力学特性的影响表现为特征强度降低、脆性变形减弱、塑性变形增强、各变形段差异明显,对泥岩能量演化的影响表现为饱水后岩石吸能与释能性质减弱、耗能性质增强、各段的能量分配规律不同。随后,基于试验数据依托颗粒流软件虚拟实现同等条件下的数值试验,分析模拟试样微裂纹发育特征与能量演化的相互影响和相互作用,揭示泥岩能量演化的微细观机制。结果表明颗粒流理论在从细观力学角度解释岩石损伤破坏机制方面具有优越性,为岩石非均质特性的微细观研究提供了新的手段。     

库水位涨落对滑坡稳定性影响研究进展

库水位涨落是导致库岸古滑坡复活及滑坡失稳的重要原因之一，明确库水位涨落导致滑坡失稳的根本原因，选择有效的计算方法进行滑坡稳定性评价是准确反映滑坡发展与变形的关键。基于水岩相互作用机理，分析了库水涨落对滑坡岩土体的影响。较为详细地介绍了极限平衡法、有限元强度折减法、饱和／非饱和渗流应力耦合分析等滑坡稳定性分析方法。在此基础上，指出了当前研究中所存在的主要问题及今后研究发展方向。     

地下工程中注浆岩石锚杆施工工艺

分析了国内外关于地下工程注浆岩石锚杆施工工艺研究现状,包括基于锚固体加固效果角度对岩土锚固作用机理分析、基于注浆体与岩土局部变形理论对全长注浆岩石锚杆锚固施工工艺研究等,结合地下工程注浆岩石锚杆锚固工程实践,对地下工程中注浆岩石锚杆锚固施工进行了总结,对提高我国岩石锚杆锚固施工技术水平具有一定的工程实践意义.     

环境岩土工程研究现状综述

环境岩土工程是一门综合性应用科学,它涉及岩土的性能以及它们与不同环境循环的相互作用。这些环境循环包括大气圈、生物圈、岩石围和地球微生物圈。随着岩土工程研究的深入,我们不能再仅仅满足于在太沙基理论体系下探讨岩土工程问题。比如,通常     

水岩相互作用下钙芒硝盐岩强度衰减机理

针对成都南郊普遍分布的白垩系灌口组钙芒硝盐岩的强度衰减现象,在总结浸泡40 d过程中钙芒硝盐岩参数变化规律的基础上,采用手标本鉴定、X射线衍射全岩定量分析、岩石薄片鉴定等方法深入研究了水岩相互作用下钙芒硝盐岩强度衰减机理。研究结果表明,钙芒硝盐岩中的矿物成分、结构构造、浸水时间等因素对盐岩强度衰减影响显著,钙芒硝盐岩破坏模式从脆性破坏过渡为塑性破坏。钙芒硝盐岩强度衰减机理在微观上主要表现在矿物成分的溶解、岩石结构溶蚀、结构连接弱化等方面;在宏观上表现为钙芒硝盐岩软化、崩解、强度低、变形大。钙芒硝盐岩结构劣化性能可以用软化系数、结构损伤系数等参数进行描述,随着浸泡时间的增加,钙芒硝盐岩软化系数逐渐降低,损伤系数逐渐增大。     

岩石水化学损伤的机理及量化方法探讨

提出了化学损伤概念，分别运用化学成分分析理论、能量观点、考虑化学操作的破坏力学方法，分析了岩石水化学损伤机理，并探讨了其定量方法。采用水－岩反应的大模式与小模式理论，解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。探讨了岩石水化学损伤定量方法的研究途径，提出并分析了岩石水化学损伤的层次分区性。重点讨论了考虑化学损伤的破坏力学方法，认为此方法可以解释并定量分析水－岩反应的力学效应。     

岩石渗流应力耦合特性研究

综合起来,已有岩石渗流应力耦合特性的研究方法有3种:(1)直接通过渗流应力耦合试验得到渗透系数与应力、应变关系的经验公式;(2)根据已有的耦合试验研究的成果设定耦合特性关系式的函数形式,采用力学方法推导函数式中变量的表达式,确定耦合特性关系式;(3)以各类模拟渗透现象的物理模型为基础,利用力学工具建立耦合关系式。根据这3种研究方法对研究成果进行划分,作了较系统的归纳和介绍,对各类成果的合理性及应用情况进行了评述。最后展望了岩石渗流应力耦合特性方面的研究前景和发展方向。     

西南某水电站闸址区高边坡特征及其工程效应研究

西南某水电站闸址区两岸高边坡，表部风化卸荷严重，弯曲-拉裂变形突出，崩塌、剥落等灾害时有发生。因此，对其特征稳定性及危害程度进行准确评价显得尤为重要。通过对现场工程地质条件的系统调查及室内综合分析，首先，对两岸边坡的结构类型、结构面与坡面组合、岩体风化及物理力学性质等特征进行了细致研究：然后，对其岩体质量进行了定量分级。在此基础上，结合实例边坡，对其稳定性及可能引起的工程效应进行了综合评价；最后，笔者认为，两岸边坡稳定性较差，尤其是右岸，对坡下闸址及进水口安全威胁很大。     

地下水渗流对岩体力学性质的影响

针对地下水通过物理、化学和力学作用于岩石并引起岩石破坏的特点,分析了岩石水损伤机理,从总体上深化了对水—岩作用机理的认识,并结合工程实例进行了说明,以促进地下水渗流对岩体力学性质影响的研究。     

红粘土微观结构模型及其工程力学效应分析

根据物质系统的结构功能原理,探讨了红粘土微观结构模型的构建方法,提出红粘土微观"集粒"结构模型。采用该模型对红粘土在含水量、含铁量、剖面位置等影响因素的变化和外荷载作用下的工程物理力学特性进行了理论分析、解释和推测。通过剖面分层控制取样进行室内三轴压缩试验对理论分析结果进行验证,由拟合曲线得到红粘土的相对最佳含水量、临界含水量和临界含铁量,并与相关模型试验、数值模拟结果和工程经验进行对比分析。理论分析和试验结果表明,红粘土力学特性与含水量、含铁量相关程度高,模型能够从微观角度合理解释红粘土的宏观工程力学性质,较好地反映红粘土宏观工程力学效应的微观物理力学机理。     

岩石爆炸动力学的若干进展

 论述岩石爆炸动力学原理及其工程应用研究近年来的若干进展,主要内容包括爆炸空腔范围以及各类破坏区范围的理论确定方法,地下爆炸近区的“短波”和“弱波”理论,爆炸远区——弹性区的运动和力学参数以及地下爆炸时岩石破碎等理论研究成果。同时还介绍了实验室条件下均匀介质中爆炸效应的规律和地应力、裂隙、浅埋时等不均匀、不连续性影响因素的实验室模拟爆炸试验研究。在相关研究的基础上,给出实际岩体中的爆炸效应试验,包括近区破坏效应、远区地震效应、不可逆变形区以及地下爆炸和浅埋(抛掷和定向)爆炸中相似关系的最新成果。此外,简要介绍岩石爆炸动力学在不同领域中的工程应用,并就今后岩石爆炸动力学研究的展望阐述一点认识。     

酸性环境干湿循环作用对泥质砂岩力学参数的劣化研究

针对降雨和库水位升降对库岸边坡消落带岩体力学参数的劣化问题,选取泥质砂岩进行不同p H水环境干湿循环作用下的单轴与三轴压缩试验,结合室内试验结果,应用广义Hoek–Brown准则求得不同地质强度指标评分(GSI)下岩体的单轴抗压强度、弹性模量、材料常数和黏聚力。研究表明:破碎程度越大的泥质砂岩受浸泡的溶液酸性越强、干湿循环次数越多,其力学参数劣化程度就越高;在同一个GSI评分下,泥质砂岩各个力学参数随p H值和干湿循环次数n的劣化效应排序有所差异,综合劣化效应最大为弹性模量,累积劣化效应最明显为黏聚力,其劣化系数与浸泡溶液的p H值、干湿循环次数的对数ln(n)成线性相关。基于上述研究提出了泥质砂岩力学参数与p H值、干湿循环次数n的三维劣化方程,为酸性环境干湿循环作用下现场岩体力学参数的获取以及边坡稳定性寿命的预测提供了理论依据。     

构度指标与黄土力学特性指标的关系研究

西北地区基础设施建设涉及地基、边坡、洞室、支护及环境等岩土工程,由于黄土对水敏感性、特有结构性及结构强度,常因黄土的结构性损伤及结构强度遇水衰减而产生许多岩土工程问题,如:“基础不均匀沉降、边坡滑坡、洞室工程塌方、支护位移变形、围岩稳定性及岩土生态环境问题”,这些岩土工程问题都与黄土的力学性质有关,且黄土的力学特性起主要作用。构度指标反映了土的初始结构性,是个基本物性指标,本文主要研究构度指标对黄土力学特性指标的影响。研究表明:构度指标随压缩系数增大而减小,随压缩模量增大而增大,随湿陷系数增大而增大;在处理黄土工程问题、分析黄土力学特性等方面,构度指标具有很好的实用性、合理性。     

深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统研制及应用

 研制的深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统主要包括模型箱、水平侧压力加载装置、竖向压力加载装置、测量装置及数据自动记录设备。模型试件尺寸为1 600 mm×800 mm×200 mm(长×高×宽)。试验系统中,水平侧压力和竖向压力通过闭路伺服加载装置实现。最大水平侧压力设计为300 kN,最大水平位移为100 mm。不考虑流–固耦合效应时,试验系统最大竖向压力为300 kN;考虑流–固耦合效应时,最大水压力为1.0 MPa。测量装置包括用于观测裂缝发生、发展和破坏的体式显微镜,以及基于数字图像分析位移的先进测量设备。在模型箱中根据工程需要按照一定的相似比构建试验模型。该系统可实现深部采矿时复杂应力、水压力及采动影响等联合作用下岩体的受力、变形和破坏过程,以及水的渗流、突变等宏细观运移规律的模拟和测试,进而从理论上分析不同应力场、水压力以及采矿活动本身对采场安全的影响。显然,该装置为深部开采中的岩石力学问题以及矿山突水机制与防治的试验研究与测试工作提供了新的、具有重要作用的平台。