岩体抗剪强度参数的结构面倾角效应

通过对泥质粉砂岩、泥质灰岩抗剪强度参数的层面倾角效应研究。以及石膏模型试件力学性质的结构面倾角效应研究，就结构面倾角对层状、似层状岩体抗剪强度参数产生的影响进行了较详细的剖析，阐明了层状、似层状结构岩体力学性质各向异性的本质和机理。并在此基础上对受倾角效应影响的层状、似层状岩体抗剪强度参数取值进行了较深入的分析，提出了较为客观的、极具参考价值的层状、似层状结构岩体抗剪强度参数的取值原则。分别得到了层状结构粉砂岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩以及薄层的层状结构灰岩、片岩、板岩的系列强度参数与结构面倾角口的相关公式。层状、似层状结构石膏模拟试件不同裂隙倾角条件下的室内三轴剪切试验研究进一步表明。新提出的相关公式可作为类似结构岩体抗剪强度参数在不同层面倾角下的取值参考。     

岩体结构面抗剪强度参数试验研究

从工程实际出发,讨论了岩体结构面直剪试验方法的选取原则。工程实例表明,采用现场原位抗切试验确定结构面c值,再结合规范取值确定φ的方法更适用于坡高小于25m的中小岩质边坡。结合乌江构皮滩水电站岩体结构面大型原位抗剪试验成果,分析了结构面性状对结构面抗剪强度的影响。本文还通过多组室内试验研究了水对结构面抗剪强度的弱化作用,得出若干有益的结论。     

岩体抗剪强度试验成果整理及参数选取

岩体抗剪强度试验成果整理及参数选取是大岗山水电站"坝区工程岩体分类及力学特性研究"专题研究中的重要部分.这部分从岩体及结构面抗剪(断)强度特性分析、强度特征点比较、整理方法选取、成果整理及标准值研究以及参数建议值选取等入手,建立起坝区工程岩体(含结构面)质量分类及配套的抗剪(断)强度参数体系,从而达到了保证复杂地质条件下工程安全性及设计合理性的目的.     

结构面抗剪强度的一种确定方法

 根据前人的试验结果建立了结构面回弹值与基本摩擦角的关系式, 并介绍了如何通过回弹试验获得结构面的单轴抗压强度和基本摩擦角及如何使用摄影测量方法进行结构面粗糙度测量, 最后建立了一套用回弹试验、摄影测量及由试验结果建立的公式确定结构面抗剪强度的方法。     

地下厂房岩体结构面抗剪强度参数试验研究

对彭水电站地下厂房4种共8 组结构面的抗剪强度特性试验研究成果进行了介绍和分析,将地下厂房区各种结构面分为3个类别,并提出了相应类别的建议值。     

基于Copula理论的岩体抗剪强度参数估值

以锦屏I级水电站坝址微新大理岩岩体原位大剪试验结果为例,分析岩体质量指标与抗剪强度参数间的相关性。利用Copula理论可将边缘分布和相关结构分开研究的优点,建立小样本条件下各变量的边缘分布函数,并在分析岩体质量指标Q与抗剪强度参数f,c间相关结构特点的基础上构造拟合Q-f,Q-c间关系的最优Copula函数。对于相同岩性的同类岩体,在已知Q条件下求条件概率便可得到抗剪强度参数估值的保证率,或可计算一定保证率下的抗剪参数估值。最后运用该函数分析常用的优定斜率法、最小二乘法的保证率,并与Hoek-Brown准则估值进行比较。研究结果表明,岩体质量指标与抗剪断内摩擦因素f呈较高的正相关关系,与抗剪断黏结力c则呈较高的负相关关系,而具有对称结构的Nelsen NO 1和Nelsen NO 2则分别是拟合Q-f、Q-c间关系的最优Copula函数。常用的最优斜率法与最小二乘法由于忽略岩体质量指标与抗剪强度参数的相关性,因此造成较大的偏差,而具有保证率为0.8的抗剪强度估值与Hoek-Brown经验准则相比更接近实际值。该方法注重充分地利用现场有限的数据信息,可以得到具有一定保证率的抗剪强度参数估值,为岩体抗剪强度参数估值提供一种新的途径。     

水对岩体结构面抗剪强度弱化作用分析

通过结构面抗剪强度试验，研究了水对结构面抗剪强度的弱化作用，将水对岩体结构面抗剪强度的影响分为两个方面，对这两种弱化作用进行了分析，从而确保岩体结构面的抗剪强度不再降低。     

砂岩结构面抗剪强度参数研究

针对马家岩水库龙门沟坝址的Z11、Z12、Z13等组岩层结构面(软弱夹层)进行的原位直剪强度试验3组(15点)和室内直剪(中型直剪)强度试验26组(155点)试验成果,以及4组矿物成份、化学成份等物理性质的试验成果,分析研究并初步揭示了砂岩结构面抗剪强度特性.     

岩石软弱结构面抗剪强度的单试件确定法

岩石软弱结构面抗剪强度的单试件确定法崔中兴宋克强（西安理工大学水电学院，７１００４８）１前言在坝肩和坝基抗滑稳定分析中，岩石软弱结构面抗剪试验是取得岩石力学指标的重要手段。工程实践表明，抗剪强度是关系到工程安全和造价的基本资料，其中结构面抗剪强度尤为...     

基于动力显式方法的岩体结构面剪切破坏特征研究

 岩体中大量存在的各种不连续面,如断层、节理、裂隙等,是影响岩体工程力学特性的最重要的因素,因此,对岩体中广泛存在的结构面工程特性的研究具有重要的工程意义。在动力显式方法的基础上,对规则锯齿状的结构面进行剪切破坏特征进行分析,并进行室内模型试验。对数值模拟与模型试验的结果进行对比分析,得出归一化的锯齿状结构面在不同法向应力作用下的剪切破坏力学行为及重要剪切破坏规律,并验证了利用动力显式方法进行节理岩体工程力学特性研究的适应性。研究表明：在一定法向应力水平下,规则锯齿状结构面剪切破坏是随着剪切位移的增长而不断扩展,主要表现为结构面上的等效塑性应变分布范围与深度的不断扩大,最后达到纯摩擦的残余强度状态;等效塑性应变的扩展规律一般是在剪切方向上从试样两侧逐渐向中间扩展,对于下侧结构面而言,在达到剪切应力峰值之前,剪切应力主要分布在试样中相背剪切速度方向的一侧,在剪切峰值之后,随着结构面破坏范围不断增大,剪切应力分布趋于均匀;当正应力不断增大时,结构面发生爬坡滑移越来越困难,结构面破坏深度不断增大,峰值剪应力所对应的破坏模式逐渐变为直接剪断锯齿破坏。     

基于原位试验和规范的岩体抗剪强度与Hoek-Brown准则估值比较

 简要论述目前岩体抗剪强度确定方法,以黄河上游玛尔挡水电站坝基岩体为例,在岩体质量分级基础上,引入规范建议值及现场原位大型剪切试验结果,建立岩体抗剪强度指标与BQ岩体质量分级的相关关系。同时利用实测资料建立BQ与GSI的相关关系,运用Hoek-Brown准则估算各试验点岩体的抗剪强度指标。结果表明,采用该研究成果较符合工程实际,而采用Hoek-Brown准则估算的等效内摩擦因数偏小,黏聚力则偏大很多。误差分析表明,这一结果主要是由Hoek-Brown准则中最小主应力的取值范围引起的,据此提出公式应用中需注意的问题及相应解决方法。     

基于直剪试验的页岩强度各向异性研究

 层理面的存在是页岩地层力学性质、强度特征和破裂模式表现出明显各向异性特征的根本原因,也是引起水平井井壁易失稳的重要原因之一。为分析层理面的力学性质及其影响下页岩的抗剪强度各向异性特征,开展不同角度页岩的直接剪切试验,并根据剪切破坏机制的各向异性和剪应力集中系数,从不同角度分析抗剪强度各向异性的原因,试验和理论分析结果表明：(1) 层理面是页岩地层的薄弱面,其黏聚力和内摩擦角明显小于页岩基质体,抗剪强度也最低,其剪应力–剪切位移曲线并没有表现出岩石剪切强度随滑动而弱化的特点,而是其残余摩擦力甚至还略大于抗剪强度。(2) 0°,30°,60°和90°四个方向中,页岩抗剪强度的最大值在60°时取得,且0°,30°和60°试样的剪应力–剪切位移曲线均表现出剪切强度随滑动而弱化的现象。(3) 页岩剪切破坏机制可分为沿页岩本体的剪切破坏、沿层理面张拉和本体剪切的复合破坏、以及沿层理面的剪切滑移3种模式;页岩抗剪强度的各向异性是由其剪切破坏机制的各向异性控制的。(4) 剪应力集中系数在一定程度上反映了岩石直接剪切时剪切承载力的强弱,可用来分析页岩抗剪强度的各向异性特征;不同方向页岩直接剪切时,剪应力集中系数仅与沿剪切方向的弹性模量和剪切层的厚度有关;相同法向应力下,90°试样的剪应力集中系数最大,抗剪强度最小,而60°试样的剪应力集中系数最小,抗剪强度最大。该试验和理论分析结果可为深入分析岩质边坡中滑动面的运动特征和页岩气水平井井壁稳定性等提供一定参考。     

基于质量分级的岩体强度参数统计

 整理长江科学院历年来现场岩石力学试验成果和《岩基抗剪强度参数》一书收集的现场岩体抗剪强度试验资料,从中筛选出岩体抗剪强度试验值样本186个,其中I级岩体7个,II级岩体41个,III级岩体46个,IV级岩体76个,V级岩体16个;分别统计各级别岩体强度参数试验值,提出各级别岩体强度参数试验值取值范围,将此取值范围与《工程岩体分级标准》所给取值范围对比。结果表明,《工程岩体分级标准》所给岩体抗剪强度参数偏低。对40余个典型工程的前期勘测资料进行整理,从中筛选出岩体抗剪强度地质建议值样本110个,其中I级岩体12个,II级岩体22个,III级岩体28个,IV级岩体30个,V级岩体18个;分级进行统计,提出各级别岩体强度参数地质建议值范围,将地质建议值范围与《水利水电工程地质勘察规范》所给取值范围对比,结果表明两者基本一致。研究成果一方面为现有规程规范修订提供依据,另外还能深化工程人员对岩体强度的认识,为今后更合理确定岩体强度参数提供支撑。     

基于三维形态空间分析和仿真试验的岩体结构面剪切强度参数研究

 获取结构面可靠的强度指标是研究岩体强度的重要基础。因不同结构面样本的巨大差异,以及剪切测试难以重复进行的实际情况,直接通过试验获取剪切参数通常难度较大且结果不理想。以具有定向变形特征的岩体剪切结构面为研究对象,探索性提出采用结构面剪切测试–结构面表面形态三维空间分析–数值仿真试验相结合方法,获取真实可靠的结构面强度参数。该方法优势表现为：岩体结构面摩擦角的2个组成部分即基本摩擦角和爬坡角完全分离,且能考虑结构面形态三维特性及剪切变形方向特征;同时,力学测试和数值试验结合,克服了单纯依靠剪切测试无法重复的重大难题。     

基于直剪试验的金坛盐岩力学特性研究

 采用RMT–150C试验机对江苏金坛拟建储气库埋深段盐岩试样进行一系列直剪试验研究。将盐岩作为多晶聚合体考虑,深入分析试验过程中的剪切应力、剪切变形、剪胀以及破坏特性。试验结果表明：盐岩剪切破坏是一种延性破坏,盐岩剪切峰值对应的剪切位移一般为4～6 mm,个别试样可达7～8 mm,且整个剪切应力–剪切位移曲线都较平缓,剪切峰值不明显,这主要是由于局部位错交替导致的;得到盐岩抗剪强度参数c,? 值分别为3.16 MPa,44.7°;发现残余强度基本上与法向应力呈正比例关系,且残余应力较大,约为峰值应力的50%～80%,表明盐岩摩擦承载能力较强;盐岩剪胀终止发生在峰值应力之后、残余应力之前,且在较大法向应力作用下剪胀起始应力与剪胀终止应力接近;盐岩的剪切破坏位置不是一个面,而是一个破碎带,破碎带上下一定范围内有不同程度损伤;表面局部有明显擦痕,类似于摩擦学的“犁沟效应”,有利于提高其抗剪能力。试验研究成果对深入理解金坛盐岩破坏机制及地下盐岩储气库稳定性研究具有一定的参考价值。     

工程岩体抗剪强度确定综合方法——GMEM研究

工程岩体的强度由于受到岩性、节理、地下水、温度场等的影响导致其强度的确定成为岩石力学界的一个重大难题。工程岩体具有地质、力学和工程3大特色，其强度的确定也应综合考虑这3种因素。在此基础上，提出利用经验类比、岩体质量评分体系和连通率的方法结合宏观地质条件判断结果综合确定工程岩体强度的方法——GMEM(geology，mechanics and engineering memod)。运用该方法在向家坝等许多工程中得到很好的应用。     

用统一强度理论求岩基极限承载力

基于统一强度理论,将岩基承载力问题视为空间问题,考虑了中间主应力的影响,推导出了岩基承载力的计算公式。当中间主剪应力的影响系数b=0时,其计算公式与采用Mohr-Coulomb强度理论所求得的解完全相同。并讨论了b对承载压力的影响,分析表明:岩基承载力随着b值的变化而不同,从而说明所推导公式对岩基承载力计算有一定的指导意义。     

应用蒙特卡洛法确定节理岩体的连通率和综合抗剪强度指标

本文提出了一种确定节理岩体连通率和岩体综合抗剪强度指标的新方法。该方法对传统的连通率的概念作了扩充,将连通率的确定归结为在岩体结构面网络图中寻找节理面和岩桥组合破坏路径的问题。在连通率的确定过程中,考虑了节理和岩桥的组合破坏机制。并应用动态规划原理,基本解决了岩体中存在多组节理面情况下的连通率确定问题,所得成果在漫湾电站左岸边坡稳定分析研究中获得了成功的应用。