不同应变率下冻融损伤大理岩的动态压缩特性研究

为研究不同自然条件下边坡岩石的动态力学性质受冻融循环的影响,对冻融处理后的寒区边坡大理岩在干燥、饱水和冻结条件下进行了一系列动态压缩试验.试验结果表明,相同的冻融循环次数和相同的冲击气压下,常温水对岩石有软化作用,低温冻结对岩石有强化作用,随着冻融循环次数增加,岩样状态对岩石强度的影响逐渐减弱,两种应力因子逐渐接近１;冻融循环对岩样动态强度的劣化作用集中在冻融前期,冻融循环后期岩样动态强度变化不大;随着冻融循环次数增加,岩样动态强度的应变率效应逐渐减弱,且冻融循环对应变率效应的弱化作用也集中在冻融前期.     

冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性影响研究

高寒地区矿山边坡岩体会经历冻融循环作用,引起岩体结构损伤和强度弱化,对矿山边坡的稳定性构成危害。水泥砂浆作为模拟裂隙边坡岩体常用的类岩石材料,其配合比对该类岩石材料抗冻性影响较大。为探究冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性的影响机制,制作了7种不同水灰比的类岩石——水泥砂浆标准试样,进行了不同次数的冻融循环试验及0~50次冻融后的单轴压缩试验。结果表明：①冻融前,随着水灰比的增大,试样初始孔隙率增大、密度降低,进而导致其波速下降;冻融过程中,波速随着冻融次数的增加而减小,且水灰比越大,波速损失率越高。②随着水灰比增大,类岩石材料的单轴抗压强度、弹性模量均出现了先增大后减小的现象;当水灰比为0.325~0.35时,类岩石试样的单轴抗压强度最高且抗冻性能最好。③随着冻融循环次数增加,应力应变曲线趋于扁平化,试样由脆性逐渐向延性转化,且水灰比越大,试样孔隙压密阶段变形越大。研究成果可为寒区矿山边坡及相关岩体工程类裂隙岩体冻融试验中的配比设计提供借鉴。     

冻融作用下裂隙岩石损伤破坏声发射特性研究

为探究冻融环境对露天煤矿边坡稳定的影响,本文以饱和裂隙红砂岩为对象,开展冻融后单轴压缩声发射特性试验,分析不同冻融次数和裂隙倾角对岩石宏观力学特性和声发射参数特征的影响,研究损伤过程中b值和损伤变量演化规律。结果表明：冻融循环和裂隙倾角的变化对岩样应力-应变曲线有较大影响。岩样峰值强度与冻融次数呈负相关性,与双裂隙倾角呈正相关性。轴向应力突降点与声发射振铃计数峰值相互吻合。冻融循环次数的变化引起加载初期振铃计数增大。声发射三维事件点的数量和分布与裂隙倾角密切相关。声发射b值整体保持上下波动状态,冻融循环使b值初期波动减缓。裂隙倾角的增大引起b值在应力最高处更加密集。裂隙岩石的损伤过程分为3个阶段：初始损伤累积阶段、损伤加速阶段和最终破坏阶段,冻融循环加速了岩样的初始损伤累积。裂隙倾角越大,损伤加速阶段的斜率越大。该研究可为寒区露天煤矿边坡稳定提供理论基础。     

冻融循环作用下西藏玉龙铜矿边坡岩体物理力学特性研究

对取自西藏玉龙铜矿的花岗岩和石英砂岩进行了冻融循环试验,得到两种岩样在冻融循环过程中的体积、质量和抗拉强度的变化规律,试验结果表明:两种岩样的体积都是先收缩后膨胀;质量均有极小增加;抗拉强度都有所降低,但上述3种物理力学特性的变化方式则各不相同。通过分析,得出导致这种变化的主要因素是:岩石矿物颗粒和孔隙水在冻融循环过程中发生了相互作用。试验结果为现场边坡设计提供了重要依据,也对岩石冻融力学研究有重大意义。     

冻融循环作用下的花岗岩边坡岩体强度研究

以伊春鹿鸣钼矿发育的花岗岩边坡岩体为例,开展不同风化程度的花岗岩岩石样品的冻融循环单轴抗压强度试验和纵波波速试验,得到不同风化程度的花岗岩冻融循环单轴抗压强度和纵波波速损失程度不同,风化程度高的花岗岩冻融系数较低;冻融循环作用下的花岗岩单轴抗压强度冻融系数与纵波波速损伤变量之间为线性关系,对于不同风化类型的花岗岩,其线性关系高度相近。从边坡稳定性分析的角度出发,提出了2种获取冻融循环花岗岩边坡岩体强度参数的方法,并进行了计算验证。结果显示:采用单轴抗压强度冻融系数直接折减抗剪强度,或采用纵波波速冻融系数折减RMR值后推导抗剪强度,所得结果均可进行边坡稳定性计算;相对来讲,后者计算的安全系数与边坡体实际稳定状态更为接近。     

冻融循环对风化花岗岩物理特性影响的实验研究

在冻结温度为-40 ℃,融化温度20 ℃的环境下对风化花岗岩进行0,10,20,30次冻融循环实验;并对岩样进行室温下岩芯核磁共振和常规单轴压缩实验,得到冻融循环后岩石的孔隙度、孔隙分布和单轴抗压强度,孔隙度与循环次数拟合多项式。实验结果表明：冻融循环后风化花岗岩饱和水状态下的质量均会增加;岩石内部的孔隙分布发生了明显变化;中小尺寸的孔隙数量增加且随循环次数增加而增长;花岗岩强度明显降低,冻融系数和单轴抗压强度随循环次数的增加而减小,弹性模量有所降低。最后利用损伤力学原理对岩样进行冻融损伤分析,得到有效应力与孔隙度表达式,为研究寒区岩体工程损伤破坏机理和稳定性评价提供参考数据。     

冻融岩石损伤劣化及力学特性试验研究

采用实验研究与损伤力学理论分析相结合的研究方法,对砂岩和页岩进行开放饱水状态下的冻融循环试验,并对经历不同冻融次数后的岩样进行单向受力状态下的力学特性试验;分析了岩石的冻融损伤劣化过程,系统研究了岩石的强度与变形特性、应力-应变曲线及损伤扩展力学特性随冻融循环次数的变化规律,并对两种岩石冻融损伤的同一性和差异性进行比较。研究表明：砂岩的冻融损伤劣化模式主要为剥落模式和断裂模式,最终由于冻融损伤而崩解;而页岩为裂纹模式,冻融耐久性相对较强。随着冻融循环次数的增加,两种岩石的弹性模量及强度减小,应力-应变曲线压缩性增大,弹性增长段减小;砂岩表现出延性增强,脆性减弱的特征,而页岩在冻融循环达到一定次数后其力学性质趋于稳定。相比而言,砂岩对冻融循环反映更敏感,压密段更明显,塑性更强。岩石初始细观结构的不同经过损伤的非线性演化,表现出终态宏观特性的差异。     

冻融循环作用下砂岩细观损伤演化规律试验研究

为揭示冻融岩石从微观到宏观的破裂破坏过程,进行了不同冻融循环次数的核磁共振试验,获得砂岩在0次、5次、10次、20次、30次、40次、50次冻融循环后T2谱曲线及孔隙度变化规律。基于磁共振分层技术,对岩石内部孔隙的发育、扩展情况进行准确的分析和判断。从内部细观结构和宏观裂纹形态两个角度分析了冻融岩石动态损伤演化规律。研究表明:冻融循环作用下岩石的内部孔隙特征变化存在界值点,且随着冻融循环次数的增加,岩石内部微孔数量减小,介孔数量明显增大。岩石的冻融损伤过程有明显的各项异性,岩石两端(表面)的冻融损伤比中间(内部)的冻融损伤更加严重,造成岩石内部孔隙结构特征变化差异性。岩石冻融损伤是由孔隙扩展、裂隙发育、裂隙扩展三阶段组成的一个递进损伤动态过程,且损伤过程是表及里由的多种损伤机制共同作用。     

灰岩冻融循环的劣化规律研究

基于岩石损伤理论推导了冻融循环作用下岩石的损伤劣化模型,并采用冻融循环试验方式测试了后崴子隧道灰岩岩样冻融循环后的物理力学特征变化规律,分析了其损伤劣化规律。获得了岩样的质量、纵波波速随冻融循环呈现先增后减的趋势,单轴抗压强度持续减小,弹性模量和峰值应变逐渐增大的结果。分析获得了冻融循环作用下灰岩总损伤变量与应变的关系,冻融和载荷的共同作用会使总损伤加剧,但损伤曲线表明耦合作用也可适当缓解这一影响,且灰岩应变值趋于一致,表明影响灰岩强度极限的主要因素可以不考虑冻融循环。     

加载速率和初始损伤对砂岩能量演化影响的试验研究

为研究加载速率和初始损伤对砂岩能量演化特性的影响,通过预压使部分岩样产生初始损伤,并进行原始岩样和含初始损伤岩样不同加载速率下的单轴压缩试验,分析了砂岩试件加载速率和初始损伤影响下的能量演化特征。试验结果表明,预压产生的初始损伤较为真实地反应岩石内部随机分布的微裂隙损伤,声发射技术能较为准确地表征损伤量及其位置信息;加载速率的不同对弹性能演化过程基本无影响,但造成岩样破坏前积聚的最大弹性能增加;初始损伤的存在使弹性能增长较无损伤岩样变缓,破坏前积聚的最大弹性能减少;从能量耗散的角度建立了岩石损伤演化方程,验算结果表明基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以很好地描述岩石的损伤演化过程。     

基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡 岩体力学参数修正方法

高海拔高寒地区露天矿边坡岩体的冻融损伤特性对边坡稳定性至关重要。以某高海拔高寒地区露天矿边坡为工程背景,深入分析了冻融循环作用下高寒地区岩体力学特性的变化规律,创新性的提出了基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡岩体力学参数的修正方法,并运用于该露天矿边坡岩体力学参数的修正,得到了可反映岩体冻融损伤的力学参数组,为露天矿开采边坡角的确定和边坡稳定性分析提供了可靠的基础数据。     

基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡岩体力学参数修正方法研究

高海拔高寒地区露天矿边坡岩体的冻融损伤特性对边坡稳定性至关重要。以某高海拔高寒地区露天矿边坡为工程背景,深入分析了冻融循环作用下高寒地区岩体力学特性的变化规律,创新性的提出了基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡岩体力学参数的修正方法,并运用于该露天矿边坡岩体力学参数的修正,得到了可反映岩体冻融损伤的力学参数组,为露天矿开采边坡角的确定和边坡稳定性分析提供了可靠的基础数据。     

基于强度折减法及雷达探测法的破碎岩质边坡的稳定性研究

露天矿山断层破碎带附近的终了边坡的稳定性是矿山开采过程中重点研究对象,也是近年来国内外学者所研究的重要地质灾害之一。为了研究某矿山岩质破碎终了边坡的稳定性,以强度折减法为计算核心,采用雷达探测法提供基础岩体数据,并通过室内岩石力学试验法和结构面检测法等综合技术手段对该矿山两处破碎带（Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面）的岩体性质及边坡的稳定性分别进行了研究。结果显示: Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面的岩体力学参数均相对较低,但是边坡的整体性相对较好,且通过三维数值计算得出两个剖面的最大剪应变的变化均不大,且两剖面最大剪应变的位置均出现在终了边坡的底部,边坡的上部和中部均没有产生大量的应变集中现象;通过对该矿区进行数值计算得出两处破碎带随着矿区的开采,台阶坡面角设计为60°时,边坡的安全系数分别为1.61和2.41,两个边坡均处于稳定状态。     

基于岩体损伤模拟的露井联采边坡稳定性

岩体是具有初始几何损伤的多裂隙介质,露天和井工开采导致应力场发生改变,进而节理扩展,损伤增加,强度降低。根据Kawarnoto损伤张量概念、等效应变原理及断裂力学理论,对安太堡煤矿露井联采条件下的节理岩体损伤演化进行了模拟,得到了边坡岩体在露采与井采时损伤张量的时空分布演化特征。建议应用反映采动效应的损伤张量或截面损伤度作为岩体扰动参数,根据岩体质量分类RMR值,确定Hoek-Brown强度参数m和s,体现了岩体强度的各向异性和时空变化。应用到安太堡煤矿露井联采条件下的边坡稳定性分析中,安全系数为1.89~2.32,说明发生剪切破坏的可能性较小,边坡岩体的破坏主要由井工采空区坍塌引起。     

基于强度折减法的大型露天矿东端帮稳定性分析

拟建大型露天镍钴矿区,东西长1 670m,采深一般在300m以上,最高边坡高度超过600m。根据边坡不同位置的边坡高度、工程地质岩组分布特征、各岩组岩石质量等级、边坡面倾向与各岩体优势结构面的关系、边坡岩体完整程度等多项指标将边坡分为五个区。为研究该大型露天矿高陡边坡稳定性与开挖坡角及地下水位的关系,本文在考虑地下水位以上的岩土体饱和度变化的前提下,结合夏日哈木镍钴矿区高陡边坡实际工况,通过有限元软件ABAQUS和抗剪强度折减法模拟计算得到不同开采坡角的边坡稳定系数与地下水位的关系,从而确定出同一水位下的最小开采坡角,以及不同开采坡角下的最高地下水位。最终对本研究结果的分析得到开采坡角及地下水位对高陡边坡稳定性的重要性,并对该露天矿东端帮开挖提出了一系列建议,该研究对该露天矿的其他区域以及周围相似工程的开挖具有重要的借鉴意义。     

露天矿节理岩质边坡稳定性分析

针对弓长岭露天铁矿东帮节理岩体边坡的结构特征,使用3GSM三维岩体不接触测量系统,进行了结构面调查及统计分析,获取了结构面倾向、结构面倾角以及节理迹长、节理间距的详细统计数据。基于Monte-Carlo随机模拟方法,使用结构面网络模拟的软件Frac Sim3D,得到节理岩体的三维网络模型。在建立的三维网络模型基础上,采用钻孔取样方法获取节理岩体的岩体质量指标RQD,结合现场点荷载强度试验,进而获取RMR指标,基于Hoek-Brown经验方法得到节理岩体的抗剪强度参数。通过FISH语言编程实现了对复杂节理岩体的精细建模,采用离散元软件UDEC对边坡进行稳定性分析。结果表明:边坡整体处于稳定状态,局部发生岩体变形,受顺倾结构面控制,边坡顶部岩体沿结构面产生楔体破坏,局部散体区域出现掉块现象。     

边坡开挖光面爆破对岩体损伤的影响分析

边坡开挖爆破必然造成边坡岩体的损伤。通过受损边坡岩体取样岩芯裂隙的统计分析、声波速度测试、岩芯切片微观结构的电镜观察及岩芯的强度试验,发现光面爆破对边坡岩体的损伤程度与爆破规模无明显关系,而与光爆孔的线装药密度有关,损伤区岩石的强度明显降低。     

基于岩体结构数字识别技术的露天矿山边坡生态修复方案优选

露天矿边坡生态恢复是绿色矿山建设的重要组成部分,目前露天矿山边坡生态修复方案选取存在影响因素多、方案配置差和评价体系不健全的问题,开展露天矿边坡生态修复方案优选研究,对于我国绿色 矿山建设具有重要的推动作用。以铜山口矿山露天边坡为研究对象,采用三维重构和理论分析相结合的方法,利用高精度三维激光扫描技术,构建了铜山口矿山地表精细化数字模型,结合矿山边坡工程地质情况进行 边坡分区研究,得到7个边坡分区图;基于岩体结构数字识别技术获得各分区的边坡角度、高度和岩体节理裂隙密度参数,采用岩体BQ分类法对各个分区进行了岩体质量分级评价,结果表明：5区和7区边坡岩体质量等 级为Ⅰ级,1、2、4、6区边坡为Ⅱ级,3区边坡等级为Ⅲ级。在此基础上围绕边坡分区的岩体质量分级开展了边坡生态修复方案优选,研究表明：5区和7区边坡推荐采用厚层基材喷播技术,1、2、4、6区边坡推荐采用 三维网植被技术,3区边坡推荐采用客土喷播技术。上述分析进一步表明：通过采用岩体结构数字识别技术实现边坡科学分区、实现各区生态修复方案优选的方法,对于提高露天矿山边坡生态修复工作效率和质量有一 定的参考价值。     

节理岩体边坡采动损伤与可靠性分析

为定量分析节理岩体边坡的采动损伤对边坡可靠性的影响,通过对大孤山铁矿下盘混合岩边坡进行现场勘测与模糊C均值聚类优化分析,确定了岩体2组优势节理的倾向、倾角、迹长和密度的随机分布参数。利用Hoek-Brown强度准则参数m和s与岩体质量分类指标GSI和扰动系数的关系,采用Monte-Carlo模拟抽样技术获得了节理岩体强度的随机分布参数。建立了节理岩体损伤与扰动系数D的联系,应用Kawarnoto损伤张量对采动损伤进行了数值分析,并根据Rosenblueth原理获得了扰动系数D以及反映时空效应和各向异性的岩体强度随机分布参数。基于此,定量分析了大孤山铁矿下盘混合岩节理岩体边坡采动损伤的时空变化特征及其对边坡稳定性的影响。结果表明,采场底标高从-87 m降至最终-450 m时,坡顶至-87 m水平同一高度滑弧可靠性指标相对下降7.7%,原因为采场下移导致节理岩体损伤加剧、强度降低所致,并且危险滑面逐渐向坡面偏移,与坡面近处岩体的损伤较大相关。     

西藏某边坡冻土区温度场与应力场耦合数值分析

针对西藏地区某水电边坡,在瞬态热传导原理基础上,建立了冻结区和融化区岩体瞬态温度场控制方程,模拟了在低温环境下边坡的温度场响应情况;通过在边坡的不同部位提取特征点,分析了岩体温度场随年气温的演化规律,研究了覆盖层和强风化层在冻结期和融化期的温度影响范围。在此基础上,利用直接耦合法分析了热效应和冻融循环情况下,边坡覆盖层和强风化层位移的变化情况。研究结果表明：边坡浅层岩体温度与环境温度有很强对应性,而边坡深层温度则基本保持在3~5 ℃,边坡冻结最大深度为4 m;覆盖层和强风化层位移受环境温度影响较大,其位移均随时间变化呈近似正弦分布;从影响程度上看,冻胀循环引起的位移变化要远大于热效应的影响。