爆破损伤对岩体力学性能的弱化效应

爆破施工不可避免地会造成近场岩体损伤,影响工程安全。为探究爆破损伤的弱化效应,基于扰动因子D,评价爆破损伤对岩体力学性质及稳定性的影响。以纵波波速表征D的空间分布规律,计算损伤区岩体力学性质空间劣化情况,探讨D值的分布规律对岩体安全系数的影响。结果表明,损伤影响范围内岩质边坡力学参数随深度劣化明显;采用D渐变弱化的方式,能较好的反映爆破损伤对边坡稳定的实际影响。     

开采扰动岩体力学性质变异试验研究与探测分析

 根据弹性模量变化定义岩体损伤变量,结合室内岩石单轴全应力–应变循环加、卸载试验,探究岩石损伤过程中电阻率的变化,获得岩石单轴压缩各个阶段电阻率的变化规律,分析发现电阻率与弹性模量以及抗压强度之间的变化关系符合对数数学模型,可实现用电阻率变化表征岩体损伤变量。同时,利用刚性试验机进行大理岩三轴压缩试验,研究不同损伤状态下抗剪强度的变化规律,试验结果显示,不同损伤状态下弹性模量与抗剪强度变化关系符合对数数学模型,且整体变化规律差异不大。根据上述研究结果,最终建立损伤过程中电阻率、弹性模量、抗压强度及抗剪强度之间的经验公式,实现用电阻率变化表征扰动岩体的力学性质变异。最后,利用抚顺东露天矿边坡现场高密度电法探测结果,得出边坡地层开采扰动前后视电阻率变化,代入经验公式估算出扰动边坡岩体的力学参数,为进一步分析井工开采扰动边坡的稳定性提供岩石力学参数选取依据。     

断续节理岩体声学力学特性试验研究

断续节理对岩体强度的影响及其评价方法一直是岩体力学领域研究的热点和难点。采用石膏制作含有不同节理倾角、密度及连通率组合的断续节理岩体试样,共计45组,每组试样先后开展超声波波速测试和单轴压缩试验,分析试样力学参数和声学参数间的关联特性,探索节理分布特征对岩体破坏模式及单轴抗压强度的影响,最终提出断续节理岩体单轴抗压强度的取值方法。结果表明,纵波波速与节理连通率呈正相关,随节理倾角增大近似"V"型先减后增;单轴抗压强度和弹性模量随节理连通率的增大而增大;单轴抗压强度随节理倾角的增大近似"U"型先减后增;总结提出了断续节理岩体的4种破坏模式,并认为节理与加载方向成45°夹角时最易破坏;最终提出了基于岩体及岩石纵波波速、岩石内摩擦角、节理倾角的岩体单轴抗压强度与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系。     

基于爆破累积损伤的边坡稳定性变化研究

爆破开挖所引起的邻近边坡岩体的扰动和损伤,特别是多次爆破产生的累积损伤效应,必然导致岩体力学参数弱化,是造成边坡破坏甚至失稳的重要影响因素。根据所建立的损伤模型,采用声波测试法,对边坡岩体在爆破荷载作用下的累积损伤效应进行了现场试验研究,并根据损伤研究的结果对边坡岩体抗剪强度参数进行折减;基于强度折减法和时程分析法,应用有限元软件ANSYS对爆破荷载作用下的边坡安全系数变化规律进行研究。研究结果表明:每次爆破震动的直接作用使边坡安全系数降低5.1%~12.6%,爆破累积损伤的作用使边坡的安全系数下降了35.2%,多次爆破条件下,爆破损伤对边坡安全系数的影响比爆破载荷本身的影响更大;地震波载荷作用下,随着边坡强度参数的折减,坡底节点水平最大位移也在不断增加,主要原因是由于边坡强度折减造成的塑性位移增加;爆破振动对软弱边坡稳定性的影响更加明显。     

H－B模型安全系数法在岩质边坡中的应用

为了深入研究岩质边坡稳定性的评价标准与理论,首先根据单元安全系数理论,推导了基于H-B准则的点安全系数公式;其次利用FLAC3D内嵌的FISH语言,编制相应的点安全系数程序,进行边坡稳定性分析;最后研究了H-B模型参数如岩体参数如地质强度指标、围岩扰动系数、完整岩体参数、单轴压缩强度和主应力变化对安全系数的影响。结果表明:(1)采用单元安全系数法计算的坡体不稳定区域与塑性区分布范围大致相同,验证了自编fish程序的正确性。(2)单元安全系数与地质强度指标呈正相关关系,随着完整岩体参数的增加,单元安全系数表现出递增与递减两种变化趋势。岩体扰动因子越小,岩体安全程度越高;(3)随着完整岩体参数的增加,安全系数与单轴压缩强度呈正相关,可用对数关系近似描述。说明岩石单轴压缩强度越大,岩体越完整,边坡稳定程度越高。     

基于Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定性分析

 无论是传统极限平衡法还是数值模拟方法,强度准则和力学参数的选取对边坡稳定分析具有关键作用。基于非线性强度准则——Hoek-Brown强度准则,利用Slide软件,选取地质力学指标GSI、岩石材料参数mi、应力扰动系数D、边坡高度H及坡角b作为影响边坡稳定性的主要因素进行分析。分析结果表明：随地质力学指标GSI的增大,边坡稳定系数呈现出递增趋势,总体呈指数形式发展;GSI不同范围内,随着岩石材料参数mi的增大,边坡稳定系数F呈现出递增和递减2种截然不同的形式;随着应力扰动系数D的增加,稳定系数F呈直线形式递减;随着坡高H的增大,稳定系数逐渐减少,呈负指数形式发展。随坡角b的增大,稳定系数F逐渐减小,呈多段线形式发展,而b不同范围内斜率不同。根据E. Hoek等所提出的岩体分级标准中岩石单轴抗压强度界限值,对岩质边坡稳定系数进行分析,得到边坡稳定系数分布图。最后将稳定系数分布图应用于工程实例中,结果表明利用稳定系数分布图能很好地估算边坡稳定系数范围,与边坡稳定性定量分析结果具有较好的一致性。     

三峡船闸边坡卸荷扰动区范围及岩体力学性质弱化程度研究

采用岩体声波测试和现场岩体变形试验等于段，研究了三峡船闸边坡卸荷扰动区范围以及岩体力学性质弱化程度和岩体力学参数取值。研究成果表明，强、弱卸荷区岩休性状弱化程度分别为60％和30％左右。     

考虑高地应力下围岩劣化的硬岩本构模型研究

鉴于高地应力环境下洞室开挖过程中围岩脆性破损行为和破损区内岩体力学性质发生改变的工程事实,并认为岩体破损劣化过程是岩体力学参数降低的过程,提出考虑高地应力硬岩地层中开挖扰动下围岩劣化的硬岩本构模型.该模型的应力-应变关系具有明显的线弹性段、应力跌落段和塑性流动段,其后继屈服面具有随等效塑性应变发生形状和面积改变的特点,可以实现岩体累积损伤过程中力学参数(弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角ψ)动态劣化,并可以与目前较广泛使用的岩土工程软件FLAC3D相结合.室内花岗岩三轴压缩试验曲线的拟合和锦屏二级水电站厂房探洞开挖破损区的模拟验证,都说明该模型的正确性和可推广性.     

顺层岩质边坡稳定性计算强度参数折减方法

由于岩体具有随时间改变而变化,间断性和不均匀性的特征,目前合理的选取参数对于层状岩体边坡工程仍面临一些问题。岩体力学参数取值是边坡设计人员所关心的重点之一,而内摩擦角和粘聚力是设计的重点参数,但是对于顺层边坡完整岩石实验所得的参数不具代表性,所以合理折减其参数十分重要。采用ANSYS建模划分网格,将网格导入FLAC3D,利用强度折减技术和FLAC3D强大的数值计算能力相结合,对顺层岩质边坡进行强度参数折减。模拟在同岩层倾角下不同开挖坡度对岩石强度参数的折减情况。     

深挖岩质边坡开挖扰动区与工程岩体力学性状研究

为探索边坡开挖扰动区的研究方法和相关的若干理论问题。以三峡船闸高边坡为工程背景。采用多种手段与方法。对高边坡开挖扰动区和工程岩体的力学特性进行了系统研究与分析。主要研究工作与特点表现在以下几个方面：(1)以三峡花岗岩的应力．应变全过程曲线试验和弹塑性分析理论为基础。通过边坡开挖的弹．脆．塑性数值仿真分析。深入研究拉应力区和塑性区分布范围和影响因素。形成开挖扰动区的弹脆塑性预估评价方法；采用多种试验手段对开挖扰动区进行大规模的综合测试。并结合监测结果。建立了开挖扰动区分区模型和划分原则。评价了开挖扰动区内岩体力学性状的弱化程度。由此形成了开挖扰动区的试验与监测研究方法。(2)以考虑卸荷效应的显式有限差分法、正交设计、神经元和遗传算法为手段。建立了系统综合的反演分析方法。对开挖扰动区岩体的力学特性进行了二维弹塑性反演分析；利用所获得的地质与试验资料进行了开挖扰动区工程岩体的分级。从工程分级的角度评价了开挖扰动区工程岩体的力学特性。根据试验、反演、岩体分级等方法的研究成果对工程岩体的力学特性进行综合评估。分析了开挖扰动区工程岩体力学性状弱化的主要原因。研究了轻微扰动区岩体力学参数的尺寸效应。(3)针对三峡永久船闸中隔墩岩体开裂现象。建立了典型的裂隙概化模式。采用裂隙界面单元法进行了裂隙张开变形分析。结合地质调查对塑性区的工程意义进行了研究。表明它反映了开挖完成后的开挖损伤与卸荷影响区。在该区内。原生裂隙将张开。甚至扩展。是工程设计中应当注意的区域。(4)在开挖扰动区监测与试验研究成果的基础上。建立了考虑开挖扰动区的三峡船闸高边坡三维数值模型。分析了边坡开挖过程中和开挖完成后岩体的变形、应力变化过程。对边坡的整体稳定性进行了评价。在现场张拉试验的基础上。采用三维显式有限差分法研究了预应力锚索的加固机理。提出了岩石锚固墙理论；并根据这一理论。应用二维显式有限差分法探讨了预应力锚索(杆)对三峡船闸高边坡开挖扰动区的加固效果。通过以上研究工作。基本形成了边坡开挖扰动区的研究方法。另外。由于此项研究伴随着三峡工程永久船闸的设计与施工而逐步开展的。因而研究成果在工程设计与施工中发挥了重要作用。回答了船闸边坡设计与施工中迫切需要回答的问题。已作为三峡工程的设计与施工的依据之一。在边坡的动态优化设计与施工中得到采纳与应用。     

超深层砂岩储层岩石力学特性实验研究

为研究超深层砂岩储层岩石力学特性及其与浅层砂岩的重要区别,通过开展砂岩在超深环境下的形变破坏实验,得到埋藏深度对其力学参数的影响规律.采用室内岩石力学实验方法,获取超深层砂岩单轴压缩、三轴压缩、巴西实验、抗剪实验、脆性指数等岩石力学参数,系统研究砂岩单轴抗压强度、三轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、内摩擦角、黏聚力、弹性...     

基于单轴剪切破坏的岩石M–C准则参数反演分析

基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与试验结果差值在6%~10%之间。采用实例进行岩石黏聚力和内摩擦角的反演分析,以岩石实际单轴剪切破坏形式和试验结果为依据,两两结合联立计算得到岩石的黏聚力和内摩擦角。实例表明:基于单轴剪切破坏形式和单轴抗压强度值计算岩石黏聚力和内摩擦角的方法准确,具有实用价值,该关系式也揭示了岩石试样破坏类型与岩石力学参数间的内在关系。     

基于微震监测的岩质边坡稳定性三维反馈分析

锦屏一级水电站左岸边坡已成功采集大量微震数据,通过对左岸边坡在开挖、灌浆加固阶段的微震活动时空分布规律分析研究,初步识别和圈定边坡深部岩体损伤区域。然而,如何有效利用丰富的微震信息定量评估左岸边坡稳定性一直是项目研究的关键。首先归纳岩质边坡稳定性研究方法,阐述基于微震监测进行边坡稳定性反馈分析的必要性,提出一种基于微震信息反演的岩体损伤模型,通过有限元程序自动搜索微震损伤影响范围内岩体单元并进行相应力学参数折减,寻求边坡失稳过程岩体损伤的微震活动性、强度弱化与边坡动态失稳之间的联系,从而定量评价边坡稳定性。研究结果表明:(1)基于微震监测的边坡稳定性三维反馈分析可以很好地考虑边坡岩体损伤引起的影响;(2)反馈计算得到的边坡安全系数较不考虑微震损伤情况降低0.11,说明爆破开挖、灌浆加固等施工扰动诱发的微震活动对左岸边坡稳定性有一定影响。基于微震监测的边坡稳定性三维反馈分析方法可以评价其它类似岩质高边坡稳定性。     

爆破动荷载作用下围岩累积损伤效应声波测试研究

基于声波测试原理,利用RSM-SY5智能型声波仪,对厂坝铅锌矿某巷道围岩在爆破动荷载作用下产生的累积损伤效应进行了现场试验研究。研究表明:既有开挖爆破对巷道围岩的影响深度为0.8～1.2 m,根据钻孔的深度,在3.5～4.8 m深度的岩体内进行爆破累积损伤效应研究是可行的;随着爆破次数的不断增加,岩体声波速度逐渐降低,损伤度D呈现出非线性累积规律;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度减小,累积损伤效应逐渐变得不明显;水平和垂直方向测试结果存在较大差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。爆破装药位置和药量对岩体损伤累积规律有一定的影响。装药区段范围内的岩体损伤程度最严重,装药量越大,岩体损伤程度也越大。测试成果为进一步的岩体力学参数研究和地下洞室稳定性分析提供了参考依据。     

基于爆破损伤的Hoek-Brown强度准则修正

传统隧道围岩分级方法未考虑爆破损伤因素对围岩分级的影响,爆破作为隧道主要开挖方法,其产生的岩体损伤对岩体分级评判标准的影响不可忽略。笔者分析了基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数取值方法,指出了Hoek-Brown强度准则和现有改进公式中确定岩体参数存在的不足。考虑爆破累积损伤效应,提出了不同围岩级别下Hoek-Brown经验常数m_b、s、a的计算方法,建立了考虑隧道埋深与爆破累积损伤效应的不同围岩级别的Hoek-Brown强度准则经验常数计算公式。以龙南隧道1号斜井爆破现场试验得到的声波变化率对修正公式进行了检验分析,验证了Hoek-Brown强度准则岩体经验常数修正公式的准确性。     

含结构面板岩变形特征分析

在三轴压缩实验基础上,研究含一组结构面的板岩在不同湿度与压力下的力学特性及变形规律,利用Hoek-Brown强度准则分析了板岩的破坏特征,建立了相应的岩体强度准则与力学参数求取方法;利用FLAC程序模拟计算了不同埋深条件下板岩岩体中开挖隧洞后洞周变形规律,分析了岩体变形特征.研究结果表明:1)基于Hoek-Brown准则建立了含结构面的板岩岩体强度破坏准则,确定出的不同地质条件下板岩岩体力学强度参数;2)扰动程度对岩体强度参数有较大的影响,且影响程度随着隧洞埋深的增加而增大;3)数值模拟结果显示,西线工程软岩隧洞的围岩变形主要受开挖断面、埋深及物理力学参教等多因素的影响.     

变参数蠕变损伤本构模型及其工程应用

 考虑岩体的流变损伤劣化效应,建立一个变参数的蠕变损伤本构模型,该模型将岩体流变力学参数看作是非定常的,认为岩体流变参数随时间逐渐弱化,从而直观反映材料的损伤劣化过程。推导该蠕变损伤本构模型的三维差分表达式,并通过C++与FISH编程对有限差分软件FLAC3D进行二次开发,实现本构模型的程序化。将该模型应用于大岗山水电站坝基边坡工程,基于现场压缩蠕变试验,反演坝区岩体的蠕变损伤参数,通过坝区边坡开挖三维蠕变损伤稳定性计算,获得对边坡开挖设计和施工具有指导意义的建议和结论。     

隧道上台阶爆破引起路基边坡累积损伤研究

对隧道爆破振动对路基边坡稳定性的影响进行了现场声波测试，以采集到的超声波数据为依据，分析测孔不同深度处岩体声波速度、声波速度降低率、累积损伤等随爆破次数增加的变化规律，寻找累积损伤与爆破次数间的相关性。运用FLAC 3D考虑岩体力学参数损伤折减的边坡稳定性数值模拟。最终能够为类似的工程提供参考，具有理论和实践意义。     

Hoek-Brown岩体中轴对称隧洞渐变扰动分析

现有的Hoek-Brown(HB)岩体地下开挖分析模型中,常将通用HB准则(2002版)的扰动因子D取为一固定值,与之不同之处在于将该因子从洞室开挖面至弹塑性分界面按渐进衰减考虑。结合非线性的非关联流动法则,给出了轴对称隧洞的临界支护压力、塑性区半径、应力和位移评价公式,相应的值可通过数值积分法获得。对节理岩体中洞室开挖爆破损伤和应力释放所致的渐变扰动分析,所提模型实质是对围岩塑性区软化问题的描述。算例表明,模型对D进行不同处理,也可得到轴对称隧洞理想塑性和弹脆塑性情况的分析解,为实际工程检验爆破开挖面附近岩体渐变扰动程度提供了理论解参考。     

边坡工程中破裂角和岩体等效内摩擦角取值及应用若干问题探讨

当前,建筑边坡工程广泛采用破裂角和岩体等效内摩擦角概念。该文分析了破裂角和岩体等效内摩擦角取值与应用存在的问题,提出了在边坡工程中舍弃采用破裂角和岩体等效内摩擦角概念的建议。