一种基于GSI弱化的应变软化模型

Mohr-Coulomb和Hoek-Brown破坏模型是目前运用最广泛的两种岩体破坏模型。为了能够直观地描述围岩高应力条件下的脆性破坏,众多学者提出基于这两种破坏模型的岩体参数取值方法,主要包括基于Mohr-Coulomb模型的CWFS模型以及基于Hoek-Brown模型的DISL模型和BDP模型。上述模型在表征岩石的脆性破坏方面均有一定的适应性,但是由于存在高围压条件下的硬化现象以及参数取值物理意义不明确等问题,其在实际工程中的应用受到一定限制。在上述模型的基础之上进一步研究Hoek-Brown破坏模型的参数取值规律,在分析地质强度指标GSI值在岩石压缩变形过程中的变化规律的基础上,通过构建地质强度指标GSI值与围压以及塑性应变的函数关系式,建立一种新的基于GSI弱化的应变软化模型——GSI弱化应变软化模型;然后通过锦屏二级水电站白山组大理岩以及Tennessee大理岩三轴压缩试验数值模拟对该模型进行验证。分析表明：该应变软化模型能够较好地模拟大理岩的三轴力学特性。最后运用该模型评价锦屏二级水电站引水隧洞开挖松弛范围,可为岩体开挖支护提供一定参考。     

脆性岩石损伤与热传导特性的细观力学模型

 基于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热–力耦合荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导特性模型。其中,损伤模型可考虑非等温条件下裂纹的法向压缩变形、刚度恢复以及裂纹的滑动剪胀特性,热传导特性模型可反映损伤过程中细观结构的演化以及裂纹形态、孔隙率和饱和度变化对岩石有效热传导特性的影响。讨论低孔隙率结晶岩裂纹形态和饱和度对其有效热传导特性的影响;采用瑞典Äspö闪长岩在三轴压缩条件下的应力–应变曲线验证损伤模型的有效性,并分析岩石在损伤演化过程中裂纹体积率、密度、形态、饱和度和有效热传导特性的演化规律。研究成果对于深部岩体的热–力耦合特性研究具有一定参考意义。     

花岗岩裂隙中的水-岩换热

为了研究裂隙岩体中的渗流传热问题，研发岩石裂隙水-岩换热试验系统，采用控制变量法对花岗岩裂隙试样开展不同温度、体积流量、水力开度下的对流换热试验.基于Forchheimer方程分析裂隙渗流流态，计算换热系数，定量研究温度、体积流量、水力开度的影响，并进行各影响因素的敏感性分析.结果表明，在体积流量和水力开度不变的情况下，随着裂隙试样温度由70℃升高到100℃，出口水流温度和换热系数均提高；在裂隙试样温度与水力开度不变的情况下，体积流量从10 mL/min增大到80 mL/min，出口水流温度线性降低，换热系数与体积流量增长关系为幂函数关系，且随着体积流量增大其增长速度减缓；裂隙试样温度与体积流量保持不变，裂隙水力开度增大，换热系数线性减小，裂隙粗糙度增大，换热系数增大.利用敏感性函数对换热系数进行影响因素的敏感性分析，换热系数受裂隙试样温度的影响最大，其次是裂隙体积流量，影响最小的是水力开度.     

三峡茅坪溪防护坝沥青混凝土心墙变形监测

在对茅坪溪防护坝施工期沥青混凝土心墙进行安全监测时,对心墙应变、应力、变形及温度状态等观测资料进行了较详细的分析探讨.目前监测结果为:心墙底部压应力测值增长与心墙高程升高关系协调.心墙不同高程处的应变主要受温度、上部荷载及两侧过渡料性质影响,从测值分析,心墙中上部应变随高程升高其值增长较快.心墙与过渡料间位错变形为-0.32～-32.95 mm,反映心墙压缩变形大于两侧过渡料沉降变形,且心墙中部变形较上下部变形要大.底部心墙与基座间水平变形为-1.85～17.89 mm,变形初期主要受施工影响,后期施工对其影响较小,总体变形稳定.分析表明心墙现阶段变形稳定,符合土石坝变形基本规律.     

考虑黏聚力损失的岩石残余强度模型与数值验证

岩石的峰后力学性质对于维持岩土工程结构的稳定性至关重要,为研究岩石峰后残余强度的确定方法,利用岩石进入残余强度阶段后摩擦力强度增强、黏聚力强度减小的特点,通过假定岩石进入残余变形阶段后黏聚力强度为0,基于HOEK-BROWN破坏准则,建立了一种考虑岩石进入残余强度阶段时黏聚力损失的岩石残余强度模型。用该模型拟合完整粗晶大理岩的室内三轴试验结果,并与已有M-C模型和Joseph模型等方法对比分析,讨论了模型的优势。将该模型嵌入到FLAC3D软件中进行数值模拟验证,结果表明:该岩石残余强度模型能正确反映不同围压条件下岩石力学响应的基本规律,得到的残余强度值与试验结果吻合良好,其随围压变化的拟合曲线符合试验数据拟合结果的特点,即经过原点及高围压条件下未出现应变硬化现象。研究成果对分析岩石残余强度的确定方法具有较强的参考价值或指导意义。     

裂隙岩体渗透张量计算及其表征单元体积初步研究

基于三维节理网络模拟技术,应用渗流能量叠加原理,推导节理岩体渗透张量的理论计算公式,在此基础上提出裂隙岩体渗透表征单元体积的确定方法。该方法考虑空间节理的具体分布和连通情况,同时根据节理的开度变化和立方定理又可分析应力场对渗透张量的影响,可方便、有效地进行裂隙岩体渗透特性的分析。随后讨论节理迹长、间距、开度、产状和组数等结构面几何特征对岩体渗透特性及表征单元体积的影响。最后采用上述方法,以拉西瓦水电站右岸岩体为例,计算工程岩体的渗透张量,并分析渗透表征单元体积大小及地应力对其渗透特性的影响。研究结果在工程设计中具有应用价值。     

同伴教学(Peer-Instruction)模式下水利工程地质教学改革探索

工程地质课程具有综合性、理论性和实践性强的特点,复杂的工程问题与地质问题交织,使学生对问题的理解只能停留在表面上。水利工程地质,作为水利水电工程专业一门重要的专业基础课程,主要还是以传授知识为主要特征的"讲授法"教学模式。在这种教学模式下,很多学生觉得课程内容繁杂、枯燥,概念抽象,只有死记硬背,培养学生观察现象、发现问题和解决问题能力的愿望难以实现。同伴教学(Peer-Instruction,简称PI)坚持"以学生为学习主体、以教师为引导者"的教学理念,改变了传统的课堂教学模式。结果表明,PI教学理念下的水利工程地质教学改革初见成效,使学生获得地质知识的同时,增强了学习的积极主动性,也提高了教师的教学研究水平。     

岩体结构面HM耦合分析的界面层模型

结构面对岩体力学性质、渗透特性及水力(HM)耦合过程起控制作用,其变形、渗流及HM耦合机制是岩体多场耦合研究的关键科学问题.从岩体HM耦合分析的角度,将结构面概化为界面层,采用张开度、刚度或Lame常数等参数表征界面层的几何特征及物理力学特性,研究界面层在法向应力作用下的闭合变形特性、压剪作用下的剪胀与剪缩演化规律以及变形与渗流耦合特性,建立考虑弹性、弹塑性及峰后力学特性的界面层变形模型,推导能考虑HM耦合效应的渗流广义立方定理及非饱和渗流模型.研究表明,基于界面层的结构面变形、渗流及HM耦合模型可以得到试验验证,模型参数可以通过简单的试验获得.采用界面层模型进行HM耦合研究使得变形与渗流分析建立在相同的物理模型基础上,有利于更好地揭示岩体HM耦合机制,提高多场耦合分析的可靠性.界面层模型不仅可应用于不连续介质的HM耦合分析,也可用于等效连续介质的HM耦合分析.     

水利类专业工程地质课程教学研究与改革探索

工程地质是水利类本科生的一门重要专业基础课,课程教学内容和环节丰富,难点较多,实践性强.如何在课堂教学和野外实践教学中有效提高教学质量是一个值得探讨的问题.文章详细分析了水利工程课程中的难点及教学中存在的问题,从课堂教学、实践教学、英文教学及课程考核等方面全面介绍了课程教学经验及改革探索.提出课堂教学应注重理论紧密联系工程实际,实践教学应注重培养学生动手技能和发现、分析、解决工程地质问题的能力,开展英文教学是培养国际人才的必然趋势,考核机制应全面反映学生的综合能力等观点.     

白鹤滩水电站蓄水过程左岸厂区渗控效果评价

白鹤滩水电站左岸地质条件复杂,发育层间错动带、层内错动带和柱状节理玄武岩等软弱地质结构。左岸厂区布置大规模的防渗排水系统,合理有效地评价其渗控效果对水电站的安全运行有着重要的指导意义。结合2021年4月—2022年3月蓄水过程的监测成果分析白鹤滩水电站左岸厂区渗流规律,评价渗控效果。结果表明：左岸厂区最大渗流量为1249.14 L/min,总渗流量明显受上游水位变化影响,第3、7层排灌廊道渗流量占总渗流量的69.5%。防渗帷幕部位的压力水头随高程的降低而增加,C2位置压力水头明显增大。结构面C3、C3-1、C2和LS3152是渗透薄弱部位,其渗流量较大,渗压水位随上游水位变化明显,容易成为渗漏通道。从整体上看,厂区的排水孔幕能有效消减压力水头,总渗流量维持在合理范围内,总体渗控效果良好。