天然和饱水状态B类角砾岩的力学性质及其对地下厂房稳定性的影响

 从现场勘查、室内试验和数值计算的角度对某厂房出露的B类角砾岩的岩体特性、力学性质与开挖卸荷后围岩稳定性做系统的分析。室内试验结果表明,0～15 MPa围压下B类角砾岩表现典型的弹脆塑性;饱水试样在相对较高围压下加载时,试样的变形趋于均匀化,此时弹性模量不再随围压增大而增大。峰值强度的离散性较大,这是由于试样中方解石含量不同,随方解石含量增大,试样峰值强度增大;饱水状态试样较天然状态内摩擦角小而黏聚力大,体现水对角砾岩黏结强度的提高和内摩擦因数的弱化作用;利用角砾岩区域的三维数值模型计算得到开挖卸荷条件下B类角砾岩区域围岩的基本力学响应。计算结果与现场监测数据吻合较好。经过对B类角砾岩出露区域系统地加强支护,确保了施工期角砾岩区域的稳定性。     

数字化结构面三维随机网络模拟及其有效性检验

岩体结构面网络模型的可靠度直接影响后续渗流计算结果的可信度。针对我国高放废物处置库甘肃北山预选区出露良好的花岗岩体,利用GPS,GIS等数字化测量分析技术展开岩体结构面精细调查,获取10 000余条结构面特征参数,经数字化统计、处理,建立三维随机网络模型,并对该模型开展图形与数值有效性检验。结果表明:相比传统方法,数字化测量处理手段改善了统计样本数量与精度不足的困局,较好地实现了区域岩体结构面精细调查,具备理想检验效果的随机模型更适用后期力学、渗流数值模拟计算。     

激光扫描隧洞变形与岩体结构面测试技术及应用

提出了基于三维激光扫描技术的隧洞变形与岩体结构面非接触原位一体化测试技术,建立了基于三维激光扫描信息的岩体结构面定量表征方法。以中国锦屏地下实验室二期工程中的深埋隧洞群为例,应用了本研究的测试技术,介绍了相关测试结果,主要包括隧洞变形和结构面测试的三维激光扫描方法,优势结构面的统计与变形综合分析,并以#5实验室的典型岩爆案例分析了三维激光扫描获得的灾变机制,评价了隧洞锚喷支护设计方法,进一步讨论了三维激光扫描的隧洞变形与岩体结构面测试技术存在的缺陷和改进方法。为隧洞岩体变形、结构面分析和安全监测评价提供了重要支撑。     

含不同胶结充填物的碳酸盐岩层面剪切力学特性试验研究

 层面是层状岩体稳定性的主控结构面,层面的剪切力学行为及抗剪强度对建造于层状岩体中的地下工程具有重要影响。由于成岩时期物化作用的差异,同一工程场址常发育不同地质特征(胶结充填物、粗糙度等)的层面。为了深入了解不同类型层面的剪切力学特性,利用乌东德水电站地下厂房区域取得的胶结层面试样开展常法向应力及峰后降法向应力直剪试验。试验结果表明,不同地质特征的层面表现出不同的剪切力学行为,按有无明显峰值可将剪切变形–剪应力曲线分为2类,无明显峰值层面的粗糙度和表面附着物均有别于有明显峰值层面。法向变形与法向应力直接相关,但与层面类别之间的关系不明显。不同类型层面还表现出不同的剪胀行为及相应的剪胀角差异。胶结层面抗剪强度低于完整岩石但高于已分离层面,对层状岩体起弱化作用。按层面地质特征对其进行分类有助于进一步理解层状岩体的复杂力学行为,而选择不同层面力学模型可使计算更贴近实际工程岩体特征。     

节理间距对柱状节理玄武岩隧洞稳定的影响研究

在提出一种改进的包含节理间距的柱状节理模型的基础上,针对节理间距、节理倾角、围压三者联合作用对柱状节理岩体应力–应变曲线、岩体强度的影响进行了深入的研究。研究结果表明:(1)节理间距增大至一定程度时,其岩体强度等于岩块强度;节理间距减小至一定程度时,其岩体强度等于遍布节理强度;(2)节理间距对岩体应力–应变曲线的3个阶段均有较大影响,弹性变形、屈服强度和残余强度,均随着节理间距的增大而增大;(3)当围压增高时,节理间距导致的岩体劣化特征减弱,到达岩块强度和遍布节理强度的节理间距均减小;(4)当某一节理面倾角小于45°-φ/2或者大于45°-φ/2时,岩体不沿节理面破坏,即使改变节理面间距,其强度也不发生变化;而当节理面倾角大于45°-φ/2小于45°-φ/2时,岩体沿节理面发生破坏,并且随着节理面间距的增大,强度增大;(5)一类柱状节理可以按照遍布节理模型来考虑,但是二类、三类柱状节理由于节理间距较大不能按照遍布节理来考虑,而应采用本文所提出的包含节理间距的柱状节理模型。     

深埋硬岩隧洞复杂岩性挤压破碎带塌方过程及机制分析——以锦屏地下实验室为例

 深埋大断面隧洞开挖同时揭露多种不同岩性的岩体,各岩体之间物理力学性质差异大,其破坏规律也不相同。深入研究复杂岩性挤压破碎带的塌方演化过程及机制,对于防塌和治塌具有重要作用。针对锦屏地下实验室二期中3#实验室的复杂岩性挤压破碎带区塌方,通过现场地质调查及矿物分析,发现该处破碎带本身岩性复杂、地应力高是影响这次塌方的关键因素。同时结合现场录像观察的塌落岩体破坏形态、室内电镜扫描结果和不同岩性岩体的空间分布特点,认为此次塌方具有明显的渐进性破坏特征;不同岩性岩体具有不同的破坏机制：南侧边墙和掌子面分布的花斑角砾状大理岩、溶蚀状大理岩为剪切滑移型破坏,北侧边墙方解石化大理岩为节理张开倾倒破坏,顶拱镶嵌组合胶结状大理岩、花斑角砾状大理岩和溶蚀状大理岩为重力型塌落破坏。基于现场录像观察到塌方发生时间的先后顺序和电镜扫描不同岩性岩体的破坏机制,归纳其演化过程为：开挖卸荷→隧洞周边薄层岩体松散垮落→南侧边墙岩体剪切滑移破坏→北侧边墙岩体节理张开倾倒破坏→在两侧边墙卸荷作用下顶拱岩体发生卸荷回弹→重力坍塌破坏。根据岩体破坏机制和塌方演化过程,建议采用围岩表面和内部综合治理的支护措施(初喷不少于10 cm厚的混凝土+带锚垫板的注浆锚杆+挂网+复喷混凝土)。该研究成果可为深埋隧洞穿越复杂 岩性挤压破碎带的类似设计、施工、支护提供参考。     

测量统计范围大小对结构面迹长估计的影响

 基于计算机模拟裂隙网络和典型露头实测结果2种数据,对比研究测量范围大小对迹长估值的影响。通过对比研究揭示测量范围大小对不同估值公式可靠性的影响,研究允许最小测量范围及其影响因素,发现窗口过大时有些计算公式也会出现明显偏差,并分析计算机模拟技术在该问题研究上的局限性。研究表明,对结构面迹长估值,首先应研究测量范围的适宜性及其对所采用估值方法的影响,否则,即便采用目前复杂的计算公式仍可能存在较大的取样偏差,为后续的结构面建模埋下隐患。另外,针对我国高放废物地质处置预选场地的典型露头进行的测量范围适宜性分析,也可为其接下去的结构面参数识别打下基础。