D-P准则与岩石断裂韧度KⅠc,KⅡc关系的研究

通过断裂力学中裂纹端部的应力叠加,得出拉剪裂纹的端部总应力,代入D-P破坏准则,经推导得出D-P准则与岩石断裂韧度KⅠc,KⅡc的相互关系.并以三峡永久船闸高边坡为例,说明该推导的合理性.     

锦屏深部大理岩蠕变特性及分数阶蠕变模型

为保障锦屏地下实验室(CJPL)硐室群的长期稳定性,开展2 400 m深埋大理岩蠕变特性的研究,在常规三轴压缩试验的基础上进行分级加载蠕变试验,系统分析了大理岩蠕变过程中的轴向与环向变形规律及不同围压(5 MPa和64 MPa)下大理岩蠕变特征差异,采用等时应力-应变曲线法确定了大理岩的长期强度,并基于分数阶导数改进了大理岩蠕变模型。研究表明:13,27 MPa围压下,大理岩轴向应力应变曲线达到峰值应力后快速跌落,40,53,64 MPa围压下,峰值应力附近的应变曲线呈现明显的平台段,表明CJPL深部大理岩变形行为随着围压的增加具有由脆性向延性转化的趋势;无论是低围压还是高围压,相比于低应力水平,高应力水平下大理岩更容易发生蠕变变形且环向蠕变现象更加显著,蠕变过程中的扩容现象也更加明显,试样破坏时64 MPa围压条件下的体积蠕变变形为5 MPa围压下的16. 3倍;在蠕变加载过程中,大理岩变形模量均为先增加后减小。变形模量增加阶段,高围压下增加幅度较低围压小,64 MPa围压下试样变形模量增加的幅值为1. 8 GPa,小于5 MPa围压下的3. 6 GPa,表明试样受高围压作用已经部分压密。随着应力水平的增大,变形模量减小,高围压下减小幅度较低围压更大,围压64 MPa下试样变形模量减小幅值为9. 4 GPa,约为峰值变形模量的22%,围压5 MPa下试样减小幅值仅为1. 8 GPa,约为峰值变形模量的4%,表明高围压试样在破坏前裂纹的产生和扩展更为剧烈,岩石劣化程度更大;相同偏应力条件下,围压越大的试样蠕变速率越小,但破坏时变形更大且扩容现象显著,表明相同外荷载条件下,深部围岩赋存环境应力水平较高,变形难以收敛,易发生时效大变形破坏;围压为5,64 MPa时,采用等时应力-应变曲线法确定大理岩长期强度分别为170,290 MPa,为相应围压三轴压缩强度的82%,73%;基于分数阶导数,改进了大理岩黏弹塑性损伤蠕变模型,该模型具有形式简单同时能够很好的描述大理岩蠕变过程中的非线性加速特征的特点。     

三峡工程卸荷岩体声波测试及其参数研究

通过现场开挖边坡卸倚岩体不同距离的声波测试，研究了卸荷岩体的声波传播特性，并采用卸荷岩体力学的观点和方法，对声波测试结果进行了分析，得到了不同方向声波速度的变化规律，并发现其具有明显的正交异性特征，然后根据声波的传播特性，划分了边坡开挖后岩体不同的卸荷区域，确定了各卸荷区岩体宏观力学参数，最后与试验结果进行了比较，得到了比较一致的结论。     

关于卸荷岩体尺寸效应的数值仿真研究

准确地估计岩体的强度和变形参数，对于实际工程的设计和施工以及边坡岩体的稳定性分析，都具有十分重要的意义。而含有多级裂隙岩体的参数确定，一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题。以某电站厂房开挖边坡为工程背景，运用数值仿真模拟试验方法研究了卸荷岩体的尺寸效应问题，并采用先小尺寸后大尺寸、先小裂隙后大裂隙、逐级模拟的分级计算方法，取得了边坡岩体的卸荷宏观力学参数。     

基于NDB试样的脆性岩石拉剪复合断裂行为研究

岩石复合断裂机理一直是岩石力学领域的研究热点。首先,利用新提出的单边切槽深梁(NDB)试样开展从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型全复合度加载下的砂岩复合断裂试验,获得了系列载荷复合度下的砂岩复合断裂强度及砂岩断面。其次,研究砂岩复合断裂强度与随载荷复合度的变化行为,讨论了岩石复合断裂强度特征,并使用最常用的最大切应力(MTS)准则、最小应变能密度因子(MSED)准则、最大能量释放率(MERR)准则和改进的R(IR)准则预测了砂岩复合断裂强度。最后,使用激光扫描仪获得砂岩复合断面并进行断面重构,利用分形理论定量刻画岩石复合断裂面的粗糙度,研究岩石在复合载荷作用下的内在破裂机制。结果表明:砂岩等效断裂韧度随载荷复合度的增加逐步减小,IR准则与MERR准则可很好地预测砂岩复合断裂强度,MTS和MSED准则严重高估了Ⅱ型为主的砂岩复合断裂强度;砂岩断面不同复合载荷作用下的砂岩断面分统计特征具有统计意义上的相似性,一定程度上预示着不同复合载荷作用下的砂岩试件具有相似的内在破裂机制;考虑到脆性材料的强度特点,结合复合载荷作用下裂缝扩展行为,可确定拉剪复合载荷加载下岩石内在断裂机制的确为拉破坏。     

基于爆破卸压地应力快速释放的强岩爆防治方法与效果评价研究

深埋隧洞强岩爆灾害是制约工程开挖施工安全和高效实施的难题,科学爆破开挖设计已成为有效控制强岩爆灾害的重要技术手段。针对锦屏二级引水隧洞工程随隧洞埋深增加、地应力增大所频现的强岩爆灾害的防控问题,对爆破卸压方法的强岩爆防治效果开展了数值仿真设计与现场试验研究。围岩内双排倾斜辐射孔和掌子面垂直超前孔两种爆破卸压方法的数值论证结果表明:前者可在左侧边墙爆破孔及拱顶中部附近、右侧拱腰下部和拱肩爆破孔附近形成了应力松弛区,应力集中部位从轮廓线附近转移到距轮廓线约5.0 m的围岩深部,后者通过爆破卸压作用在掌子面前方产生一定延伸范围的松弛区,可有效释放掌子面处的集中应力。进一步基于拉森斯岩爆判别法对比两方案的岩爆防治效果表明原来可能发生强烈岩爆的部位,采用爆破卸压释放应力后岩爆烈度等级均降低为弱岩爆,掌子面发生岩爆的可能性也显著降低。现场试验验证研究进一步论证了基于爆破卸压理论的快速应力释放方法来防治岩爆的可行性和有效性,并深入分析了两种爆破卸压方案对强岩爆防治的优势。综合研究成果并结合现场实际应用情况,提出了锦屏二级引水隧洞工程岩爆防治的综合措施,为强岩爆环境下爆破开挖设计和施工提供方法与理论支撑。     

水电站厂房结构密集模态识别研究

针对水电站厂房结构模态识别问题,建立了一种密集模态识别的组合方法。该方法通过将逆衰减指数窗和小波包分频结合,实现了降低振动信号的模态密集度,提高了模态分离的精度。振动信号模态分离后采用Random Decrement Technique(RDT)和Spare Time Domain(STD)方法识别水电站厂房结构的模态参数。以一大型地下水电站厂房结构为分析对象,对其原型振动测试数据开展了密集模态识别。结果表明,采用该组合方法识别结果与三维有限元计算结果一致,且识别出的阻尼比也处在合理范围之内。     

锦屏二级水电站引水隧洞TBM施工工法研究

 锦屏二级水电站引水隧洞是我国目前规模最大的水工隧洞群,特点是洞线长、埋深大、技术难度大,且沿线突水、岩爆、塌方各种地质灾害十分突出,为确保工程施工的安全与按期顺利发电,有必要选择安全快速的掘进方式,为此针对TBM工法,进行大量的调查研究与分析论证,研究结果表明：无论是从岩石的可钻性、耐磨性,还是从岩石的变形、破坏特性,TBM施工都是可行的,对可能遇到的地下水、岩爆、围岩大变形等不良地质条件的处理,较传统的钻爆法有一定的优势,对人员设备的安全具有更好的保护作用。结合地质超前预报和施工中不断改进的施工工艺和支护手段,可以较好地解决施工过程中可能遇到的一些工程难题。     

关于常用断裂判据

介绍了断裂力学中常用的三个断裂判据：应力强度因子K、能量释放率G、J积分，以及三者之间的相互关系；讨论了断裂韧度，并对确定应力强度因子K的方法作了阐述。     

某电站溢洪道边坡加固方案优化分析

以大型的岩土工程数值分析软件(ADINA)为研究手段,基于卸荷岩体力学理论与方法,对某电站溢洪道边坡进行了开挖卸荷分析,在此基础上重点进行了加固方案优化分析,包括加固方式、加固区域和经济优化分析,研究结果对设计和施工具有较大的参考价值,对其他工程也有一定的借鉴作用.