基于纵波波速值的岩体质量分级及变形模量估算

岩体质量分级是经验设计的基础,被广泛应用于岩体工程中。但岩体级别或岩体质量指标往往包含众多影响因素,在实际工程中获取各影响因素的完整资料是非常困难的。应用已有研究成果及西藏某水电站的实测数据,建立了利用岩体纵波波速Vp值估算岩体质量分级方法的公式。并在此基础之上,对CSMR值与岩体变形模量Em的相关性进行讨论,建立经验估算公式,对目前国际上通行的估算岩体变形模量的经验方法进行了补充,以达到更为简便、直观、快速地预测岩体力学参数目的。     

结构面粗糙度系数的三维分形表征

结构面粗糙度对结构面的抗剪强度有重要影响,进而影响工程岩体的变形破坏行为。基于高精度三维激光扫描技术,以贵州某水库拱坝基岩结构面为研究对象,现场采取泥质白云岩结构面、白云岩结构面、泥质白云岩与白云岩接触面三类优势结构面并对各岩样结构面表面进行扫描,获取三维形貌数据,建立了数字高程模型。采用MATLAB软件编写立方体覆盖法程序,进而精确求取每个结构面的三维分形维数,同时采用均方根方法估算每个结构面的三维粗糙度系数,然后建立两者之间的关系式。研究结果为将结构面粗糙度系数表征方法从二维拓展到三维提供了一种新思路。     

基于三维激光扫描技术的结构面抗剪强度参数各向异性研究

结构面粗糙度系数(JRC)是影响结构面抗剪强度的关键因素之一,结构面粗糙度和结构面抗剪强度各向异性研究对于工程岩体变形和稳定性分析具有十分重要的意义。鉴于目前基于三维激光扫描技术进行分形维数与结构面抗剪强度各向异性的研究成果较少,本文以贵州省某水库拱坝地基白云岩结构面为研究对象,采用三维激光扫描技术获取结构面表面形貌数据,建立表面形态三维数字高程模型,基于变差函数法研究结构面分形维数的各向异性。根据Barton标准轮廓曲线建立粗糙度系数(JRC)与分形维数(D)之间的函数关系式。根据结构面粗糙度各向异性与结构面的实际受力状态,基于Barton方程进行结构面抗剪强度参数的各向异性研究,结果表明:c,φ值分别为0.20~0.75 MPa和9.09°~36.87°,并且各向异性均较明显,在同一剪切方向φ值越小,c值呈越大的趋势。     

基于立体投影和3DEC的某水电站裂隙岩体边坡稳定性研究

裂隙岩体边坡稳定性研究是国内外岩土工程领域研究的热点问题,传统方法在评价裂隙岩体边坡稳定性时具有诸多限制。本文以某水电站溢洪道开挖边坡为例,提出了考虑确定性结构面与随机性结构面,基于立体投影和3DEC的裂隙岩体边坡稳定性分析方法。在水电站工程地质调研的基础上,确定了优势结构面,开展了结构面力学参数的现场试验,采用立体投影方法进行了设计边坡角下边坡可能滑动模式分析;依据可能的滑动模式,建立了三维非连续地质模型与数学力学模型,进行了自然、暴雨、地震三种工况下的位移与稳定性分析。该成果为裂隙岩体边坡稳定性研究提供了一种新的高效的方法,对相似工程具有借鉴作用。     

剪切荷载下贯通结构面应变能演化机制研究

 开展贯通结构面剪切荷载下应变能演化规律研究,有利于更好地理解岩体复杂的力学行为。以重庆武隆鸡尾山滑坡岩体结构面为例,综合利用三维激光扫描、红外热成像以及离散元数值模拟等技术,开展岩体结构面室内与数值试验,获取剪切破坏全过程应变能演化规律。研究结果显示：(1) 贯通结构面剪切破坏时,能量集聚发生在岩体结构面表面,其中面向剪切方向的部位,能量集聚相对较多,证明这些部位在剪切破坏过程中起到主要抗剪作用;(2) 贯通结构面上下盘接触部位在剪切破坏前,发生能量集聚现象,弹性应变能增加,当增加到能量极限时,接触部位岩体被剪断破坏,能量释放,应变能减小。并且不同部位的应变能演化规律不一样,结构面中部位置剪切破坏时上下盘可能发生多次摩擦,能量演化也交替出现集聚与释放现象;(3) 红外热成像试验温度分布结果与数值模拟弹性应变能结果具有较好的一致性,说明数值模拟数据真实可靠。该研究成果对完善岩体不同荷载下的能量演化机制做出了一定贡献。     

岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法

岩体结构面粗糙度系数JRC影响着岩体的变形、破坏以及渗流特性,其数据采集与评价取值问题一直是岩石力学领域的热点和难点。目前研究方法多集中于二维,无法体现JRC的三维特性;即使现有的三维评价方法,也多数仅从几何数据单方面入手,没有考虑JRC的各向异性。鉴于此,提出基于光亮面积百分比BAP的岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法。首先,运用三维激光扫描技术,建立岩体结构面三维数字模型;其次,通过模拟虚拟光源,在岩体结构面表面产生光亮与阴影,并生成图片;然后,基于图像分割技术,设置灰度阈值,提取大于灰度阈值的光亮部分面积,并计算岩体结构面的光亮面积百分比;最后,结合R. Tse和D. M. Cruden提出的JRC计算公式,考虑剪切或渗流方向,得出岩体结构面三维粗糙度系数估算公式。以鱼简河水库工程为例,实验结果表明：(1) 在光源照射角度相等的情况下,光亮面积百分比与岩体结构面三维粗糙度系数成正比关系。(2) 通过对比分析,光源照射角度过大(70°～85°)或过小(5°～35°)时,易产生误差,入射角介于35°～70°范围内时为最佳入射角。(3) 基于该工程数据推导出JRC3D与BAP之间的估算公式。通过验证,试样Y10,Y11,Y12根据R. Tse和D. M. Cruden公式所得到的JRC3D分别为16.47,16.81,16.69,根据新估算公式计算的JRC3D分别为17.20,17.40,17.17,具有较好的一致性。     

不同风化程度岩体弹性模量的确定方法研究

岩体弹性模量的确定是国内外岩石力学界研究的热点课题。采用损伤力学、声波测试方法与Monte-Carlo模拟技术,从理论上推导出估算不同风化程度岩体弹性模量的方法,并将该方法应用于贵州省鱼简河水库拱坝地基弹性模量估算中。通过与原位试验结果对比分析,说明利用该方法所确定的弹性模量比较接近岩体的实际弹性模量。结果表明,对于一些大型工程的初步研究阶段,当需要对岩体弹性模量作出初步判断时,可以利用Monte-Carlo模拟技术与室内岩块试验的方法估算不同风化程度岩体的弹性模量。     

自平衡两轮机器人的控制系统设计

介绍了基于LF2407A DSP的两轮机器人控制器的设计,以及电机控制PID算法。利用这个控制器实现了对两轮机器人样机的轨迹控制。     

基于3D离散元的岩质边坡最大开挖角确定

为解决岩质边坡最大开挖角确定的问题,利用3D离散元软件模拟边坡渐进开挖过程,探讨岩质边坡失稳的动态过程,从而确定岩质边坡的最大开挖角。以某水电坝址岩质边坡为例,对其进行数值模拟,结果所确定的最大边坡开挖角为47°。数值分析表明,将47°作为无支护条件下的边坡开挖角是合理的,与运动学方法所确定的38°开挖角相比,更接近实际的极限情况。故用3D离散元确定节理岩质边坡的最大开挖角具有一定的实际应用价值,对边坡分级开挖,确定合理边坡开挖角具有一定的指导意义。     

陆浑水库坝基渗透稳定性评价与预测

在厘定水文地质模型的基础上 ,运用数理统计和数值模拟成功地解决了困扰水库正常运行的坝基渗流问题 ,获得了关于坝基渗透稳定状况及其变化趋势的认识。研究表明 ,目前大坝的运行状况正常 ,水库在缓慢蓄水过程中 ,截水槽的薄弱部位可以得到渗透加固 ,截水槽中的填土与岩石结合面的抗渗比降可达 45以上 ;上游铺盖与截水槽结合下游排水的防渗体系有效地控制了坝基渗流 ,这为水库投入正常高水位 (31 9 5m ,32 7 5m ,331 8m)运行提供了理论依据。