岩石单轴压缩应力–应变特征的率相关性及能量机制试验研究

 岩石渐进性破坏过程分为5个阶段：裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹起裂和稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后段。利用变频动态加载岩石力学试验系统,研究不同应变率加载条件下岩石破坏过程中的特征应力,即起裂应力、扩容应力以及峰值强度,结果显示,特征应力随应变率的变化情况基本满足以下规律：应变率 ＜5×10－4 s－1时,随着应变率的变化,特征应力基本不随应变率的增减发生变化,其率敏感性不明显; ＞5×10－4  s－1时,特征应力随着应变率的增长而增长,表现出较强的率敏感性。而3个量纲一的参数,即起裂应力和扩容应力与峰值强度的比值以及起裂应力与扩容应力的百分比分别为50%～60%,70%～80%和80%～90%,与应变率无明显相关性。基于能量守恒法则,对岩石破坏过程中的能量特征及能量机制进行分析,结果表明：岩石单位体积吸收的总应变能和弹性应变能均随应变率的增长而增长,损伤应变能则随着应变率的增长先增大后减小。吸收的总应变能和弹性应变能随应变率的变化规律与应力随应变率的变化规律一致,即 ＜5×10－4 s－1时,吸收应变能和弹性应变储能率敏感性不随应变率的变化发生变化,无明显率敏感性; ＞5×10－4 s－1时,吸收的应变能和弹性应变能则随应变率的增加而增加,具有较强的敏感性。应变率一定的情况下,岩石所吸收的应变能主要以弹性应变能的形式储存,损伤应变能基本保持不变,临近峰值点时岩石中损伤应变能才有所增加;一旦过了峰值点,岩石中储存的弹性能快速释放,体现在应变–应变能曲线上则为弹性应变能曲线的迅速下降和损伤应变能曲线的迅速上升。       

土石混合体双轴压缩颗粒流模拟

通过三维空间随机点生成与颗粒绑定技术, 利用颗粒流软件PFC^3D, 结合工程实际建立了不同含石率的颗粒流三维模型, 对模型进行了双轴模拟试验。结果表明, 低含石率时, 土石混合体与土体的力学性质类似; 同一含石率的土石混合体强度随着围压的增大而增大, 并有明显的残余强度; 随着含石率的增加, 双轴抗压强度随之增高, 块石骨架效应越发明显, 表现出显著的非均质、非连续性特征。     

基于AHP-FM法的堆积层斜坡稳定性分级

堆积层斜坡是第四系及近代松散堆积层的一类斜坡,也是滑坡灾害中主要灾种之一,然而一直以来缺乏专门针对堆积层斜坡的稳定性分级。该文以三峡库区为研究对象,选取堆积层斜坡11个主要影响因子并对单因子进行划分,建立因子层次结构。运用层次分析(AHP)和模糊数学(FM)方法,通过对影响因子进行权重分析以及建立堆积层斜坡稳定性分级隶属函数,将堆积层斜坡稳定性分为四级并建立了堆积层斜坡稳定性分级系统,为堆积层滑坡的合理防治方案提供帮助。最后通过工程实例验证,与极限平衡法结果对比效果良好。     

不同腔形下盐岩储库区地表最大变形预计新方法

众多已有盐穴地下储库群地面沉降监测数据和灾变实例表明盐穴储库群地面变形预测与控制是保证储库长期安全稳性运营的关键问题之一。中国盐岩地层盐层薄、成层分布的特点加剧了库区地表发生沉陷的灾变程度,直接影响到中国盐穴地下能源储备的安全。采用 Gaussian 曲线表示沉降分布,结合腔体收敛函数,建立了一套有别于概率积分法的地表变形预测理论—传递函数法。在此基础上,结合中国盐岩地层特点,对比计算了相同体积下椭球形、梨形与圆柱形溶腔在发生腔体完全收敛时所导致的地表最大变形量,并利用迭加原理对不同腔群分布形式、不同腔体间距下库区地表最大沉降进行了比较。研究认为,当单腔发生完全收敛时椭圆形腔体造成的地面沉降量最小,圆柱形最大;而库群对比计算结果表明腔体中心间距的增加将导致最优腔形的变化,并非椭圆形腔体始终最优。研究成果为中国油气储库建设中库区地表变形预测、腔体形状和布局优化以及相关规范的制定等方面提供了理论依据。     

页岩结构面特征及其对水力压裂的控制作用

页岩是沉积岩中的一种，具有十分明显的层理构造。探究页岩层理结构面对其水力压裂行为的影响，对页岩气的开采具有重要意义。通过对鄂尔多斯盆地南部延长组页岩不同尺度下（米级到十微米级）沉积结构特点的分析，结合不同层理倾角条件下的大尺寸页岩试样水力压裂试验，研究了页岩结构面（层理面）的特征及其对水力压裂过程和结果的控制作用。结果表明，米级、分米级、厘米级、毫米级和10微米级等不同研究尺度下的纹层平均厚度分别为2.26 m，2.09 dm，1.70 cm，1.48 mm和11.7μm，呈现出分形特征，且分形维数为1.06。页岩水力压裂行为受层理结构面影响显著，主要体现在压裂前后裂缝形态对比与破裂压力两个方面。层理倾角小于30°时，页岩试样压裂前后裂缝形态对比明显，新生裂缝较多，破裂压力较大，且随着层理倾角的增大急剧减小；大于45°时，压裂前后试样的裂缝形态几乎没有改变，破裂压力较小，且随着层理倾角的增大呈现小幅度的波动；整体上不同层理面角度下页岩的破裂压力呈斜“S”型变化。试验中的裂缝扩展，水压曲线以及破裂压力随层理倾角的不同均发生变化。     

砖混楼房爆破拆除缺口参数研究

叙述了砖混楼房爆破的倾倒与破坏解体过程，提出了爆破缺口参数的计算式，并应用于拆除爆破工程实践，取得了满意的爆破效果。     

岩石扩容起始特性与峰值特性的比较

边坡、隧洞、矿井等岩土工程的失稳过程都伴随着岩体的扩容现象,研究各种工程岩体的扩容特性对工程岩体稳定性评价有重要意义。采用TAW-2000电液伺服岩石三轴试验机,通过对8种岩样的单轴、三轴压缩试验结果分析,获得了低围压下的应力-体积应变曲线,寻求不同岩石的扩容起始点的的变化规律,揭示岩石扩容起始特性与峰值点特性的对应关系。研究结果表明：①岩石扩容起始点处的应力随着围压的增大而增大,并且相比峰值点应力变化,扩容起始点的应力随着围压的变化更强烈;②分别定义了岩石的扩容起始点与峰值点的应力比和应变比计算公式,应力比和轴向应变比呈现很强的线性相关性,并且与其岩性和围压无关。如果确定了峰值点的应力应变关系,便可以较方便地找到岩石的扩容起始点。通过岩石扩容起始点与峰值点变化规律的研究,找到了一条确定岩石扩容起始点的新思路,对岩石的长期强度预测提供了理论依据。     

爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化研究

通过实验室模型试验以及对具体边坡工程的数值模拟相结合的方法分析了在爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化过程。模型试验中在距离爆源的不同位置进行取芯并对其进行了强度以及超声波探测;数值计算采用DYNA-2D软件对具体边坡爆破工程进行数值模拟研究。通过研究发现,在距离爆源不同的位置爆炸冲击作用对岩体所造成的影响程度也不同,承载性能、超声波传播速度的衰减也不同,通过模拟整个爆炸作用过程也可看到与模型试验同样的演化趋势。     

Research on Mechanism of Rock Burst Generation and Development for High Stress Rock Tunnels

Through the investigation and analysis of high stress distribution in surrounding rock during the excavation of rock tunnels,the key factors to cause rock burst and the mechanism of rock burst generation and development are researched. The result shows that the scale and range of rock burst are related with elastic deformation energy storied in rock mass and the characteristics of unloading stress waves. The measures of preventing from rock burst for high stress rock tunnels are put forward.     

地下采掘诱发斜坡失稳破坏机制研究——以武隆鸡尾山崩滑为例

对国内外地下采掘诱发山体崩滑案例与研究现状进行详细归纳,系统总结此类地质灾害发生的主要特点。为进一步加深对采动滑坡机制的认识,以重庆武隆鸡尾山崩滑灾害为例,采用基于连续介质的离散元方法,建立鸡尾山崩滑体大型三维数值模型,借助GPU高性能加速计算技术,再现滑坡体在地下采掘作用下的失稳破坏过程,研究地下采掘对坡体应力场和位移场的影响,分析崩滑体的形成机制与运动规律。研究结果表明：鸡尾山崩滑体的发生过程为“前缘关键块体外侧局部崩塌→后缘坡体整体滑动→岩溶带剪断突破失稳”,并从应力和变形的角度对这一失稳模式进行精细分析,认为地下采掘是导致鸡尾山崩滑发生的主要诱发因素。