裂隙岩体卸荷渗透规律试验研究

边坡开挖等岩体工程使得岩体形成卸荷作用,同时引起岩体中地下水性态的改变。水库蓄、放水使库岸边坡产生加载、卸荷效应,库岸边坡的稳定性受到影响。这都涉及到有关卸荷-渗流问题,因此研究裂隙岩体卸荷渗透规律具有重要意义。文章通过裂隙岩体的卸荷-渗流试验,探讨了裂隙岩体的渗透系数在卸荷过程中的变化规律,不仅揭示了裂隙岩体渗透系数与卸荷量的近似双曲线关系,还验证了裂隙岩体在加载、卸荷过程中渗透系数的迟滞现象。同时从理论上推导了裂隙岩体卸荷量与渗透系数之间的关系式,并对式中的试验系数进行了优化计算,其计算结果与试验结果吻合较好。     

砂岩三轴卸荷力学特性试验研究

基于三轴卸荷破坏试验,分析研究砂岩在卸荷应力状态下的应力-应变及破坏特征。试验结果表明:岩体卸荷破坏时脆性特征非常明显,相比于加载破坏,卸荷破坏更加突然和剧烈,岩体破碎程度更高;卸荷过程中轴向变形随围压降低不断增加,在开始卸荷阶段增加较慢,当卸荷量达到一定值后,变形突然增大,很小的卸荷量就会引起较大的变形。根据卸荷过程中岩体应力-应变曲线变化特征,将卸荷量作为重要参量,假定岩体在卸荷损伤屈服阶段符合Griffith屈服准则,接近极限破坏强度时符合Hoek-Brown屈服准则,认为卸荷造成岩体屈服发生塑性变形后,岩体卸荷条件下的屈服函数随卸荷量在Griffith准则和Hoek-Brown准则间呈线性变化,推导考虑卸荷应力状态的弹脆塑性力学模型。     

坝基岩体开挖卸荷与分带研究——以小湾水电站坝基岩体开挖为例

 小湾坝基开挖引起了一系列岩体卸荷变形破坏现象,包括岩体中已有结构面的回弹松动与剪切错动,以及完整岩体的岩爆拱裂、薄板状破裂等新生破裂。开挖中岩体的新生破裂面在空间分布上有如下特点：破裂面产状与开挖面具有较好的一致性;在深度分布上,开挖卸荷破裂面相对集中在开挖面之下4～6 m的深度以上。岩体的卸荷变形破坏导致了岩体完整性的显著降低,但卸荷松动过程的主体部分多在几个月内完结。无论是岩体开挖卸荷还是河流天然切割卸荷都是一个能量释放过程,并且卸荷变形破坏具有显著的空间分布规律,因此采用能量方法研究岩体的卸荷分带是合适的。给出了岩体卸荷分带的应变能方法,小湾水电站的实际应用表明该方法是可行的、有效的。     

开挖瞬态卸荷引起的节理岩体松动模拟试验

为了研究高地应力条件下节理岩体的卸荷松动效应,设计一套高地应力条件下节理岩体开挖卸荷松动的室内试验模拟系统,利用岩条受压后的快速断裂失稳,有效实现单轴受压节理岩体试件的应力快速卸载,模拟出高地应力瞬态卸荷引起的岩体松动效应,从而更好地论证高地应力条件下岩体开挖荷载瞬态卸荷(ELTU)引起的节理岩体的松动效应,并利用试验模拟的方法研究开挖荷载瞬态条件下节理岩体松动效应与初始地应力的相互关系。试验结果表明,地应力瞬态卸荷产生的节理面张开位移与卸荷初始应力的平方存在一定的正比关系,节理面的数量以及与开挖卸荷部位的距离影响各节理面处的张开位移在开挖卸荷总位移量中所占比例。     

斜坡卸荷岩体的氡异常特征

0序言随着沟谷的下切,斜坡岩体发生卸荷作用,在斜坡岩体的一定范围内形成卸荷松动带。松动带内结构面发育且多呈拉张状态,岩体破碎,严重影响斜坡稳定和工程安全,成为斜坡稳定的重要研究内容[1]。斜坡岩体的卸荷深度和卸荷强度与地质构造、岩石类型、斜坡高度、沟谷下切过程、地应力场以及工程开挖等因素有关。对某些工程岩体的研究表明,弱卸荷的水平深度可达一百余m,特殊情况下可达数百m[2]。目前,主要通过现场工程地质调查配合电法、地震等物探手段,由工程人员根据工程经验来判断斜坡岩体的卸荷深度。研究发现,斜坡卸荷岩体的氡值明显高于正常岩体,具有突出的氡异常,其氡异常曲线可作为划分斜坡卸荷松动带的依据。1卸荷岩体     

金川水电站卸荷岩体帷幕灌浆试验研究

由于金川水电站混凝土趾板基础强、弱卸荷岩体裂隙发育,透水性较强,可供借鉴的类似工程经验很少,主要针对试验中的帷幕试验进行分析研究,通过固结、帷幕试验,使金川水电站两岸卸荷岩体试验区内浅表及较深层岩体的防渗及岩体的整体性、均一性得到了显著提高,满足了设计的各项指标要求,可直接指导金川水电站两岸卸荷岩体固结、帷幕施工,以解决卸荷岩体较深层岩体的渗漏控制问题。     

卸荷条件下裂隙岩体变形破坏及裂纹扩展演化的物理模型试验

 岩体工程开挖是一个卸荷过程,通过裂隙岩体物理模型试验,研究2种卸荷应力路径下裂隙岩体的强度、变形及破坏特征,并探讨裂隙的扩展演化过程和力学机制。卸荷条件下裂隙岩体的强度、变形破坏及裂隙扩展均受裂隙与卸荷方向夹角及裂隙间的组合关系影响;卸荷速率及初始应力场大小主要影响岩体卸荷强度及次生裂缝的数量,对裂隙扩展方式影响相对较少;卸荷条件下裂隙扩展是在卸荷差异回弹变形引起的拉应力和裂隙面剪切力增大而抗剪力减小的综合作用下的破坏,且各个应力对裂隙扩展的影响大小与裂隙的倾角密切相关。     

节理岩体卸荷非线性力学特性研究

工程岩体根据其受力特性可以分为加载岩体和卸荷岩体,结合三峡工程永久船闸高边坡岩体,利用自行开发的三轴试验设备进行研究,根据几何和重力相似、材料力学性能相似、岩体结构相似、边界力相似、开挖过程模拟相似,由重晶石粉、铁粉、石膏、水等制作尺寸为250 mm×250 mm×250 mm的试件,试件的几何比尺选择为CL=3,9,27,81;并对几何比尺为27的试件制作含有与船闸轴线相垂直的卸荷方向成8°,36°,52°,82°,90°的结构面。对节理岩体的加卸荷应力–应变关系、卸荷岩体(应力–应变关系、抗拉强度、变形模量)的各向异性、卸荷岩体(抗拉强度、抗压强度、泊松比、变形模量)的尺寸效应、卸荷岩体的流变特性、卸荷岩体的强度准则进行试验研究。研究结果表明,不同结构面方向对岩体的卸荷作用明显;岩体的抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比以及岩体的各向异性等均随着尺寸的加大而降低;岩石受拉的流变特性与岩石所受的拉应力大小直接有关;得出Hoek-Brown准则所描述的岩体强度关系曲线中的岩体材料常数m,s值。     

不同卸荷路径下贯通裂隙岩体流变试验研究

节理、裂隙作为高陡边坡常见的地质缺陷,对其长期变形和稳定造成重大危害。为研究节理、裂隙岩体卸荷流变力学特性,以贯通裂隙岩体为试验对象,进行不同卸荷路径下的流变试验。试验结果表明:贯通裂隙岩体轴向及侧向流变各向异性显著,侧向流变变形在节理、裂隙作用下随流变时间延长,围压卸荷量增大较轴向更为显著;在一次及分级卸荷流变对比试验中,相同条件下分级卸荷流变变形发展更充分,对岩体扰动更大,但试样破坏形态分析表明一次卸荷流变更易导致岩体破坏。根据试验成果,利用Burgers流变模型,分析卸荷流变参数,建立各参数在不同卸荷路径下的线性函数关系,并将函数关系代入Burgers流变模型,得到能综合反映不同卸荷路径影响的岩体流变模型。研究成果可为高陡边坡长期稳定理论研究及工程设计提供参考。     

裂隙岩体加载和卸荷条件下应力强度因子

裂隙岩体在加载和卸荷条件下的力学特性有显著的区别。研究裂隙岩体在卸荷条件下的变形和强度特性具有重要的理论和现实意义。本文利用断裂力学知识 ,分析了单轴、三轴加载 ,单轴卸荷、围压卸荷和轴压卸荷各阶段的应力强度因子 ,给出了各种情况下应力强度因子的显式表达式 ,并研究了单轴、三轴加载和单轴卸荷、围压卸荷和轴压卸荷各阶段的应力强度因子的相同和不同点。对实际岩体工程具有重要的参考价值     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究进展与展望

在分析岩体多介质渗透特性的基础上，提出了岩体多介质渗透类型，综述了裂隙岩体渗流场与应力场耦合模型的研究进展，并提出耦合模型进一步研究的方向。     

复杂应力状态下岩体强度的各向异性研究

 岩体中存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度起着重要的作用,岩体可能会沿着这些不连续面发生破坏。在分析中间主应力对岩体强度影响的基础上,验证统一强度理论,并在此基础上,建立可以反映中间主应力变化的强度参数,同时采用试验对其进行验证。针对含有不连续面的岩体,分析不连续面上的应力分布,建立复杂应力条件下的岩体各向异性强度准则,并针对该强度的特殊情况作简化,分析适用条件。采用节理岩体的真三轴试验对其验证,结果表明所建立的各向异性强度准则可以恰当的反映岩体的强度。分析中间主应力,结构面倾角和走向对岩体强度的影响。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数测量结果的分析与评价

在深埋及压力硐室工程中,采用水压致裂法测定围岩三维应力状态,宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下,只有分别进行计算分析,才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果,只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析,才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下,岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展,从而改变岩层的透水性,因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试,才能得到岩层透水性的可靠资料。     

环向有效约束条件下破裂岩体再破坏特性分析

 深部地下工程围岩破坏后形成较大范围的破裂岩体,在有效支护条件下具有结构效应,即具有一定的承载和抵抗变形能力,且在其承载和抵抗变形的过程中呈现应力强化的特性;同时,在破裂岩体内部存在岩块的再破坏和岩体力学性能弱化的过程;破裂岩体承载过程中应力状态及其力学特性的演化,取决于岩体整体力学性能、约束状态及初始破裂面的特征;在再承载过程中,破裂面上的主应力方向和大小均会发生变化,且破裂面上主应力方向和岩体的主应力方向并不一致,从而导致新的破裂面的形成和发展。研究反映破裂岩体的承载和再破坏特性,对深部地下工程的稳定控制研究具有一定的指导意义。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数 测量结果的分析与评价

 在深埋及压力硐室工程中，采用水压致裂法测定围岩三维应力状态，宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下，只有分别进行计算分析，才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果，只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析，才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下，岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展，从而改变岩层的透水性，因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试，才能得到岩层透水性的可靠资料。     

基于双参负指数分布的改进的岩体本构关系

在结构面迹长、间距服从双参数负指数分布以及对迹长进行统计区间[α1,α2]积分的基础上,结合室内岩石力学实验,建立改进的岩体统计本构模型。通过引入剩余剪应力比h,建立结构面产状与地应力之间的函数关系,量化主地应力方向、岩体结构面产状对岩体力学性质各向异性的控制性作用。研究结果表明:当地应力方向发生变化时,将改变剩余剪应力比h值,进而引起岩体应力–应变曲线发生变化;在此改进的岩体统计本构模型基础上,计算云南小湾水电站坝基岩体的应力–应变曲线,揭示该坝基岩体在不同应力条件下的各向异性特征。     

Study on rock mass boreability by TBM penetration test under different in situ stress conditions

Rock mass boreability is a comprehensive parameter reflecting the interaction between rock mass and a tunnel boring machine (TBM). Many factors including rock mass conditions, TBM specifications and operation parameters influence rock mass boreability. In situ stress, as one of the important properties of rock mass conditions, has not been studied specifically for rock mass boreability in TBM tunneling. In this study, three sets of TBM penetration tests are conducted with different in situ stress conditions in three TBM tunnels of the Jinping II Hydropower Station. The correlation between TBM operation parameters collected during the tests and the rock mass boreability index is analyzed to reveal the influence of in situ stress on rock mass boreability and TBM excavation process. The muck produced by each test step is collected and analyzed by the muck sieve test. The results show that in situ stress not only influences the rock mass boreability but also the rock fragmentation process under TBM cutters. If the in situ stress is high enough to cause the stress-induced failure at the tunnel face, it facilitates rock fragmentation by TBM cutters and the corresponding rock boreability index decreases. Otherwise, the in situ stress restrains rock fragmentation by TBM cutters and the rock mass boreablity index increases. Through comparison of the boreability index predicted by the Rock Mass Characteristics (RMC) prediction model with the boreability index calculated from the penetration test results, the influence degree of different in situ stresses for rock mass boreability is obtained.     

孔径变形法测试地应力弹性模量参数选取分析

 随着大型水电工程和地下空间工程建设的发展,势必会加大研究岩体的应力测量技术及应力对工程岩体、工程建设的影响。以黄登水电站坝区岩体地应力测量为背景,通过岩芯围压试验、室内岩块压缩变形试验等方法测试弹性模量,其测试成果在各种试验中有很大的不同,因此采用岩石损伤力学、高围压下岩体特性等理论对该现象进行分析;同时,根据卸荷岩体特性对地应力测试中应力解除过程进行分析,确定扩容对地应力测试的影响。研究结果表明,随着围压的增加,岩体弹性模量可能出现正增长关系,主要原因是岩体裂隙的压紧导致结构的致密;岩体在卸荷的情况下会出现一定程度的扩容;同时,机械振动势必也加大扩容对于变形的影响。考虑上述因素,提出黄登水电站地应力测试中弹性模量的选取原则,该方法可为类似工程提供一定的参考价值。     

孔洞-多裂隙组合型缺陷岩体破裂及分形演化

为研究洞室裂隙围岩破坏机制,构建含孔洞-多裂隙组合型缺陷岩体模型,在单轴压缩试验的基础上,结合RFPA软件对岩体模型的裂纹扩展进行数值模拟;采用盒维数法计算裂纹扩展数字图像的分形维数,研究加载过程中岩体模型的分形演化特征。结果表明:组合型缺陷加重了岩体模型的应力集中现象,劣化了力学参数,表现为最大压应力和最大拉应力的增幅分别达到20.57% ~ 58.19%、14.29% ~ 136.19%;单轴抗压强度和弹性模量的降幅分别达到55.76% ~ 66.09%、42.57% ~ 59.29%。含孔洞-多裂隙组合型缺陷岩体物理模型和数值模型的裂纹扩展模式大致相同,可划分为弹性阶段(S-Ⅰ)、裂纹萌生、扩展阶段(S-Ⅱ)以及残余强度阶段(S-Ⅲ)3个阶段。分形维数的演化特征与裂纹扩展密切相关,并提出了基于分形维数的裂纹起裂以及整体失稳的判据。     

沉积岩体结构类型及其对煤炭开采矿压分布的影响

沉积岩体结构的力学特征是由沉积岩石的岩性和岩体中各种类型结构面所决定。对于层组岩体采用硬质岩石百分比含量K来表示沉积岩体岩性特征，并将沉积岩体按岩性分为3类，即硬质岩体、中硬岩体和软质岩体：根据结构面发育程度和工程规模将沉积岩体结构划分为完整结构、块裂结构、碎裂结构和松散结构4类。通过相似模拟试验方法分析了在采动影响下不同岩体结构类型顶板岩体回采工作面矿压分布规律。试验结果表明，由完整到块裂和碎裂结构，顶板岩体中回采工作面的支承压力亦由大到小变化，且支承压力峰值位置随着岩体破坏程度的增强向项板岩体内部转移。