基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

裂隙岩体透水率与其完整性指数及BQ值的关系初探

岩体的渗透系数是评价岩体渗透性,进行裂隙岩体渗流模拟的必备参数,在工程实际应用中亦具有重大意义。研究发现:岩体的完整性系数和基本质量指标(BQ值)的算术平均值与裂隙岩体透水率的几何平均值相关性较好,故利用岩体的完整性系数和基本质量指标(BQ值)的算术平均值估算裂隙岩体的渗透系数是可行的。根据金堆城杨家湾尾矿库初期坝的岩体压水试验结果,初步探索了岩体的基本质量指标及岩体完整性指数与其透水率的关系。     

基于TBM掘进参数和渣料特征的岩体质量指标辨识

在工程实践和前人研究成果的基础上,综合分析了TBM法隧洞的围岩地质条件对TBM掘进过程的影响,提出了一种基于TBM掘进参数和渣料特征的围岩质量指标(RMR)辨识方法。该方法一方面可将TBM的实时工作参数输入到回归公式或神经网络模型中,实现岩体质量指标的辨识;另一方面可通过分析TBM渣料特征得到岩体的镶嵌结构、不连续面状态以及地下水等地质信息,进而对岩体的地质力学强度(GSITBM)和质量指标(RMRTBM)进行估计。鉴于这两种方式的显著特征,建议在地质条件较好时优先采用基于掘进参数的辨识方法,地质条件较差时采用基于渣料特征的评价方法。在对TBM法隧洞围岩质量指标辨识研究的基础上,对岩体基本力学参数的估计方法进行了研究。     

小型地质危岩体灾害的爆破处理方法

基于危岩体和环境条件分析,介绍了危岩控制爆破的设计方法、爆破方案,计算爆破飞石和滚石等有害效应的防护距离。消除了危岩体对周边影响,达到了预期治理危岩体的效果。     

考虑节理影响的岩体基本质量指标定量评价

岩体完整性系数K_v是确定岩体基本质量指标BQ的主要参数，目前国家标准只考虑节理数量而未反映节理倾角和填充物对K_v影响。通过对含不同节理面的花岗岩岩样的纵波波速测试，探讨节理数量、倾角、填充物对岩体纵波波速的影响规律。考虑节理倾角、填充物的影响，提出了一种定量计算K_v的评价方法。将K_v视为正态分布随机变量，以90%的保证率估算K_v值，获得与Jv的对应关系，结果与国家标准推荐值非常接近。从岩体力学强度评价角度，计算验证了该方法在实际岩体评价中的适用性。提出方法可为岩体基本质量指标BQ的定量评价提供参考。     

考虑岩体完整程度的岩石爆破损伤模型及应用

现有爆破损伤本构模型未能考虑岩体完整程度对爆破作用效果的影响。为此,对Yang等提出的爆破损伤模型进行了改进,建立考虑初始损伤的弹塑性爆破损伤本构模型及提出用于评价围岩受爆破影响的损伤判据。该本构模型包含初始损伤变量和岩体完整性指数、声波波速等参数间的关系式,并利用岩体初始完整性指数的变化考虑其完整程度对爆破损伤作用的影响。把该模型引入到LS-DYNA数值软件中,并结合工程实例进行数值模拟,得到爆破损伤云图及相应的爆破影响范围。然后将计算得到的爆破影响范围与现场实测值、基于常用的TCK爆破损伤模型的数值计算结果进行了对比。最后,分析了爆破影响最大半径、最大深度与岩体初始完整性指数间的关系。研究表明,爆破影响最大半径、最大深度均随岩体初始完整性指数的减小而增大,且前者的变化更为显著。基于所提出模型的数值计算结果和现场实测值较为符合;提出的损伤模型可为考虑岩体完整程度对爆破开挖影响的理论研究和工程实践提供参考。     

《爆破安全规程》(GB 6722—2014)边坡岩体爆破振动速度安全允许值的理论探讨

开挖爆破诱发的地震波对岩质边坡有显著影响,我国《爆破安全规程》(GB 6722—2014)给出了边坡岩体的爆破振动速度允许值,但未明确说明取值的理论依据。为此,分析露天开挖爆破条件下邻近边坡岩体的附加动应力和质点振动速度场分布特征,推导以坡表质点振动速度表征的岩体附加动应力表达式。以边坡岩体不发生剪切和张拉破坏为控制要求,考虑边坡岩体分级特征和坡体结构特征,提出基于简单边坡模型的浅层岩体的爆破振动速度允许值。分析表明,岩体强度、边坡坡度、滑动面深度和地震波频率等均对边坡岩体的允许振动速度存在显著影响。其次,无剪切破坏条件下计算的爆破振动速度允许值与《爆破安全规程》(GB 6722—2014)的控制标准在量级上较接近,而无张拉破坏时各级岩体的爆破振动速度允许值差别不大,《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中岩质边坡爆破振动控制标准应在理论分析和工程实践基础上进一步细化。     

基于改进BP网络在复杂岩体质量分类中的应用

在综合分析评价岩体质量指标的基础上,提出了神经网络在岩体质量分的应用。介绍了采用BP神经网络方法对复杂岩体进行质量分类的工程实例。工程实际应用表明,经过优化的BP神经网络经过多次学习后,测试精度提高,结果可靠,取得了较好的实际应用效果。     

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。     

岩石爆破损伤断裂的细观机理及其力学特性研究

 博士学位论文摘要　通过理论分析与建模、实验室与现场试验、数值模拟计算三个方面, 深入探讨了岩石在爆炸荷载作用下的细观断裂机理及损伤演化规律, 对爆破损伤岩石的力学特性进行了实验研究和分析。在分析研究现有岩石爆破损伤模型和岩石损伤断裂理论的基础上, 提出了用宏观和细观相结合, 用细观损伤断裂力学方法描述和计算了岩石爆破破碎过程, 并将爆破过程分为应力波的动力作用和爆生气体的驱动及准静态应力场作用两个相互连贯, 而作用机理又不尽相同的两个阶段: 第一阶段为爆炸应力波作用下的动态损伤断裂初期效应, 第二阶段为爆生气体的流体驱动和静态压力场作用下的损伤断裂后期效应, 并分别研究了该两阶段岩石在爆炸载荷作用下的微裂纹扩展和损伤演化规律以及岩石爆破损伤断裂准则。在应用计算损伤材料有效模量的Taylo r方法基础上, 建立了一个适应范围更广的新的岩石爆破损伤模型; 然后应用细观损伤力学和断裂力学理论, 建立了岩石在爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展及在静态压力场作用下的裂纹尖端损伤局部化模型, 从而确定了岩石在爆炸载荷作用下的损伤场, 揭示了岩石爆破损伤断裂的全过程实质。运用超动态应变测试、超声波及电镜对岩石爆破损伤断裂机理和破坏过程进行了实验研究, 模拟了炮孔填塞和无填塞、耦合装药和不耦合装药、不同参数下的爆破过程, 分析了不同爆破条件下岩石内部的微裂纹扩展、损伤演化和岩石破碎规律。结果表明: 爆炸应力波对岩石的破坏作用主要体现在爆破近区, 而在爆破中远区主要产生损伤, 如果没有爆生气体的后期作用, 这种损伤一般不会造成破坏; 而爆生气体是裂纹扩展的主要原因, 特别是在主裂纹的形成和扩展过程中起了十分重要的作用。实验结果验证了所建模型的正确性和合理性。在现场及实验室实验的基础上, 分析研究了爆破对围岩的损伤作用, 建立了岩石弹脆性细观损伤模型; 并认为爆破对围岩的损伤作用体现在对岩石力学性能劣化和岩体完整性降低两方面, 其损伤程度与装药条件、爆破参数及远场应力有密切关系, 加大不耦合装药系数可以明显减弱对围岩的损伤作用;首次提出了爆破损伤岩石基本质量指标的概念, 推导了爆破对岩体基本质量指标BQ 公式的影响系数表达式, 定量地分析了爆破对围岩质量影响与损伤程度, 这对合理选取爆破参数和对围岩、边坡稳定有实用指导价值。以DYNA 22D 程序为基本框架, 采用小损伤条件下的解耦方法, 实现了对岩石爆破过程的数值模型, 计算模拟并对比了填塞和无填塞装药条件下的岩石爆破过程和损伤演化, 数值模拟与实验结果基本一致。     

岩体爆破累积损伤效应声波频谱特征分析

为揭示岩体爆破损伤累积扩展规律及其与岩体声学变化特性之间的内在联系,在某地下工程围岩中进行了10次小药量爆破岩体损伤的现场声波测试。为充分利用岩体声波测试信号中的有效信息,弥补单纯声波速度分析的不足,基于快速傅立叶变换(FFT)探讨了声波在爆破损伤岩体中传播时的衰减特性,分析了主频、频域内最大振幅等岩体声学参数随爆破次数不断增加的变化特性。研究结果表明,随着爆破次数增加,岩体声波频谱特征呈现如下变化规律:(1)岩体爆生裂隙不断增加和扩展,声波测试信号中的高频成分不断被吸收,低频成分所占比例增加,主频向低频方向偏移,频谱曲线畸变程度增加;(2)声波主频比和频域最大振幅比均呈非线性降低趋势,频域最大振幅比对岩体爆破损伤的敏感性高于声波主频比;(3)随着爆心距的增大,岩体声波频谱变化程度逐渐减弱。     

高速公路石方路堑爆破开挖工法研究

分析了目前高速公路路堑爆破开挖施工方法,提出了岩石路堑爆破开挖必须综合考虑岩性、地形地貌和周围环境状况,采用优化的爆破施工方法。参照隧道围岩的分级方法,对路基岩石进行了分级探讨,坚硬岩石采用预裂爆破,软岩采用预留保护层进行光面爆破等技术措施,避免对边坡产生破坏,控制爆破飞石、爆破振动对周围行人和建筑物的影响。     

岩体爆破效应预测的一种新方法

 高斯过程是一种最近发展起来新的机器学习技术，对处理非线性复杂问题具有很好的适应性。岩体爆破效应与其影响因素之间是复杂的非线性关系，针对传统方法的局限性，提出一种基于高斯过程的岩体爆破效应预测的新方法，建立相应的岩体爆破效应预测模型，并应用于三峡工程坝区岩体爆破振动速度、爆破损伤深度与损伤半径的预测。通过三峡现场爆破试验数据，建立训练数据集和测试数据集，采用高斯过程方法建立爆破效应与影响因素之间的各影响因素之间的非线性映射关系。研究结果表明，岩体爆破振动速度、爆破损伤深度与损伤半径的预测结果与现场试验结果比较吻合，用高斯过程方法预测岩体爆破效应是科学可行的。与神经网络方法相比，高斯过程方法具有算法参数自适应化的特点，且适用于小样本问题，预测精度高，并易于实现，具有良好的工程应用前景。     

Rock quality classification and stability evaluation of undersea deposit based on M-IRMR

The mine improvement of rock mass rating (M-IRMR) evaluation method was put forward based on the existing theory of the rock quality classification and the stability evaluation in the undersea deposit of Sanshandao Gold Mine, China. The M-IRMR evaluation method includes 9 evaluation indexes which are rock compressive strength, rock quality index RQD, joint spacing, joint state, groundwater state, joint direction, ground stress, blasting vibration, and exposed area, respectively. During the evaluation process, according to the special features of the undersea deposit, the rock mass rating (RMR) method was used as the foundation, and the four geological parameters (i.e., rock compressive strength, rock quality index, joint spacing, and ground stress) were modified. The computing methods of the two engineering factors (blasting vibration and exposed area) were presented. The M-IRMR rock quality classification and stability evaluation method was applied in the level of −420 to −690 m in the undersea deposit of Sanshandao Gold Mine and the classification results were consistent with the actual situations, which can provide a scientific basis for choosing the suitable mining method and stope support system of the undersea deposit.     

不同开挖方式下岩石高边坡损伤演化过程比较

 不同岩石高边坡开挖方式对保留岩体的损伤范围有重要影响。基于LS-DYNA二次开发的累积损伤仿真技术,对光面爆破和预裂爆破2种不同爆破方式下的开挖损伤全过程进行数值仿真。计算结果表明,光面爆破开挖方式下爆破损伤具有明显的累积特征,其中,主爆孔产生的累积损伤最严重,光面爆破次之,缓冲爆破最小。预裂开挖方案中,保留岩体几乎仅受到预裂孔的损伤作用,但预裂孔本身的损伤大于光爆孔。对比2种开挖方式下最终保留岩体的损伤分布特征：光面爆破开挖方式下,保留岩体中沿轮廓面分布较小范围的高程度损伤区以及中下部分布较大范围中等程度损伤区;预裂开挖方式下,保留岩体仅存在范围相对较大的沿轮廓面分布的高程度损伤区。     

悬索桥锚碇隧道爆破开挖的围岩累积振动效应研究

 结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到围岩损伤度和松动圈范围在不同等级的爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系,以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。结果表明：锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3～6 cm/s时,最大围岩松动圈厚度约为2.3 m,围岩平均损伤度约为0.15。当测点处围岩的振动速度小于2 cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。     

宁德核电站核岛基坑爆破开挖安全控制研究

 基坑在进行爆破开挖时,爆孔周围岩体必然会因爆炸作用而造成破坏,因此加强爆破开挖安全控制对于保障工程质量至关重要。以福建宁德核电站核岛基坑爆破开挖为依托,根据场地地质勘测资料,通过现场爆破振动试验获得场地爆破振动衰减规律,通过声波测试以及数值模型试验获得爆区损伤深度与距爆源30 m处质点峰值振动速度之间的函数关系,结合工程施工对基础爆破开挖损伤的要求确定30 m处爆破振动速度阈值,并通过后期全程监测验证控制参数的有效性。     

浅析岩石夹层对爆破效果的影响

在土岩爆破中，夹层的存在对爆破质量和爆破效果有着较大的影响。炸药爆炸产生的应力波在不同介质界面中传播会发生变化，这是影响爆破效果的原因之一。通过理论分析和工程实例，介绍了对不同夹层所采取的相应措施达到改善爆破质量与爆破效果的目的。