工程地质力学及其应用中的若干问题

工程地质力学的研究对象是地质体变形破坏规律,地质体的基本特性为非连续、非均匀的变化,应用工程地质力学解决实际问题的关键在于判断当前地质体的状态,描述其力学特点及演化过程,它以地学为基础,力学为辅助手段,工程为研究目的,以期解决工程问题中有关地质力学的问题。无论是何种类型的地质力学实验,其能否真正解决实际工程问题,都取决于对地质条件的认知程度。因此,在应用工程地质力学的过程中,应当注意分析力学测量参数,并研究可获得力学参数的相关仪器,在提出完整力学模型的同时,注重计算方法和可行性验证和应用探讨。     

基于工程体–地质体相互作用的接触面变形 破坏研究

 针对工程体与地质体的相互作用机制，研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法；提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维，提高了测量精度。利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律)。开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元，建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型。研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素，以客观评价大坝整体的稳定性问题。应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性，获得了裂缝扩展的临界长度和荷载，研究结果表明：两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展。     

基于工程体-地质体相互作用的接触面变形破坏研究

针对工程体与地质体的相互作用机制,研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法;提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维,提高了测量精度.利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律).开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元,建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型.研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素,以客观评价大坝整体的稳定性问题.应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性,获得了裂缝扩展的临界长度和荷载,研究结果表明:两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展.     

工程地质岩组与岩体质量分级在岩石工程中应用对比

在多不良地质体存在条件下,不同建设阶段岩体质量级别判别结果常会出现较大差别,成为岩石工程建设中争论焦点之一。岩体质量分级可给出相应力学参数,但对复杂地质体的变形破坏模式难以区分,影响到合理的开挖和支护方案的制定。结合岩石工程目标,在地层岩性对比和相应物理力学特性区分基础上,划分出的工程地质岩组,成为了工程地质条件评价、分区和工程规划的重要基础。在岩石地下工程设计和施工中还需有岩体质量分级作为依据。前者是以岩体工程地质力学观点为基础的较大范围的定性分类,抓住地质体关键内因之一的岩体地质建造和构造改造来分类,有利于得出相应变形破坏模式;后者以单指标或多指标来计算评判岩体质量好坏,包括了工程岩体本身和所处地质环境因素。在岩石工程不同阶段和不同层次上,它们的依据和应用各有所长,对工程地质问题的大尺度超前预报和工程设计起着不同作用,而又有一定的交叉和重叠,结合起来运用可发挥合理解释变形破坏模式和对比不同阶段判别结果的工程效果。结合雁门关隧道工程,给出它们的应用情况对比,以便于其在不同工程建设中更好地区别运用。     

非连续变形计算力学模型弹塑性数值分析方法及其应用

在笔者所建立的非连续变形计算力学模型弹性分析方法基础上 ,进一步考虑材料的弹塑性 ,基于分区参变量最小势能变分原理 ,建立了非连续变形计算力学模型弹塑性分析的数学列式和求解方法 ,分析了不同材料特性的基础梁和岩基相互作用问题。计算结果表明 :这种非连续变形计算力学模型弹塑性分析方法将材料的非线性与多体相互作用系统的接触非线性或界面非连续性相耦合 ,能够模拟多体间的非线性相互作用特性 ,是一种处理岩土工程中多体非连续变形体系的新颖而有力的数值计算方法     

基于GIS的工程地质勘察一体化系统

工程地质勘察一体化系统是工程地质勘察和数字地质领域的最新发展分支之一,在研究工程地质力学、工程地质建模和可视化技术理论的基础上,针对不规则三角网划分,引用GIS技术和OpenGL技术,并结合AutoCAD和Word的VBA功能,实现了工程地质建模、工程地质数字化、工程地质数据库管理、工程地质特性分析、地质解释、空间分析和预测、地学统计和图形可视化的一体化系统。     

花岗岩细观破裂特征及宏观尺度效应的颗粒流研究

基于颗粒流方法,提出可变半径比例Clump结构的构建方法,分析颗粒流细观参数及细观结构特征对模拟岩石试件拉、压特性的影响规律,构建适用于花岗岩力学特性的Clump颗粒流结构模型,验证可变半径比例Clump结构及细观力学参数的可靠性;构建不同尺度的深部洞室颗粒流模型,分析深部围岩宏观破裂的尺度效应。研究表明,Ball和Clump模型的拉压比对细观力学参数变化的敏感度小,可变半径比例Clump模型的力学特性对粒径尺寸及比例变化的敏感度大;对比分析花岗岩室内试验与数值模拟的拉、压强度曲线及破裂模式,基于可变粒径比例的Clump计算模型与试验结果基本吻合;采用小尺度颗粒模型的深部围岩宏观破裂区主要以局部区域破碎为主,随着颗粒模型尺度逐渐增大,围岩表现出明显的剪切滑移及板裂破坏特征,构建的深部围岩颗粒流模型具有明显的宏观破裂尺度效应。     

地下工程研究的基本地学观点和原理

地下工程是典型的地质工程，所以地学在地下工程稳定性研究中具有重要意义。因此对地下工程研究的基本地学观点和原理予以讨论，着重分析了影响地下工程稳定性的基本地学要素、地下工程稳定性的优势面分析原理、量化评价模型以及地下工程治理的地质工程原理。     

自适应连续体/非连续体周期边界单元耦合技术在等效岩体中的应用研究

介绍一种新颖的PFC颗粒流程序计算模型构建方法,即:自适应连续体/非连续体(AC/DC)周期边界单元耦合技术。该方法首先构建压实并达到力学平衡的周期组块,通过复制周期组块镜像快速建立颗粒体模型,因此,可避免模型在生成过程中耗费大量时间达到力学平衡状态的缺陷,从而大幅降低计算时间、节省计算资源。以一等效岩体单轴压缩试验为例,在相同初始计算条件下,比较分析AC/DC技术和常规颗粒体模型构建方法得到的计算结果,两者在单轴抗压强度、应力–应变曲线和变形破坏特征等方面表现出高度相似性,表明在保证计算结果准确性的前提下,AC/DC技术的计算效率远高于常规颗粒体模型构建方法,且这种优势将随着颗粒体规模的增大而越发突出。因此,该技术的应用可为后续研究工程尺度节理岩体力学性质等科学问题奠定坚实基础。     

基于ABAQUS数值模拟法降雨条件下的边坡稳定性分析

针对现场勘察常见的滑坡问题，文中以室内试验测定的力学参数为基础，通过ABAQUS模拟软件建立滑坡地质力学模型，研究滑坡过程中力学特性，针对天然情况以及暴雨状态下边坡的稳定性以及滑动区岩土体的位移场、塑性区进行边坡的稳定性分析。结果表明，以坡顶处位移突变和塑性区是否贯通为评价标准时，边坡稳定安全系数最贴近实际工况，降雨后的安全系数急剧下降说明边坡有必要进行支护。     

从施工地质灾害看岩体结构动态控制作用

在我国岩石工程规模加大、趋深而施工扰动范围趋广和趋强的今天,难以避让的不良地质体中常出现的施工地质灾害已成为影响工期和造价的极重要因素。工程实践观测到以不良地质体为主的岩体结构动态变化及其对快速、高强度工程开挖扰动的响应很复杂。理论上需认识不同层次和不同部位岩体变形破坏反映出的结构动态变化和调整,对其控制作用和工程调控需从相互作用时间变化角度加以表述,同时为“短进尺”等地下工程施工经验提供依据。通过总结、回顾岩体结构控制论发展和适用性,结合岩石工程中不良地质体有关的施工地质灾害防治实践,提出基于变形破坏时效性的岩体结构动态控制观(DDC)。以平行于背斜轴部展布的上公山隧洞围岩施工地质灾害导致工期延误和方案多次变更为例,说明岩体结构动态变化是工程施工扰动作用的集中体现和客观结果。本文结果或可为深入研究岩体变形破坏时效性提供一定地质基础。     

破裂岩石力学模型探讨

岩体是被地质构造弱面切割的地质体,它的特征是不连续、不均质和各向异性。用完整岩石试件在常规压力机上所获得的试验结果,不能很好地代表岩体的工程性质。但是,利用刚性很大的压力机对完整及破裂岩石作试验所获得的应力-应变全过程的后部份,以及循环加载-卸载曲线,在力学性质及破裂发展过程等方面,都与工程岩体十分相似。本文根据作者对多种岩石获得的应力-应变全图及循环加载-卸载试验结果,提出两种变参数单元模型,即变弹性模量的虎克体和变屈服极限的圣维南体,并由此而组成四种模拟破裂岩石的力学模型,导出相应的本构方程。根据岩石应力-应变全过程的试验结果,可以求出本构方程中的有关参数。通过模型与试验结果的对比,证明了模型的可用性,为今后讨论破裂岩体的稳定性及其支护分析提供了参考模型。     

裂隙化岩体不连续面密度的分形研究

不连续面密度是表征岩体内部不连续面分布特征的重要参数之一,但是岩体内不连续面的分布是随机的、不规则的,要想准确获得岩体不连续面密度的真实值是不可能的。基于现场调查的岩体露头不连续面特征,借助计算机模拟技术建立岩体不连续面分布的二维、三维随机裂隙网格模型,从数理统计学的角度计算岩体不连续面密度数值。并基于分形理论计算岩体不连续面分布的二维、三维分布特征,尝试建立岩体不连续面密度与分维数的数学关系。计算结果表明,岩体不连续面密度与分维数具有相同的变化趋势,随着不连续面分维数的增大,不连续面密度增大,不连续面密度与分维数之间存在线性关系。研究结果表明,不连续面分布的体密度和三维分形维数,可以更加综合地反映岩体内部不连续面的分布特征和空间信息及对岩体强度参数的影响,对工程应用具有更好的实际作用。且在此基础上,提出基于不连续面分布的体密度和三维分形维数的岩体等效抗剪强度指标的折减计算。     

安县西部地震次生地质灾害及工程 地质力学问题思考

 2008年5月12日，发生于四川省汶川县的8.0级大地震已造成近7万同胞罹难，举国同哀。通过地震次生地质灾害的调查和深入思考，认为工程地质力学可以而且应该在抗震救灾和灾后重建中发挥重要作用。通过安县西部的初步考察发现，考察区内的地震次生地质灾害主要有顺层滑坡、坡积层滑坡、陡崖崩塌、滚石等。根据岩体工程地质力学的观点，地质结构面是考察区内地质灾害发生的重要控制性因素。在灾后重建阶段，必须要考虑重建选址、地质灾害监测、地质灾害防治等方面的工程地质力学问题。     

浅析水利工程项目土基勘察承载力的取值问题

根据新的工程勘测规程、规范,岩土参数的取值须做相应的调整。文章以水利工程行业勘察为例对地基承载力、桩基设计参数、地质建议值与设计采用值进行探讨,建议土基勘察参数的取值以水利工程勘察为主,岩土物理力学性质参数取值应以试验值作为标准值,再根据水工建筑物地基或围岩的工程地质条件进行调整,从而提出地质建议值。     

The geological strength index: applications and limitations

The geological strength index (GSI) is a system of rock-mass characterization that has been developed in engineering rock mechanics to meet the need for reliable input data, particularly those related to rock-mass properties required as inputs into numerical analysis or closed form solutions for designing tunnels, slopes or foundations in rocks. The geological character of rock material, together with the visual assessment of the mass it forms, is used as a direct input to the selection of parameters relevant for the prediction of rock-mass strength and deformability. This approach enables a rock mass to be considered as a mechanical continuum without losing the influence geology has on its mechanical properties. It also provides a field method for characterizing difficult-to-describe rock masses. After a decade of application of the GSI and its variations in quantitative characterization of rock mass, this paper attempts to answer questions that have been raised by the users about the appropriate selection of the index for a range of rock masses under various conditions. Recommendations on the use of GSI are given and, in addition, cases where the GSI is not applicable are discussed. More particularly, a discussion and suggestions are presented on issues such as the size of the rock mass to be considered, its anisotropy, the influence of great depth, the presence of ground water, the aperture and the infilling of discontinuities and the properties of weathered rock masses and soft rocks.     

复杂条件下岩石工程安全性的智能分析评估 和时空预测系统

 采用人工智能、系统科学、岩石力学与工程地质学等多学科交叉，提出复杂条件下岩石工程安全性的智能分析评估和时空预测系统的新思路和新方法，包括赋存环境的认识、工程结构特征需求分析与施工约束条件识别、岩石工程稳定性(安全性)综合集成智能分析评估、岩石工程智能反馈分析方法、岩体模型和参数动态更新的岩石工程稳定性时空演化的综合集成智能分析方法、岩石工程安全性的分区自适应调控方法、岩石工程稳定性多元信息与多任务智能反馈分析集成系统。该系统在龙滩、八尺门、水布垭、拉西瓦等多个大型工程的边坡和地下厂房中的成功应用，显示了其科学性和先进性。     

Engineering geological models: an introduction: IAEG commission 25

The generation and use of engineering geological models should be a fundamental activity for any geotechnical project. Such models are an essential tool for engineering quality control and provide a transparent way of identifying project-specific critical engineering geological issues and parameters. Models should also form the basis for designing the scope, the method and assessing the effectiveness of site investigations. However, whilst the idea of models in engineering geology has existed for several decades, there has been little published that systematically distinguishes the different model types and how and when they might be used. This paper presents the views of the International Association for Engineering Geology and the Environment Commission C25 on the ‘Use of Engineering Geological Models’.     

论岩石的地质本质性及其岩石力学演绎

 简要论述岩石循环的地质作用,提出并讨论岩石地质本质性命题,侧重阐述岩石的物质性、结构性和赋存性,及其同地质演化的密切关系。作为岩石力学研究对象的岩石同其他工程建筑材料的不同之处就在于它的地质演化及所形成的地质本质性。通过对岩石本质性的认识,探讨岩石物理本属性,包括不均一性、不连续性的成因及其同地质本质性的关系。在此基础上讨论岩石力学本构性研究中对介质力学属性的考虑。试图通过岩石地质本质性、物理本属性到力学本构性的讨论建立起岩石力学与地质学相互认识和深入结合的知识通道。