基于三参数强度准则的煤矿立井井壁 流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P₀与塑性区半径r_p之间的解析表达式。计算结果表明当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力P_c随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σ_r和环向压应力σ_θ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。     

大理岩岩体力学特性的水压-应力耦合试验研究

为研究裂隙水压力与应力条件对大理岩裂隙岩体力学特性的影响,利用MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统,采用特殊的试样制备和地质过程模拟方法,制备成与试验机围压系统、渗压系统融为一体的大理岩裂隙岩体试件,并对其进行了不同水压、不同围压下的水压 应力耦合三轴压缩试验。试验结果表明：大理岩岩体强度性能与变形性能均具随水压升高而减小,随围压升高而增大的特征;水压从0到4 MPa的变化过程中,强度参数f 减小了20%左右,内聚力C大幅降低,变形模量E₀及E₅₀分别减小了7.7%和5.9%;围压从5 MPa到30 MPa的变化过程中,f 值略有降低,C值增大了2倍多,变形模量E₀及E₅₀分别增大了58%和50%。这些成果揭示了大理岩裂隙岩体力学特性的裂隙水压效应与围压效应,对实际工程问题的研究具有重要的参考价值。     

脆性各向同性材料的强度准则数学形式研究

针对质量比为水泥∶河砂∶水∶减水剂=1∶0.5∶0.4∶0.002的脆性各向同性材料，探究了胡克-布朗(H-B)准则、Power Curve准则与单参数Bieniawski准则等3类岩石经典非线性强度准则与Singh抛物线型强度准则的适用性，并对Singh抛物线型强度准则数学形式进行了修正。研究结果表明，单参数Bienianski准则能较好地反映脆性各向同性材料非线性强度特征，数学形式拟合值与试验值的残差平方和(RSS)最小；H-B准则与Power Curve准则均能反映抗压强度指标的非线性特征，但两者均过高估计抗拉强度值；将Singh抛物线型强度准则数学形式等效为因变量(σ₁-σ₃)与自变量σ₃的二次多项式，试验数据拟合效果良好，并通过引入参数n表征试样进入临界状态时的围压σ_crt=nσ_c,得到了修正的Singh抛物线型强度准则数学形式。     

三峡水库消落带斜坡岩体劣化过程地质强度指标研究

三峡库区消落带岩体劣化研究多针对室内岩样,难以应用到现场岸坡稳定性分析评价中。本文开展了水库实际运行状态下原位跨孔声波测试和井下电视,获取了不同深度下岩体物理力学参数,改进了GSI系统对岸坡劣化带岩体的描述,拓展了广义Hoek-Brown(H-B)准则在劣化带岩体强度动态评价中的应用,得出主要结论如下:广义H-B准则可以评估、描述原位岸坡岩体强度,结合水位循环消落原位跨孔声波测速,改进并构建了GSI量化取值方法;GSI结合广义H-B准则得到的特征深度强度包线表明,三轴受压应力状态可以提高岩体强度,且可明显抑制岩体劣化;脆-延转换线σ1=4σ3计算的H-B准则适用范围表明GSI系统对岩体劣化评价有宽泛的适用性,且随着GSI下降适用范围下降;通过指数回归构建了考虑劣化过程的GSI(t)、Erm(t)时效曲线,并基于GSI(t)解得不同深度结构面处二、三维强度劣化包线。强度劣化包线显示表层结构面的劣化敏感性高于深层,且表层受劣化影响H-B准则适用范围下降最明显;结合多层面GSI(t)曲线可得三维结构面GSI(t,h)时空函数。这种基于消落带原位跨孔声波的GSI(t)时效函数以及二、三维结构面...     

基于Hoek-Brown准则的位移反演分析GSI与岩体波速关系

地质强度指标GSI的选取有地域性,GSI的准确性会直接影响Hoek-Brown强度准则的应用效果。基于Hoek-Brown准则对青岛地铁3号线永平路站—青岛火车北站区间内的地质强度指标GSI、扰动系数D和泊松比进行反演研究,并利用均匀设计表对反演参数进行范围划分和试验点选取,有效降低了试验次数,同时保证了较好的试验效果。借助FLAC^3D软件计算出10个断面的GSI值,并研究了GSI与岩体波速V_p的关系,通过线性拟合得到GSI-V_p关系式,并用于预测青岛地铁3号线重永区间的GSI值。结果表明:GSI-V_p关系式所预测的GSI值用于重永区间数值模拟计算,所得位移值与该区间监测值的相对误差较小,具有较好的一致性,进而验证了关系式的合理性。研究成果为工程上准确获得GSI提供了新方法。     

Hoek-Brown准则在软岩～中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用——以陕西省延安市龙安水利枢纽工程为例

通过基于Hoek-Brown准则的地质强度指标GSI,结合岩体质量分类,对陕西省延安市龙安水利枢纽坝基岩体力学参数进行了分析研究。结果表明,经过修正后的GSI指标与岩体质量分类确定的岩体质量等级经验值基本吻合,GSI可应用于砂泥岩互层地区岩体力学参数的确定。该方法可在原位试验资料不足的情况下,为砂泥岩层地区力学参数的选取提供一定的参考价值。     

基于动态非等比例双强度折减法的边坡稳定性研究

为了探究动态非等比例双强度折减法在边坡稳定性应用的可行性,基于ABAQUS软件,根据三维边坡渐进破坏的过程和强度参数在边坡中发挥作用程度的不同,通过动态非等比例的双强度折减法理论,将Mohr-Coulomb强度准则中的黏聚力c和内摩擦角φ转换为Drucker-Prager强度准则中的屈服强度σ与内摩擦角β;并利用最短路径理论确定边坡的综合稳定性系数,评价边坡的稳定性。结果表明:基于D-P强度准则的动态非等比例的双强度折减法能够更合理地反映三维边坡的渐进破坏过程及其强度参数的发挥程度;所得到的边坡稳定性系数与以M-C准则计算得到的结果非常接近,且得到的边坡稳定性系数、边坡的位移均小于传统强度折减法的模拟结果,具有更高的安全储备。该方法收敛快速,在三维边坡的稳定性计算中有一定的应用价值。     

Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩力学参数估算中的应用

白云岩砂化是滇中引水工程玉溪段面临的典型地质问题之一。砂化白云岩物理力学参数的准确获取可以为施工和设计提供依据,保障隧洞施工人员的生命财产安全,具有重要的工程意义。强烈砂化白云岩因其岩体结构较为破碎,难以通过制作标准试样进行室内试验获取岩体力学参数。基于此,为了快速获取强烈砂化白云岩岩体力学参数,通过现场调查以及针贯入试验,运用Hoek-Brown强度准则对其岩体力学参数进行估算,并将估算结果与现场岩体平硐试验结果进行对比。研究结果表明：通过Hoek-Brown强度准则估算的强烈砂化白云岩力学参数绝大部分值落在试验值区间内,Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩岩体力学参数估算中运用效果良好。根据估算结果给出研究区强烈砂化白云岩的岩体力学参数建议值,可为工程建设提供支撑,具有一定的推广价值。     

广义H-B准则中经验参数的改进取值方法

介绍了国内外几种岩体力学参数的确定方法,指出了广义Hoek-Brown强度准则和有关改进公式的不足,基于扰动参数D评估值的离散性,引入完整性系数Kv来表征岩体扰动程度,利用对数函数建立了扰动参数D与完整性系数K的关系,从而建立修正系数Km、Ks与完整性系数Kv之间的非线性关系,同时又考虑了Km-Kv、Ks-Kv曲线斜率的渐变性质,给出了改进的广义Hoek-Brown公式.以贵州瓮福磷矿岩体力学参数研究为例,分别用提出的改进公式和其他几种方法进行计算,结果表明:所提出的改进公式在确定扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际更接近.     

深埋锦屏大理岩力学特性与能量演化研究

与浅层岩体相比,深层岩体赋存环境更为复杂,导致其力学特性与常见的浅部岩体存在较大差异。锦屏二级隧洞工程最大埋深超过2 500 m,其引水隧洞最高地应力达70 MPa,开展高应力条件下硬岩的力学特性研究,具有重要的理论价值和现实意义。采用四川大学MTS815岩石力学试验系统对取自2 400 m深的锦屏大理岩开展单轴和三轴压缩等系列静态力学试验。试验结果表明：锦屏大理岩的单轴抗压强度为180.43 MPa,随围压的增长,大理岩表现出“脆-延-塑”力学特征,围压32.0 MPa为分界点;同时,起裂应力、损伤应力和峰值应力均具有相似的增长趋势,所定义的脆性指标的下降趋势逐渐趋于平缓;低围压下,弹性能在峰前占主导,而高围压下,耗散能增长更为显著,弹性能峰前峰后差值减小,表现出更为明显的塑性特征。研究结果为准确描述深层岩石力学行为、确保深部工程稳定性提供了一定的理论基础。     

围压和渗透压作用下塔木素深部黏土岩渗透及强度特性试验研究

深部岩体多处于复杂应力场和渗流场中,研究围压和渗透压作用下黏土岩特性对高放射性废物深地质处置库的设计开挖具有重要的意义.通过塔木素黏土岩围压加卸载渗透率演化试验及不同围压和渗透压下全应力-应变渗透率试验,分析了其渗透和强度特性.综合考虑围压和渗透压对黏土岩强度的影响,引入围压强化系数和渗透压弱化系数,并结合不同强度准则...     

层状复合岩体的改进Hoek-Brown强度准则研究

Hoek-Brown强度准则是岩土工程领域应用最为广泛的强度准则之一,但其最初只适用于各向同性岩体。通过将层状复合岩体考虑为横观各向同性材料,引入各向异性状态参数(被定义为材料微观结构偏张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量),并将该参数与Hoek-Brown强度准则耦合,建立了层状复合岩体的强度准则。结合干燥和饱和状态下的千枚岩、板岩和沉积石英岩的三轴试验结果对计算结果进行验证,结果表明改进的Hoek-Brown准则能较好地预测层状复合岩体的破坏强度。     

基于Hoek-Brown强度准则的硬石膏采房群稳定性分析

如何合理地评价硬石膏采房群或采空区的稳定性对保证安全生产、处治现有采空区具有重大的意义。选取山东肥城某石膏矿为工程实例,通过室内试验获取硬石膏岩石的物理力学参数;结合现场调查和室内试验结果,采用广义Hoek-Brown强度准则和地质强度指标估算了硬石膏岩体强度;运用FLAC^3D5.0建立数值仿真模型,评价了硬石膏采房群的整体稳定性。基于广义Hoek-Brown强度准则的单元安全系数法(ESFM),定量分析了硬石膏采房群的局部稳定性。结果表明:该硬石膏开采完形成的采房群围岩体塑性区大量贯通,房柱基本破坏;房柱围岩单元的单元安全系数介于0.9~1.1之间,处于欠稳定状态甚至不稳定状态;该硬石膏采房群整体稳定性和局部稳定性差。因此,应优化硬石膏的采矿方法或采取必要的支护以保证安全生产。研究结果为采房群稳定性分析提供了参考。     

基于RMR和模糊模式识别法的围岩质量评价及其强度参数的确定

首先简单介绍了RMR法和模式识别直接法的原理，其次简要阐述了Hoek-Brown强度准则及岩体强度估算新方法的原理，最后结合工程实例，分别用RMR法和模式识别直接法评价围岩质量以及通过RMR总分值应用Hoek-Brown强度准则确定围岩的力学参数。通过对硐段岩体质量的评价及其力学参数的确定，为后续的工作提供参考。     

软弱岩体中圆形隧道挤压变形临界应变研究

 预测隧道挤压程度对设计者至关重要,因此对挤压状态临界应变的研究是很必要的。由于软弱岩体中Q或RMR岩体分类使用效果欠佳,引入GSI代替Q或RMR,并在前人的基础上推导了圆形隧道发生挤压变形的临界应变公式。采用工程实例进行了验证,计算结果符合实际观测结果。最后,依据Hoek－Brown强度准则推导了静水压力状态下圆形隧道挤压变形的临界应变解析表达式。对于埋深很深的隧道,侧压系数近似为1,因此可以采用推导的解析解确定隧道挤压状态。     

Hoek-Brown强度准则在高应力场判别中的应用

确定围岩初始应力场的状态是岩土工程设计与施工的关键技术。利用Hoek-Brown强度准则估算岩体力学指标,分析处于破坏极限平衡状态的岩体强度与岩体中最大主应力在不同摩擦系数下的关系,提出估算岩体强度的方法和高应力场判定的标准。将该高应力场的判定方法应用于具体的工程实例,发现该方法评价效果良好,可较为快速、准确的分析围岩初始应力状态,同时为工程设计与施工提供可靠的依据。     

水岩作用下裂隙岩体变形特性试验研究

为了解水岩作用对完整岩体及损伤裂隙岩体变形特性的影响,在一定应力状态下将岩样预压损伤后,分别在0 MPa、0.4 MPa、0.8 MPa的水压力缸中密封浸泡30 d再进行重复加载破坏试验。试验结果表明:经预压破坏后,未浸水的裂隙岩样在不同围压下再次加载至完全破坏时,极限应变变化幅度较小,低于7%,弹性模量降低12%~23%,变形模量降低3%~5%,极限应变、模量变化与围压之间没有明显关系;压力水浸泡对岩体软化作用明显,经预压破坏含有裂隙的岩体,浸泡后再次加载时,极限应变增加0%~37%,弹性模量降低28%~61%,变形模量降低32%~57%。相同围压下,含预压裂隙岩样在浸泡后的强度相比完整岩样未浸水时有较大幅度的下降。比较不同水压浸泡后裂隙岩样,随着浸泡水压的增大,岩样强度降低程度越大;随着围压的增大,岩样强度随水压增大降低的程度逐渐减小。含预压裂隙岩样若不考虑压力水浸泡作用,第二次加载强度与第一次加载相比亦有所降低,围压越大,降低程度越小,裂纹对岩体强度的影响越小。与"完整"岩体相比,裂隙岩体对水软化作用更加敏感,长期浸泡后岩体力学性质弱化明显,更易产生不稳定问题。     

Hoek-Brown强度准则在隧道岩体稳定分析中的应用研究

Hoek-Brown强度准则适宜于描述完整岩石或节理岩体的破坏特征,并在岩体工程中得到了广泛应用。基于Hoek-Brown强度准则对某隧道工程岩体稳定进行分析,并与Mohr-Coulomb强度准则计算进行比较。结果表明:Hoek-Brown强度准则计算得到的关键点位移、塑性半径及塑性区范围均稍大于Mohr-Coulomb强度准则的结果;Hoek-Brown强度准则能够反映施工开挖扰动对岩体力学参数的影响。同时,假设施工扰动系数从隧道内向外逐渐减小,应用Hoek-Brown强度准则研究了开挖扰动程度对隧道塑性半径的影响规律。研究表明:随着扰动的增大,塑性半径非线性增大。