岩体失稳前兆阶段准静态形变平衡方程和加载参数——能量输入率

由能量守恒原理导得的岩体失稳前兆阶段准静态形变平衡方程中包括Ι体的弹性能释放率、II体的能量耗散率和环境对系统的能量输入率(或广义地称为“环境与岩体系统能量交换率”),包涵了岩体系统准静态形变过程的完整信息量。阐述了用能量输入率J呈递减或递增趋势,来判别系统稳定性与用Dirichlet势函数2阶导数正负法则判别系统稳定性的结果完全一致;J>0是环境对系统输入能量;J<0是系统对环境输出能量;J=0是岩体系统动力失稳的临界条件,可用于确定岩体系统失稳起始点和终止点;这些可为准确计算地震、岩爆时释放的地震能等问题提供科学依据。首次从仿照弹性稳定理论得到的系统总势能全量函数形式,正确导得岩体系统准静态形变的平衡方程。     

岩体的构造层次及其成因

岩体具有复杂的构造层次,这种构造层次的范围从微观一致延伸到宏观。但是对于这种构造层次的形成原因到目前为止还没有就内因及外因进行系统的研究。本文基于现有的地质力学研究成果及物理理论对于岩体构造层次形成的原因进行了系统研究。从研究结果可以看出,岩体构造层次的形成既具有岩石初始形成过程中的原因,也有后来的地质运动原因。在岩石形成时,由于不平衡状态的存在及与周围环境进行能量及物质交换,出现了自组织过程及耗散结构,从而形成了相互嵌入的自相似分形结构。地质运动原因是由于外部作用的存在使得地壳处于不平衡状态。不平衡状态为岩体的变形与破坏不断提供能量,从而形成耗散结构。在不同的年代形成不同层次的断层,邻近断层相互成45°角,尺度按2因子变化。由于岩体中存在着自相似分形结构,嵌入系数就是岩体内部构造自相似性的一种外在表现。     

冲击地压机制的细观实验研究

在国内外现有研究成果的基础上，总结冲击地压发生特征，结合我国最新冲击地压案例，分析冲击地压的诱发因素。基于非平衡态热力学和耗散结构理论，阐述冲击地压孕育过程中“煤体-围岩”系统内能量集聚及耗散特征：同时，研究煤体细观结构参数及有机组分分布等因素与煤体冲击倾向性的内在关系。通过煤样断裂过程的细观实验，探讨煤岩体在采动等外界因素影响下内部微裂纹快速成核、贯通、扩展进而诱发煤体整体失稳的机制。     

地震诱发岩体崩塌的力学机制

危险岩体失稳崩塌是震时地震诱发的最严重的地质灾害类型之一,严重地制约着灾区灾后重建工作.然而目前有关地震诱发岩体崩塌的力学机制还不清晰,不能很好地给出相关危岩的诊断和防治措施.为此,基于震区危岩体实际结构特征,借助岩石断裂力学知识,从能量角度研究震时震波能量在危岩体上的输入与耗散机制,分析岩体裂缝失稳扩展的条件和过程,并给出扩展量的计算方法,明晰地震诱发岩体崩塌的力学机制.最后通过算例计算和展示,验证模型的合理性,阐明震时崩塌本质上是震波作用下危岩体裂缝扩展贯通的结果.     

煤矿巷道围岩稳定性快速评价方法研究

建立了煤矿巷道施工过程中围岩岩体结构的快速描述方法,提出了巷道围岩稳定的快速调查体系;通过实例说明,对围岩不稳定块体的定位方法,提出了运用SASW软件和赤平投影方法快速计算其稳定性;将水电系统的围岩分类方法BQ分类引入煤矿巷道围岩质量分级体系,建立了岩体回弹值和岩体抗压强度之间及RQD值和完整性系数之间的量化关系,通过测量岩体RQD值和回弹值即可快速确定质量级别;根据巷道围岩的失稳模式,即块体失稳和围岩变形失稳,分别提供了快速支护方式方法,为煤矿巷道围岩失稳岩体的支护设计提供了依据.     

四川资中某危岩体发育特征及稳定性分析

四川某危岩体位于资中县境内,文章在调查该危岩体形成的地质环境背景基础上,分析了危岩体发育特征、形成机制,查明了危岩体空间几何特征、结构面组合特征与失稳模式的相关性并将危岩体分为:滑移式、倾倒式和坠落式三种失稳模式,根据不同的模式对各单体危岩进行了稳定性计算。稳定性计算结果表明,危岩体在天然状态下处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态,在地震工况下处于基本稳定状态。     

基于能量机理的卸压爆破效果电磁辐射检验法

冲击矿压是一个具有复杂结构和行为特征的开放系统和能量耗散系统,促使这个系统演化的动力是该系统内部和外界环境中的能量流和信息流。根据突变理论,只要煤体中能量的积聚与耗散维持一个动态平衡,则其储存能将始终维持在某一正常水平,煤体中能量积聚与耗散的载体——微缺陷(裂纹、孔洞等)就不会失稳断裂而形成冲击。卸压爆破作为一种有效释放弹性能、降低冲击危险的措施,其效果可以通过电磁辐射来检验。     

岩体动力失稳的折迭突变模型

讨论了目前采用突变理论研究岩体动力失稳存在的问题。尖点突变模型对同一参数最多有3个平衡状态,其中一个不稳定另两个稳定,它描述的是两个稳定平衡状态在一定条件下可以相互转换、重复的系统;折迭突变模型最多有两个平衡状态,一个稳定,一个不稳定,它描述系统不能重复的本构失稳问题。由系统在平衡位置作准静态位移时的功、能增量关系式,按能量守恒原理推导了两体系统的平衡方程,建立了两体系统动力失稳的折迭突变模型,给出了岩体动力失稳问题的一般方程,得到了系统失稳前后的变形突跳和系统能量释放的一般表达式,基于Weibull分布的岩体本构关系为其特例。     

工程项目集成化管理系统演化机理研究

在分析工程项目集成化管理“绩效瓶颈”的基础上,利用管理熵定律和管理耗散结构理论研究了工程项目集成化管理系统的演化机理,建立了工程项目集成化管理系统的结构耗散模型并给出了其形成的条件,分析了工程项目集成化管理系统的耗散途径,构筑了工程项目集成化管理系统的耗散动力系统。研究结果表明:工程项目集成化管理系统存在着管理熵增定律,且具备管理耗散结构特征;工程项目集成化管理系统正是在管理熵增定律与管理耗散结构理论这两个基本规律的作用下发展与演化的,其“功能倍增、利益涌现”的集成化管理绩效取决于管理熵增定律和管理耗散结构在系统发展过程中的力量对比。     

基于极限平衡法和强度折减法的危岩稳定性分析

为了分析评价陡倾结构面相互组合切割形成的危岩体的稳定性,本文以龙寺CIV-1边坡危岩体为例,根据地质调查数据,建立了危岩体的简化地质模型、失稳概化理论模型以及在冻胀、地震、水力等因素影响下的力学分析模型,利用极限平衡理论推导出了危岩体的滑移稳定性系数和倾覆稳定性系数的无量纲表达式,重点分析了不同工况下危岩体的稳定性,并借助UDEC强度折减法对危岩体的形成、破坏机理进行分析研究。结果表明：不同工况下的危岩稳定性为天然工况>地震工况>暴雨工况>组合工况;层面与陡倾结构面的组合关系以及陡倾结构面的贯通程度直接控制着危岩体的稳定性和破坏模式。通过极限平衡法和UDEC强度折减法相结合的危岩体稳定性评价方法,不仅可以通过简单的数学公式高效地获取危岩体的稳定性,还可以通过力与变形的信息,直观的辨别出危岩体易失稳的部位,为陡倾结构面切割形成的危岩提供防治参考。     

围岩稳定的熵突变理论研究

围岩体力学特性具有高度非线性，可以借助当代非线性科学来研究和预测它的力学行为。应用熵及突变论等非线性科学理论研究岩石非线性稳定问题，揭示了岩体失稳过程和破坏机理，建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据。     

自控水力截齿破岩机理的混沌动力学特征

本文应用混沌理论研究了高压水射流与机械刀具结合破岩过程中水楔作用发挥程度的识别方法．基于截割力信号所展示的不规则的非周期混沌现象。将一个破碎强度时间序列纳入了非线性耗散动力系统．应用时间延迟方法反演了该系统的动态。其结果表明，系统的长时性态为一具有自相似分形结构的奇怪吸引子。分维数就是岩石破碎机理改变的一个灵敏度量．     

碳酸盐岩地层岩石声学特性的试验研究与应用

选取并收集我国川东北地区和济阳坳陷古潜山构造的地层岩样及相对应的井下声波测井资料，测试了岩石的牙轮钻头可钻性、PDC钻头可钻性和声学特性，应用数理统计方法研究分析了岩石地面纵波速度VP、横波速度VS分别与牙轮钻头可钻性KdRC，PDC钻头可钻性KdPDC的相关关系及同块地层岩样地面纵波速度VP与井下测井纵波速度VPD的相关关系，建立了利用声波测井资料预测碳酸盐岩地层剖面可钻性的数学模型，选定符合率F值大于0．75为检验标准，经用现场声波测井资料代入预测模型进行计算，预测精度达91．7％，达到并超过了研究预期的技术指标。     

一类含裂隙岩质边坡的滑动弱化逐步破坏机理

含裂隙的岩土材料在剪切作用下，随着剪应变的增加，裂纹端部一定区域内的强度会表现出滑动弱化的现象。岩土材料这种性质的变化不同于粘性土结构性破坏，也不同于剪胀。在一定的载荷作用下，坡体内裂隙端部的滑动弱化使坡体内的应力重新分配，从而使得应力集中加剧，裂隙尖端进一步扩展，造成岩体结构性的破坏，乃至整个滑面的贯通直至发生滑坡。因此，滑动弱化是一类含裂隙岩质边坡滑坡的机理。     

范数灰色理论在三峡库区危岩形成影响因子综合评价中的应用

危岩的形成是多因子异变耦合的结果。地形地貌、地质构造、地层岩性等是形成危岩的内因,而水体因素、风化作用、地震、植被和不合理的人类活动等是形成危岩外因。将范数灰色理论用于分析危岩形成的影响因子,即引进关联系数列的2个范数近距和远距,对危岩的影响因素进行量化分析,获取其影响因子关联度和权重系数,进而较直观地反映各影响因子对危岩形成的影响程度。以三峡库区万州太白岩危岩为例,进行范数灰关联度计算,结果显示,万州太白岩危岩形成的主控因子为危岩主控结构面,其次为地下水,而危岩体基座前缘斜坡倾向、危岩体临空面倾角、危岩体出露高度以及风化程度等也对危岩形成和失稳产生较大影响,研究成果对于正确认识三峡库区的危岩灾害具有一定的指导意义。     

华北煤矿区岩溶陷落柱特征及成因探讨

岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭纪煤田的一种特殊隐伏垂向构造，广泛分布于20个煤田45个煤矿区。通过对华北煤矿区岩溶陷落柱内部物质特征和外部形态特征的综合分析，认为适当的岩溶及地质构造是岩溶陷落柱形成的基本要素，其形成过程是多种因素影响的复杂动力地质过程。以奥灰岩层中岩溶发育为基础，地下水的强烈交替为条件，岩体自重重力、地应力集中以及溶洞内的真空负压三重作用为动力，经过迅速垮落、溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始的过程，分阶段逐步形成陷落柱。向斜轴部的岩层底面受张拉破碎为‘倒楔形’岩块，背斜轴部岩层底面受压破碎为‘正楔形’岩块。在重力作用下向斜轴部有利于岩块整体下移形成陷落柱，从力学上解释了‘华北地区岩溶陷落柱集中发育多在向斜褶曲部位而不是背斜轴部’这一基本规律。     

动力扰动导致巷道围岩层裂结构及冲击矿压的数值模拟

煤矿生产中存在着大量的动力扰动,常导致采矿巷道和采场围岩局部失稳,诱发冲击矿压发生。在一定条件下,动力扰动可简化为平面应力波。针对片帮型冲击矿压,采用数值方法模拟应力波作用下巷道围岩层裂结构的形成过程,探讨巷道围岩层裂结构的形成与巷道埋深、岩体弹性模量及应力波强度、时程特性的关系,进而讨论“小进尺、弱爆破”可减小扰动应力波诱发冲击矿压的机制,得到一定地质条件下动力扰动诱发冲击矿压的条件。     

汶川地震触发高速远程滑坡–碎屑流堆积反粒序特征及机制分析

 中国四川汶川地震触发了众多的典型高速远程滑坡–碎屑流。为论证这些高速远程滑坡–碎屑流堆积的层序特征和形成机制,以谢家店子滑坡、牛圈沟滑坡和文家沟滑坡为研究对象,首先对高速远程滑坡运动路径上的竖向分带性进行详细的描述,并根据各带特征,将其划分与命名为气浪影响区、碎屑流跳跃抛洒区、碎屑流流动堆积区、滑动剪切带以及下伏的原沟谷堆积层。在对各竖向分带进行描述的基础上,以碎屑流流动堆积区为重点研究对象,运用面积取样–面积频率法和室内筛分法,对碎屑流流动堆积区不同粒径范围内的颗粒进行详细的粒组分析,并通过质量–频率法的转换,最终获取碎屑流流动堆积区竖向剖面中不同高度层位上碎屑颗粒的累计频率分布曲线,揭示碎屑流堆积体内部所特有的堆积规律--反粒序结构,该结构是高速远程滑坡–碎屑流运动过程及其运动状态的重要反映,是高速滑坡远程运动机制分析所基于的重要地质证据。根据大量的现场调查和室内试验结果,得到以下结论：碎屑流运动路径上因滑面不规则起伏所激励的振动筛分作用和碎屑颗粒之间碰撞所产生的动力破碎作用以及二者的耦合过程应为反粒序形成的主要原因;并基于滑坡运动学与动力学的过程,对上述作用的能量来源和转化过程进行描述。     

基于耗散结构的建筑设计院创作过程中的建筑创新研究

本文以耗散结构为基点,尝试构建设计院创作过程中的建筑创新模型,总结了耗散结构中的熵值理论在建筑创新过程中的应用,并对其进行了建筑创新的耗散结构分析。最后,得出了建筑创作过程中达到建筑创新的耗散结构量化条件。     

动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析

阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。分析认为，岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关，而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的，且反映静水胜力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响，并以机械模型为基础，求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。同时，根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型，建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型，进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。最后，采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服摔制材料试验机卜进行了红砂岩中心变率下的动静组合加载破坏试验，对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。结果表明，理论模型与试验结果有较好的一致性。