深部巷道分区破裂化计算理论与实测对比研究

通过深入研究深部工程围岩压力、位移累积大小和应力应变峰后下降快慢对围岩能量汇聚与释放、耗散与储存的特征影响关系,发现随工程埋深增加,围岩释放能量随破坏影响范围具有等级递减特征规律。首次提出围岩压力与扰动荷载"静动"组合作用理论计算模型,弄清了深部岩体动载扰动下含能岩体势能转化为动能的规律,给出了围岩分区破裂化序列大小规模相适应的特征能量阈值,揭示了"静动"组合特征能量大小是决定产生分区破裂化的关键机制。通过与现场实测和室内模拟实验结果对比,验证了理论与计算方法的正确性。提出的特征能量因子及其理论方法为探寻复杂岩土工程(如复杂边坡等)灾变预测、预报及防控提供了新的理论与技术路线。     

地质体构造层次变形破坏的动力特性及地震预报

 通过近30 a来利用破坏的密度准则及动力事件时间参数在变形破坏过程中的变化规律方法对矿山冲击及地震预测取得的成果进行综述。 首先介绍破坏的密度准则物理力学意义；然后介绍在岩体不同层次上变形破坏的自相似特性及破坏的临界密度指数分形特性。最后回顾利用密度准则预报矿区中的矿山冲击、微地震及不同能量的地震方法及这些方法的有效性。该综述将对我国本领域学者具有一定的借鉴作用。     

弹体在岩石中侵彻与贯穿计算原理

根据岩石抗侵彻过程中变形和破坏状态，提出了岩石的变形与破坏模型。利用波阵面上的动量守恒关系和弹体表面的运动规律，得到了有别于国内外的作用在弹体表面的应力表达式。通过破碎区与径向裂缝区的能量传输关系，得到了侵彻与贯穿问题中的比例换算关系，从而推出了具有工程尺度的侵彻计算公式和具有物理基础的贯穿过程。通过与国内外现有的经验公式计算结果对比分析，验证了本公式的可靠性。     

岩体的构造层次及其成因

岩体具有复杂的构造层次,这种构造层次的范围从微观一致延伸到宏观。但是对于这种构造层次的形成原因到目前为止还没有就内因及外因进行系统的研究。本文基于现有的地质力学研究成果及物理理论对于岩体构造层次形成的原因进行了系统研究。从研究结果可以看出,岩体构造层次的形成既具有岩石初始形成过程中的原因,也有后来的地质运动原因。在岩石形成时,由于不平衡状态的存在及与周围环境进行能量及物质交换,出现了自组织过程及耗散结构,从而形成了相互嵌入的自相似分形结构。地质运动原因是由于外部作用的存在使得地壳处于不平衡状态。不平衡状态为岩体的变形与破坏不断提供能量,从而形成耗散结构。在不同的年代形成不同层次的断层,邻近断层相互成45°角,尺度按2因子变化。由于岩体中存在着自相似分形结构,嵌入系数就是岩体内部构造自相似性的一种外在表现。     

爆炸荷载作用下深部块体变形运动规律研究

首先分析岩石作为地质体的非连续构造的块体性特征和运动变形机制，通过引入理论计算模型，总结块体运动和变形的理论计算方法；然后，运用数值手段研究爆炸荷载作用下块体运动和变形的基本规律，再现块体运动和变形的过程特征；最后，探讨相关参数对块体运动和变形规律的影响，包括爆炸距离、块间填充物的厚度和强度特征等。     

弹粘塑性孔隙介质在冲击荷载作用下的一种本构关系--第一部分:状态方程

利用弹塑性介质的不可逆热力学的普遍关系，对弹粘塑性孔隙介质在冲击静水压力作用下的力学行为进行了研究。在本构关系中，使用了对于固体来讲更为合理的德拜形式的自由能。利用等效应变法，考虑了孔隙率对孔隙介质在冲击静水压力作用下的力学行为的影响，并得到了孔隙率演化方程。最终得到的本构关系符合不可逆热力学定律，形式相对简单，物理意义明确。数值计算结果与已有结果吻合很好。     

深长隧道突水地质灾害三维模型试验系统研制及其应用

深长隧道突水地质灾害中的最小安全隔水岩层厚度研究对于工程设计施工具有重要指导意义。基于相似模型试验的方法,研制出一套深长隧道突水地质灾害三维模型试验系统。该系统由三维模型试验主装置、试样成型装置以及模拟隧洞开挖卸荷掘进装置组成,能够满足模型对所受地应力场、水压等初始环境的模拟。试验系统具有荷载稳定、可精确模拟隧洞开挖、试验方便简洁、周期短并能开展大样本统计试验等特点。将该试验系统应用于成都—兰州(成兰)铁路线龙门山隧道的突水三维模型试验中,试验围压、轴压为0.6 MPa,水压为0.2 MPa时,获得模型最小安全隔水岩层厚度为47 mm,试验结果可有效指导工程的设计与施工。     

深部隧道围岩的流变

隧道围岩的流变对于隧道的长期稳定性影响很大,尤其对于深部隧道来讲更是如此. 目前利用线性及非线性粘弹性流变模型对于隧道围岩的研究较多,初始状态多取为弹性状态. 但在深部,由于初始地应力很大,在隧道开挖后,可能会马上出现塑性区. 因此初始参照状态应该取为弹塑性状态,而且应该考虑塑性区及弹性区力学性质的不同. 现利用Shvedov-Bingham模型理论研究了隧道围岩在初始时刻出现塑性区情况下的流变情况,并考虑塑性区及弹性区力学性质的不同, 给出了流变区半径及应力应变的解析解,并分析了应力分布及流变半径的变化规律.     

爆炸与冲击中的非线性岩石力学问题(I)：一维块系岩体波动特性的试验研究

与岩体构造层次相关的摆型波现象正逐渐形成非线性岩石力学的重要研究方向,并在诱发地震、岩爆及其他地震动事件的研究中展现出了重要的应用前景。利用自行研制的块系岩体动态力学性能测试试验系统,进行一维块系岩体模型的波动特性试验研究,测得一维冲击条件下块体振动的的频谱、振幅、波速特征,获得了迥异于连续介质中波动特性的摆型波特征现象,试验结果表明：一维冲击作用下,在冲击振动通过块系构造岩体向前传播的过程中,发生了从高频振动向低频振动的转移;相邻岩块间发生位移相差很大、甚至位移符号相反的相互对应的摆动;随着冲击比例距离的增加,块系岩体各块体加速度、位移幅值按指数形式衰减;摆型波传播的速度远远小于连续介质中纵波的传播速度,主要取决于块体间的裂隙宽度以及块体的运动速度。     

超高速长杆弹对岩石侵彻、地冲击效应理论与实验研究

针对超高速动能弹侵彻、地冲击效应研究现状,指出超高速对地打击效应研究中存在的问题。利用流体弹塑性内摩擦侵彻理论对流体动力模型进行研究,阐明超高速动能弹与常规钻地弹侵彻的本质联系与区别,界定超高速侵彻速度内涵范围。研究表明:随弹体侵彻速度增加,靶体介质发生了从弹塑性状态–内摩擦拟流体–流体动力状态的转换,从而呈现出弹体质量磨蚀作用所致的侵彻深度逆转、弹体侵蚀作用所致侵彻深度趋向极限等超高速侵彻特征力学现象。此外,还给出岩石中超高速侵彻深度、成坑范围计算方法和公式。