岩石边坡工程与卸荷非线性岩石(体) 力学

 提出卸荷非线性岩石力学的概念及其主要内容, 指出卸荷非线性岩石力学与加载岩石 力学的区别。认为岩石边坡开挖为卸荷条件, 以往用加载岩石力学方法不能反映边坡岩体的 实际力学状态。采用卸荷非线性岩石力学方法对自然边坡及人工边坡的分析实例表明, 计算 成果与实际情况吻合。     

某公路边坡开挖卸荷变形研究

采用传统的加载力学方法和卸荷岩体力学方法,利用数值计算对某公路高边坡开挖后的应力-应变进行了研究.比较两种计算方法算得的边坡位移,并与实际监测数据进行对比分析,验证了卸荷岩体力学方法在岩土体开挖边坡计算分析中的合理性.     

基于三维数值模拟的含软弱夹层顺层岩质边坡开挖稳定性研究

在地形、岩体组构、风化及开挖卸荷等作用下,某含软弱夹层顺层岩质建筑边坡已明显变形,继续开挖后可能出现大变形问题。通过开挖过程中边坡变形破坏特征及岩土体物理力学参数统计分析,基于FLAC3D软件,建立了边坡三维计算模型;计算分析了边坡开挖后的位移变形特征,评价了开挖后边坡的稳定性。结果表明,边坡开挖后软弱夹层上部岩土体变形较大,可能产生沿该软弱夹层的剪切滑移破坏,与现场监测数据基本吻合,可为顺层岩质边坡稳定性计算评价及优化同类型边坡开挖支护设计提供理论依据。     

三峡工程卸荷岩体声波测试及其参数研究

通过现场开挖边坡卸倚岩体不同距离的声波测试，研究了卸荷岩体的声波传播特性，并采用卸荷岩体力学的观点和方法，对声波测试结果进行了分析，得到了不同方向声波速度的变化规律，并发现其具有明显的正交异性特征，然后根据声波的传播特性，划分了边坡开挖后岩体不同的卸荷区域，确定了各卸荷区岩体宏观力学参数，最后与试验结果进行了比较，得到了比较一致的结论。     

分级卸荷速率下软砂岩破坏特征试验研究

山坡开挖活动是山体高坡释放轴向应力及环向应力的主要因素，根据开挖卸荷理论及卸荷岩体力学的思想相结合，某软砂岩山体边坡的地理环境下，采用三轴分级卸荷试验系统开展卸荷试验。考虑到山体边坡开挖过程中，山体边坡上覆荷载变化较小，侧向约束力受限的受力特征，确定轴向压力恒稳与环向压力逐级减小的卸载形式。结合山体边坡工程分层开挖方式与诱导原状岩体应力释放，存在不同强度分荷状态下量态分级的现象，考虑分级卸荷速率下软岩体的应力应变曲线，分析复杂边坡地形破坏状态下瞬态应变情况。     

顺层边坡不同开挖锚固过程力学响应模型试验

为深入认识施工期顺层边坡变形与应力调整规律,开展了不同开挖与锚固过程顺层边坡地质力学模型试验,分析了边坡不同部位对不同开挖坡率、锚固次序等施工过程的力学响应规律。试验结果表明:①顺层边坡开挖响应主要受卸荷回弹与层面滑移影响,卸荷回弹效应由开挖方量控制,层面滑移对开挖振动响应显著;开挖后边坡上部主要表现为结构面滑动变形,中部及下部主要表现出卸荷回弹特征。②测点与坡面的距离直接影响测点对开挖的响应,靠近开挖面测点位移大,远离开挖面测点位移小,且边坡变形随开挖坡面变陡呈增加趋势。③预应力锚筋不同张拉次序会引起边坡不同的响应规律。单侧顺序张拉时,距离锚筋较远的岩体呈现受拉特征,易导致岩体中原有裂隙张开或出现新裂隙;中间到两侧对称张拉时,基本所有岩体均呈现受压特征。建议采用对称张拉次序,避免单侧张拉。     

基于FLAC~(3D)的岩石边坡分步开挖稳定性分析

文章基于开挖卸荷理论,采用FLAC~(3D)数值计算软件对重庆市奉节县某岩石边坡进行数值模拟,分析分步开挖卸荷作用对该岩石边坡稳定性的影响。计算结果表明:由于分步开挖卸荷作用对该岩石边坡造成的影响很小,产生的x方向以及和位移均为mm级,表明该岩石边坡在分步开挖卸荷作用下稳定性很好。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行。通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性。研究结果表明：该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行.通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性.研究结果表明:该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间.     

岩全边坡非连续非线性卸荷及流变分析

对岩石边坡的卸荷和流变作了非连续变形分析。指出边坡在卸荷情况下，岩体的变形分析应考虑开裂等非连续变形。对其流变变形也应考虑开裂和裂隙扩展机制进行了计算才能得到岩坡的大变形与真实变形。常规弹塑性分析一般只能得到小变形，与实测值往往对应不起来。本文提出了开裂卸荷条件下岩石的本构关系和计算方法，并运用于工程。将实测结果和计算做了对比，两者甚为吻合。     

三峡工程永久船闸陡高边坡各向异性卸荷岩体力学研究

岩体工程具有加载和卸荷两类不同性质的力学状态,在此力学状态各异的情况下,节理岩体的力学特性有本质的区别。岩体高边坡工程的力学状态主要为卸荷。在三峡工程永久船闸高边坡的研究中,作者提出了“各向异性卸荷岩体力学的新概念”,得出了与目前常规岩体力学研究不同的结论。该研究成果已被多项边坡工程和地下工程实例所验证。以前应用该理论对三峡永久船闸陡高边坡的研究成果,也日益为监测资料所验证。     

岩体变形破坏过程的能量机制

 叙述岩体单元变形破坏过程中能量耗散与强度、能量释放与整体破坏等概念。在循环压缩载荷下,实测岩石的能量耗散及损伤,数据拟合表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。在循环压缩载荷下同时实测不同加载速度及不同载荷水平下岩体内可释放应变能、耗散能、卸荷弹性模量及卸荷泊松比的变化规律,给出复杂应力条件下卸荷弹性模量的变化公式。基于可释放应变能建立岩体单元的整体破坏准则,该准则与大理岩的双压试验结果符合得比较好。对工程中常见的层状岩体,提出基于畸变能与广义体积膨胀势能而建立的层状岩体破坏准则,该准则与层状岩的双压试验也符合得比较好。     

岩石的劈裂和卸载破坏机制

 概括含缺陷的岩体结构模型,并利用其研究岩石在加载和卸载时内部出现的拉应力及其对岩石破坏模式的影响。为模拟深部岩体的赋存环境,研究3种受力条件下的岩石应力状态：单轴无侧限压缩、具有初始静水压力时的加载和初始静水压力作用下岩石的卸载。分析表明,无论是加载还是卸载,岩体中均将出现局部拉应力。在加载情况下,岩体中出现的拉应力有可能导致平行于加载方向的劈裂;而在卸载情况下,岩石中将在缺陷处形成平行于卸载方向的拉应力。岩石中出现的拉应力主要与岩体内缺陷的物理参数、初始应力大小和卸载速率有关。对卸载时初始应力和卸载速率对缺陷应力集中的影响进行分析,结果表明：卸载速率越快,缺陷处的应力集中越大,若缺陷尺寸较大,岩体中的局部拉应力和初始应力近似成正比。根据得到的局部应力表达式,在深地下工程中,快速卸载将必然导致岩体的拉伸破坏。     

循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的实验研究

从不同位移速率、不同载荷水平和不同岩石孔隙性(如坚硬致密的细粒砂岩和软弱多孔的混凝土加气砖等)3个角度对岩石类材料在循环加、卸载条件下所形成的封闭塑性滞回环的演化规律进行探讨。通过对其实验结果的分析发现:(1)岩石类材料在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不重合,确实将形成一封闭的塑性滞回环;(2)循环加、卸载条件下,加载曲线段的位移变化量在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,其位移变化量的变化并不明显,而卸载曲线段的位移变化量在整个循环加、卸载过程中的变化似乎都不明显;(3)一般而言,位移速率越大纵向载荷–纵向位移曲线的斜率就越大,载荷水平越高第1次循环中载荷卸载至零时所残余的位移量也越大;(4)从第2次循环开始,在每次循环加、卸载完成之后,加载曲线段的起点与卸载曲线段的终点几乎是重合的,即从第2次循环实验开始几乎不再产生新的残余位移量;(5)针对具有不同孔隙性的岩石,在不同位移速率和不同载荷水平时其循环加、卸载条件下的变形响应程度将有所不同。     

卸荷条件下岩爆机理的试验研究

岩体卸荷和加荷条件下的力学特性有本质区别，高地应力地区地下工程开挖过程中发生的岩爆是一种典型的开挖卸荷现象。对粉砂岩试样进行了保持轴向变形不变的卸围压试验，在试验结果分析研究的基础上，对卸荷导致的岩爆进行了研究。研究表明。处于三轴应力状态下的岩体，如果某一方向的应力突然降低造成的岩石在较低应力水平下破坏，那么原岩储存的弹性应变能会对外释放，释放的能量将转换为破裂岩块的动能，进而町能引起岩爆。采用提前钻孔释放能量的方法。将工作面前方围岩中的能量提前释放，在即将开挖的围岩四周形成一个低应力的保护壳，能够减缓或降低岩爆的发生。     

峰前围压卸荷条件下岩石的应力-应变全过程分析和变形局部化研究

地下工程和边坡工程开挖一般处于卸荷条件。岩石在加载和卸荷条件下的力学特性不同，研究岩石在卸荷条件下的强度特性具有重要的理论和现实意义。根据损伤断裂力学知识建立了岩石处于卸荷条件下的全过程应力-应变关系，包括线弹性阶段、非线性强化阶段、应力跌落和应变软化阶段。理论和试验研究发现，岩石卸荷破坏所需要的应力比连续加载破坏时小，且卸荷破坏时的变形比连续加载时大，其主要原因是卸荷时存在裂纹张开，裂纹张开导致了无摩擦滑动和变形模量的减少，岩石的无摩擦滑动必定比摩擦滑动所需的应力小。通过和试验结果的比较验证了该理论的有效性和正确性，该理论对边坡工程和地下工程开挖具有重要的参考价值。     

岩石卸荷损伤演化机理CT 实时分析初探

 利用作者已研制成功的与CT 机配套的专用三轴加载试验设备, 在国内外首次完成了岩石卸荷损伤断破裂坏全过程的实时CT 试验。得到了岩石卸荷损伤演化过程中从裂纹发育、扩展、贯通到断裂破坏全过程的CT 图像。通过与岩石连续加载破坏过程细观试验结果的比较发现, 岩石卸荷破坏比连续加载情形下岩石破坏更具突发性。由静态连续加载岩石细观损伤机理出发, 将静态岩石全过程曲线划分为5 个阶段。得到了卸荷条件下岩石损伤扩展的初步规律。     

构皮滩水电站高拱坝建基面卸荷岩体变形参数研究

 乌江构皮滩水电站高拱坝建基面开挖成型后,在建基面上进行大量的声波测试,通过不同高程、不同部位的声波测试,根据波速沿坡距综合关系曲线确定卸荷深度,并分析波速分布的规律及特征。在卸荷带内进行35点原位变形试验,其加载路径和最大压力与拱坝作用于岩体的条件相似。通过35点变形试点的动静对比试验,建立卸荷岩体变形参数与波速之间的关系,利用大范围的声波测试结果评价卸荷带岩体变形参数。结合开挖前后波速和变形参数的变化规律,分析研究该高拱坝建基面卸荷岩体变形参数的弱化程度。试验结果表明,建基面卸荷深度为6 m,卸荷带岩体平均波速降低7.0%,平均变形模量由29.1 GPa降低至16.2 GPa,平均降低43.6%。提出卸荷岩体的变形参数及取值方法。