岩体工程勘察中的量化描述方法

不连续面的存在对岩体的工程性质有极大的影响,而目前工程勘察对于岩体及其中的不连续面的描述存在诸多不足。本文介绍了一些针对岩体及其不连续面的量化描述方法。岩体的量化描述包括取芯率、块状取芯率、岩石质量指标、裂隙指数等。不连续面的描述包括倾角、张开程度、不连续面的平滑程度等。并指出只需对现有的岩石钻探的工艺进行少量改进,即可获得大量的岩体及不连续面的信息,可为工程建设提供可靠的依据。     

节理粗糙度对岩石力学性质的影响研究

岩体是完整岩石被结构面(节理、裂隙、断层等)纵横切割而成的地质体,结构面的存在是造成岩体工程性质不连续、各向异性和不均一的根源。而岩体节理的粗糙度影响岩体力学性质,如岩体的抗压强度,抗剪强度。文章从岩体抗剪强度和抗压强度两方面综述节理粗糙度对岩体力学性质的研究,并进行理论分析及总结。     

基于离散单元法的单一节理岩石力学特性探究

在实际工程中常遇到带有节理、裂隙等不连续结构面的岩体,这些不连续的结构面的分布情况和几何形态,尤其是节理倾角对于岩石的力学特性具有重要的影响,涉及到工程结构的稳定与安全。本文采用离散单元法对具有不同倾角的单一节理岩石开展了系列的数值模拟实验,试验结果表明节理岩石的强度要小于完整岩石,并且节理岩石单轴压缩峰值强度随节理倾角呈U形发展规律,当节理倾角为45-60°之间时,节理岩石主要沿着节理面发生滑动破坏,在其他倾角下,岩石在外部荷载的作用下则主要发生劈裂破坏,内部节理裂隙发育比较充分。     

结构面的剪切蠕变特性及本构模型研究

岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义,结构面的蠕变力学性态往往控制着岩体的时效变形和长期强度,研究结构面的剪切蠕变特性是岩石流变学的一项重要内容。通过规则齿形结构面在不同法向应力条件下的剪切蠕变试验,研究了不同角度结构面的剪切蠕变特征,并根据蠕变试验结果,对结构面的剪切蠕变特性进行了描述,对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行了研究。研究表明,结构面在蠕变试验过程中,严格意义下的稳态蠕变是不存在的,常说的稳态蠕变实际上是蠕变速度随时间缓慢减小的近似稳态蠕变过程。最后,提出改进Burgers模型来描述蠕变的剪切蠕变特性,并讨论了改进的Burgers模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

核电厂厂址岩体完整性评价方法探究

通过福清核电厂岩土工程勘察和环境水文地质调查,对核电厂厂址岩体完整进行性评分析,提出了岩石风化程度的定性和定量划分标准,结合工程实际及现场波速测定、钻探、岩石试验资料及已有资料统计分析,结合工程经验,综合确定了不同风化程度岩体的纵波速度范围值,作为风化程度划分的量化依据之一,为其他工程地质勘察报告提供岩石风化程度的定性和定量划分标准。     

节理岩体变形参数数值模拟试验研究

通过获得岩石和结构面的物理力学参数,建立岩块和结构面的概化模型,运用三维有限元程序对不同岩块和结构面组合成的岩体模型进行数值模拟试验,从而得到不连续面的不同组合岩体变形参数的影响和变化规律。     

节理岩体的变分不等方程方法

将岩体中的不连续面作为单侧接触和带摩擦接触面,介绍通过引用次微分等概念,建立变分不等方程来解决岩体中含有不连续面的岩石力学问题,提出了通过迭代求解一系列单侧接触边值问题以获得变分不等方程的解.     

岩体弱面延展性的概率估算及其应用

岩体材料常被各类构造弱面所切割分离，这些弱面的特性严重影响甚至控制着岩体材料的力学及水力学性能。正确地对岩体中各类弱面的空间分布进行描述，对研究不同结构岩体的破坏机制，以及对合理地处理和解决岩体工程中的实际问题都具有重要意义。文章重点介绍了描述弱面的重要参数之一的弱面延展性的概率估算方法及其应用。     

裂隙化岩体不连续面密度的分形研究

 不连续面密度是表征岩体内部不连续面分布特征的重要参数之一,但是岩体内不连续面的分布是随机的、不规则的,要想准确获得岩体不连续面密度的真实值是不可能的。基于现场调查的岩体露头不连续面特征,借助计算机模拟技术建立岩体不连续面分布的二维、三维随机裂隙网格模型,从数理统计学的角度计算岩体不连续面密度数值。并基于分形理论计算岩体不连续面分布的二维、三维分布特征,尝试建立岩体不连续面密度与分维数的数学关系。计算结果表明,岩体不连续面密度与分维数具有相同的变化趋势,随着不连续面分维数的增大,不连续面密度增大,不连续面密度与分维数之间存在线性关系。研究结果表明,不连续面分布的体密度和三维分形维数,可以更加综合地反映岩体内部不连续面的分布特征和空间信息及对岩体强度参数的影响,对工程应用具有更好的实际作用。且在此基础上,提出基于不连续面分布的体密度和三维分形维数的岩体等效抗剪强度指标的折减计算。     

谷坡岩体卸荷带划分量化指标研究

谷坡岩体卸荷在水利水电工程边坡中是一种常见的地质现象，对岩石边坡稳定性及相关岩石工程问题有着重要的控制意义，卸荷带定量划分一直受到水利水电工程勘测与设计的重视。用于卸荷带定量划分的指标很多，比较常用的是反映岩体结构特征的量化指标。根据水利水电工程实践，讨论谷坡岩体卸荷带划分量化指标问题，提出以张开裂隙宽度、张开裂隙累计宽度、波速比作为谷坡岩体卸荷带划分的量化指标。     

高地应力作用下岩石和地下硐室的动态力学行为和响应

采用基于FEM和连续损伤力学的RFPA数值模拟软件,首先从实验室尺度出发,建立了模拟的SHPB(split Hoplinson pressure bar)数值模型,分析了不同初始地应力作用下岩石材料的动态力学特性。数值模拟结果表明,岩石的动态压缩强度随着埋深与初始水平地应力与垂直地应力比值K的增加而增加。随后,从岩石工程尺度,考虑岩体内的不连续节理面的影响。建立动荷载作用下节理岩体地下洞室数值模型,系统分析了柱面波和平面波在节理岩体内部的传播规律以及节理力学性质和空间分布对地下洞室动态响应的影响。研究表明,除节理面处透反射和岩体损伤破坏导致的波衰减外,柱面波存在额外的几何衰减。同时,节理的力学性质与空间分布直接决定了应力波在节理面处的透反射规律,从而进一步影响了地下硐室的破坏程度与硐室壁处PPV(Peak particle velocity)结果。     

三峡工程库区岩溶岸坡消落带岩体劣化特征研究

三峡工程175 m蓄水后,峡谷区内多次发生新生地质灾害事件,岩溶岸坡消落带岩体劣化引起广泛关注。通过野外调查、原位测试和室内试验等大量工作,首次系统阐述三峡库区岩溶岸坡消落带浅表层岩体劣化特征。从岩体宏观劣化现象来看,不同岩体结构和岸坡结构的岩体劣化宏观表现有非常大的差异,包括溶蚀/溶解、裂缝显化与扩展和机械淘蚀等现象。浸泡–风干循环后的灰岩样品力学参数平均每循环下降率约为0.7%;随着循环次数的增加,岩样强度下降可用指数函数形式拟合,相关性系数大于0.84。箭穿洞地表破碎灰岩岩体声波年下降率为11.23%。青石岩溶岸坡浅层岩体多期钻孔声波对穿试验测试明显表明:地下岩体的劣化以结构面的劣化为主,其声波年下降率为10%～60%。这些认识和数据从不同角度展示出岩溶岸坡消落带浅层岩体劣化的独特特征:岩石的低劣化率夹杂结构面的高劣化率,具有不均一性;根据风化界线或岩体裂隙分带,在区内或带内则有相近的劣化率,具有分带性。根据这一特征,建立等效连续模式和结构面模式的岩体劣化力学模型。本研究工作指引了库区岩体劣化方向上未来研究重点,将为三峡库区水位变动带地质灾害隐患点防灾减灾工作提供重要支撑。     

岩体完整性与隧道围岩分级研议

探讨了规范中关于岩体完整程度划分的规定及当前在工程应用中存在的理解分歧,分析了这种分歧对围岩分级以至隧道设计的影响。通过实际工程案例,比较了基于不同的理解所计算的岩体完整性系数及其判别结果与表观判别之间的偏差,研究表明:严格依照规范原意,采用与岩体风化程度一致的岩石的弹性纵波波速为基础计算的结果总体偏差较小,但存在高估较差岩体完整性的风险;采用新鲜未风化岩石的弹性纵波波速为基础计算的结果总体偏差较大,对岩体的完整性总体低估大约一级,可造成工程上的浪费;而采用微风化岩石的弹性纵波波速为基础计算的结果介于两者之间,虽仍对岩体的完整性有所低估,但低估得相对较少,且基本没有高估的风险。     

含共面结构面岩体强度损伤规律研究

岩体结构面的存在对岩体强度造成了不同程度的损伤作用,直接影响了岩体工程的设计和施工。因此,研究岩体结构面对岩体强度损伤的规律显得尤为重要。文章引入损伤系数变量定量描述岩体的损伤程度,采用数值模拟的方法计算不同方案情况下33个试样的峰值强度,分析岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压和连通率对损伤系数的影响,给出了它们之间的函数关系,推导出了计算含共面结构面岩体的强度损伤经验公式。利用该公式可以准确的判断岩体强度的损伤程度,为更好的衡量岩体强度参数奠定基础。     

基于结构面结合程度的边坡稳定性分析岩体单元划分方法

岩质边坡稳定性分析的岩体单元,常见以岩石风化程度来划分,但在某些特定情况下适用性较差,不能有效客观地反映出岩体的软弱变化。为此,本文提出一种基于结构面结合程度的岩体单元划分方法,可以清晰反映出边坡内部的岩体结构及其与软弱结构面的关系,更具科学性和合理性,在某项目岩质边坡稳定性分析中进行了具体应用,得到了项目评审组的省内外专家认可。本文提出的方法和应用结论在同类工程中具有适用性意义。     

具有特殊裂隙面岩质高边坡地震反应分析

分析不连续裂隙面的受力状态和运动特性,利用罚函数和拉氏乘子方法引入不连续裂隙面的特定条件,基于广义变分原理建立裂隙岩体不连续系统理论框架体系,并应用于某岩质高边坡具有特殊不连续裂隙面倒楔形体的数值分析研究中。研究结果表明,岩质高边坡对地震波的放大作用不是线性增大的,在不同的高程处加速的峰值放大呈交错变化;岩质高边坡存在凌空面的放大作用,同一高程处坡面的加速度值都大于山体内部的响应值;不连续裂隙断层对边坡的地震响应具有重要影响,尤其是对裂隙周围岩体的影响更显著。研究结果为该工程的高边坡动力特性的认识和后期治理提供了重要的参考。     

论边坡两类优势面的概念及其研究方法

岩石边坡的变形与破坏,通常沿着岩石中存在的不连续面出现,故分析这些不连续面的分布、特征及其相互关系是至关重要的。本文在应用已有研究模式的基础上,提出两类优势面的概念及我们的研究模式,即通过边坡地质优势面和统计优势面的分析,求得真正优势面以评价边坡的稳定性。实践表明应用这一研究模式和程序使力学和地质分析有机地结合起来,有利于边坡问题的解决。     

寒区隧道岩体冻胀率的取值方法和冻胀敏感性分级

 通过分析岩石冻胀试验数据,修正岩石冻胀率的计算公式;分析裂隙冻结时可能出现的冻胀情况并给出相应的线冻胀率值;将岩体裂隙分布形态简化为“层状”,推导岩体冻胀率的计算公式。计算开放条件下不同岩性不同级别岩体的冻胀率范围。开放条件下,岩体冻胀率的特点有：非冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀主要来自于孔隙、裂隙中的原位水冻胀,孔隙/裂隙率越大,冻胀率越大;冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀主要受水热迁移作用的影响,水热迁移作用越强烈,冻胀率越大;随着围岩级别增大,裂隙发育,岩体的冻胀率随之增大,冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀率增长幅度大于非冻胀敏感性岩石构成的岩体。考虑岩石及裂隙填充物的冻胀敏感性、围岩级别、岩石的孔隙率以及地下水补给条件的影响,对岩体冻胀性进行分级,并评估依托工程围岩的冻胀性,根据围岩的冻胀性选择合理的支护参数将节约工程成本。     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

复杂应力状态下岩体强度的各向异性研究

 岩体中存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度起着重要的作用,岩体可能会沿着这些不连续面发生破坏。在分析中间主应力对岩体强度影响的基础上,验证统一强度理论,并在此基础上,建立可以反映中间主应力变化的强度参数,同时采用试验对其进行验证。针对含有不连续面的岩体,分析不连续面上的应力分布,建立复杂应力条件下的岩体各向异性强度准则,并针对该强度的特殊情况作简化,分析适用条件。采用节理岩体的真三轴试验对其验证,结果表明所建立的各向异性强度准则可以恰当的反映岩体的强度。分析中间主应力,结构面倾角和走向对岩体强度的影响。