层状裂隙岩体蠕变柔量估计的合理方法

基于Taylor模型方法和粘弹性断裂力学理论，推导了层状裂隙岩体的单轴、剪切以及体积蠕变柔量，并合理考虑了裂隙相互作用效应的影响，分析了层状裂隙岩体单轴蠕变和剪切蠕变的各向异性。计算分析指出，裂隙岩体的单轴蠕变柔量随裂隙密度参数的增加而增大，随裂隙倾角的增加而减小。考虑裂隙相互作用效应时，层状裂隙岩体的蠕变柔量明显大于不考虑裂隙相互作用的情况。该方法为通过室内岩石流变实验了解实际工程中裂隙岩体的蠕变特性提供了一种可能。     

具有水平表面岩土斜坡粘弹性位移解析解

阐述了暴雨、降雨和流水侵蚀等自然条件下,天然岩土斜坡由于自重作用而发生的二次蠕变现象,以及由于人为的某种原因改变了天然斜坡原始的地应力,而引起的二次蠕变现象。近期,提出了粘弹性力学蠕变柔量解法,给出了一种新的弹性位移理论公式和相对应的通用于 5 种不同本构关系的粘弹性位移理论公式,使弹性和粘弹性对应原理的理论描述简化。以岩土斜坡的二次蠕变现象为例,阐述了 2 种理论公式的应用方法,即由弹性位移解析解求解粘弹性位移解析解的简单解法。依据古德曼给出的具有水平表面岩土斜坡弹性位移解析解,将其中的力学参数式作简单的代数变换,分别引入 5 种粘弹性本构关系的蠕变柔量和广义蠕变柔量的解析式,得到具有水平表面岩土斜坡的符合 5 种粘弹性本构关系的粘弹性位移解析解。     

粘弹性围岩力学参数反分析的一种数值法

依据蠕变柔量和广义蠕变柔量概念，提出了由实测位移反演原岩应力场与粘弹性力学参数的边界元算法，实现了粘弹性围岩力学参数反演的半解析化。     

三峡工程永久船闸边坡岩体宏观力学参数的尺寸效应研究

采用室内及现场岩体力学试验,建立E－Vp关系、工程岩体分级、计算机模拟试验以及边坡位移监测成果的反演分析等手段,对三峡永久船闸边坡卸荷带岩体变形参数进行研究,建立了岩体变形模量与岩体尺寸之间的关系,研究成果表明永久船闸高边坡岩体宏观力学参数具有明显的尺寸效应。     

糯扎渡水电站#2导流洞三维非线性有限元反分析

糯扎渡水电站#2导流隧洞开挖经过F3断层,开挖过程中,F3断层影响带附近的岩体力学参数直接控制着围岩的变形和应力分布。为了评判后续Ⅱ、Ⅲ层开挖围岩的稳定性,需要反演出F3断层附近围岩的岩体力学参数和初始地应力场。对于隧洞开挖反分析问题,考虑到现场位移监测数据与隧洞开挖之间的相互关系,采用开挖位移增量形式进行反分析,并且分析了三维非线性有限元以开挖位移增量的均方误差作为目标函数的反分析计算过程。为了减少现场的位移量测数据对反分析结果的影响,改善其规律性,采用多元线性回归模型对位移监测数据进行整理,有效的提高了反分析计算结果的精度。最后,利用上述方法反演得到了#2导流隧洞F3断层附近岩层的岩体力学参数和初始地应力场。     

圆形坑道锚注支护理想弹塑性分析

利用弹塑性力学经典力学模型,结合岩体力学知识,建立圆形坑道围岩和锚注支护力学分析模型,得到了圆形坑道围岩和锚注体弹塑性应力分布、塑性半径和弹塑性位移等与支护反力、原岩应力和岩体C、ψ之间的相互关系.合理地考虑围岩与支护共同作用,推导得出了一系列支护结构的计算公式,对弹塑性岩体的圆形坑道稳定性分析与设计具有较强的实用和指导价值.     

裂隙岩体蠕变柔量分析

利用Betti互等定理和线性粘弹性断裂力学原理推导了裂隙岩体单轴蠕变柔量和体变蠕变柔量的理论表达式，并通过自洽理论来考虑裂隙相互作用对岩体蠕变柔量的影响，分析了裂隙密度参数和泊松比改变时裂隙岩体蠕变柔量的变化规律，对比了考虑和不考虑裂隙相互作用时裂隙岩体蠕变柔量的区别。同时，分析了在静水应力作用下裂隙岩体蠕变的长期稳定问题。     

岩体力学的进展——岩体结构力学

本文论述了岩体变形、岩体破坏及岩体力学性质主要受岩体结构控制的理论,“岩体结构控制理论”是岩体力学基本理论,提出了关于岩体结构力学的系统观点和理论.     

位移反分析的进化支持向量机研究

将支持向量机与遗传算法相结合，提出了一种用于位移反分析的进化支持向量机方法。这种方法基于试验设计和有限元计算获得学习样本和检验样本，用遗传算法搜索最优的支持向量机参数，用获得的最优模型进行学习，从而获得岩体的力学参数与位移之间的非线性映射关系，再用遗传算法从全局空间上搜索，进行岩体力学参数的识别。给出的两个算例结果是令人满意的。     

小观音坝址区岩体弹性波特征及其应用

  利用勘探平硐的硐壁波速和硐间整体穿透波速的测试成果,分析了小观音坝址区岩体弹性波速度的空间分布特征,鉴于该坝址区以自重应力为主的地应力场特征,讨论了岩体弹性波速度与地应力场的关系。在建立岩体弹性波速度与岩体力学参数间关系的基础上,并以岩体波速为桥梁,探讨了岩体力学参数与地应力之间的关系。利用建立的各种关系,对坝址区难以开展现场试验但又需要岩体力学参数的某些地段,可以通过弹性波测试甚至根据空间位置,确定或估算其岩体力学参数,以供坝址区岩体质量评价、岩体力学分析和计算使用。     

岩石非定常蠕变模型辨识

在页岩蠕变试验数据基础上,分析岩石黏弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律.通过反分析方法建立一维情况下非定常黏弹性模型的蠕变方程,通过应变的理论计算结果与试验结果的对比发现,不考虑参数的时间相关性将引起较大的误差,而考虑参数的时间相关性的非定常黏弹性模型比定常黏弹性模型可更为准确地反映岩石的黏弹性变形性能.在软岩巷道二维非定常蠕变模型辨识的工程实例中,事先假定围岩为黏弹性和黏弹塑性两种不同力学模型,并分别考虑参数为定常和非定常两种情形,在已知现场量测位移条件下,利用位移反分析并根据一定的准则函数求其不同模型中的参数及相应的准则函数值,由各个模型相应的准则函数值大小,判定最佳模型.在假定的一组模型里,发现非定常黏弹塑性模型为最佳模型.     

大风垭口岩石公路隧道围岩及初期支护变形与内力研究

按“新奥法”施工的云南大风垭口隧道全长约3300m，为上、下行分离的双洞单向行车双车道，属于长、大岩石公路隧道。通过现场施工量测，在分析了收敛位移、拱顶位移、围岩内部位移及钢支撑内力等大量实测数据的基础上，研究了围岩及初期支护的变形包括岩石蠕变变形、内力随开挖进度及时间变化的规律，讨论了上、下台阶开挖对围岩的影响。研究结论可望为岩石公路隧道施工提供一定的指导。     

基于强度分层计算的弱胶结软岩冻结壁变形分析

 弱胶结软岩具有低强度、低冻胀性和高流变性的特点。以平均温度代替冻结温度场径向温度梯度分布以及以冻结壁平均强度参数代替力学参数径向层状分布的传统计算方法不能准确反映弱胶结软岩冻结壁的变形特性。基于幂律蠕变本构模型推导分层计算模型的有限差分形式,并给出分层计算模型在FLAC3D中的实现途径。通过实例计算表明,分层计算结果与实测数据更吻合。根据不同工况下的模拟结果,分析弱胶结软岩冻结凿井井帮最大径向位移点为(0.36～0.42) h,空帮径向变形对掘砌段高较敏感,随着段高的增加,围岩变形显著增加,且沿纵向冻结围岩深部发展。通过容许空帮时间分析,在段高大于4.5 m时,正常冻结凿井作业循环时间内,不能保证工作面施工安全。     

考虑开挖卸荷劈裂效应的脆性裂隙围岩位移预测新方法

 针对中国西南地区大型地下水电站厂房高边墙洞室脆性围岩开挖卸荷过程中出现的劈裂破坏这一特殊的工程地质现象,采用直线型滑移裂纹组劈裂简化模型,运用断裂力学、能量分析和裂纹扩展等分析方法,考虑围岩中原生裂隙的存在和在应力条件改变时,原生裂隙产生次生裂纹,继而形成近似平行洞室边墙的陡倾角劈裂裂缝的作用,获得洞室周边围岩的劈裂破坏判据和反映劈裂张开性变形的围岩位移预测新方法。并将新方法应用到锦屏一级水电站地下洞室群实际工程中进行验证,其劈裂破损区和位移预测值均与工程现场监测结果具有较好的一致性。此预测方法将为类似工程优化设计和优化开挖等提供科学依据。     

地应力对深大竖井稳定性影响研究

长大公路隧道通风竖井通常建设在地应力作用的岩体区域,地应力状态是影响竖井工程稳定性最重要的因素之一。为探明高地应力状态对深大竖井围岩的应力演化和变形规律的影响,依托米仓山特长隧道通风竖井工程,采用数值模拟对不同应力系数的竖井施工过程进行分析,研究了不同应力条件下大断面竖井沿不同深度的围岩应力特征及径向位移规律。研究结果表明:相差较大地应力系数对围岩位移分布规律产生较大影响;围岩径向位移与围岩级别及竖井深度呈正相关性,围岩级别变差比竖井深度增大对围岩径向位移的影响更为明显;但当竖井深度超过200 m时,随地应力系数增大竖井径向位移速率急剧增大;不同围岩级别条件下随竖井深度和应力系数的增大,径向应力和切向应力都呈增大趋势,但增大趋势较平缓;研究成果可为类似竖井工程的科研、设计和施工提供参考。     

向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析

 向家坝水电站地下厂房跨度33.4 m、高85.2 m,为国内最大跨度与高度的地下厂房。缓倾角岩层中大跨度地下洞室群的开挖致使顶拱围岩稳定问题突出,为典型结构面控制型地下岩体工程。采取三维离散单元法与应力位移监测相结合的研究对策,对围岩稳定进行综合分析,实施对穿锚索和系统锚杆的加固对策,并基于监测成果说明厂房顶拱围岩在开挖加固后的稳定性。研究表明,浅至中等埋深结构面控制型围岩稳定问题必须加强工程地质分析,重视岩体的非连续性和各向异性,宜采用非连续介质力学分析方法进行分析,以实施针对性加固措施。     

双连拱隧道结构内力样式及围岩稳定性模型试验研究

大型相似模型试验是双连拱隧道结构内力样式与围岩稳定分析研究的重要方法和手段之一。结合广州—惠州高速公路小金口双连拱隧道工程的修建,在II,III类围岩条件下,对双连拱隧道的施工方法和结构内力样式及围岩稳定进行了深入的研究工作。通过模型试验研究提出了一种新的施工方法——中导坑拓展法,这种施工方法对围岩的扰动少;同时采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法3种施工方法进行模型试验研究。结果表明:周边最大径向位移发生于拱顶,其次为腰部;首次建立了双连拱隧道二次衬砌内力(轴力和弯矩)模型及围岩的稳定与变形的规律。这些研究成果对双连拱隧道的设计与施工具有重要指导作用。     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。     

锦屏一级水电站地下厂房洞室群围岩时效变形研究

 锦屏一级水电站地下厂房由于其规模巨大、地质条件复杂、应力强度比较高,使得其围岩应力分布和变形的时效性更为显著。将导致围岩时效性的原因分为由开挖过程引起的时效性和由岩体流变性引起的时效性,并重点研究由岩体流变性引起的时效性。首先简要介绍并讨论岩体流变理论;然后以一代表性监测断面为例,对锦屏一级地下厂房的位移监测资料、声波资料及锚杆锚索张力监测资料进行时效性分析,并指出松动区是围岩时效变形最突出的区域;最后研究考虑时效变形的位移反馈分析方法,给出该方法的具体思路和数值实现手段,并以监5断面为例验证该方法的可行性和可靠性。研究表明,考虑时效变形的位移反馈分析方法可以有效模拟围岩在施工期内的时效性,为支护设计的修改提供参考依据。     

官地地下厂房洞室群施工期围岩位移特征分析

对官地水电站地下厂房洞室群施工期围岩位移特征进行分析,以主厂房为例,研究结构面对位移的影响和位移随时间曲线的变化规律。分析表明：地下厂房围岩位移为0～20 mm,位移较大部位出现在主厂房边墙中上部和岩锚梁部位。开挖揭露量级较大部位的位移主要受到错动带控制,施工期洞室最大位移达到61.49 mm,结构面附近的张开位移是该部位的主要位移。锚杆和锚索对围岩位移起到很好的约束作用。位移主要发生在开挖施工期间,且随开挖过程表现出典型的阶跃上升特征;开挖施工结束后围岩位移收敛速度较快,围岩位移的时效特征不显著,洞室群稳定状况良好。