岩石破坏短临预报研究进展——岩石破坏短临预报竞赛评述

地震、滑坡、岩爆、瓦斯突出等岩体系统重大自然、工程灾害的预测预报是人类远未解决的重大难题,岩石破坏短临预报正是其核心科学问题。持续开展岩石破坏短临预报竞赛,能够激发多领域学者的创造与创新灵感,以推动岩石与岩体系统失稳破坏监测预报理论、方法、技术与仪器的创新与快速发展。本文较详细介绍了第一、二届岩石破坏短临预报竞赛的情况,包括：竞赛规则,由预报时间、能量与破坏位置组成的评分指标和标准,各参赛队所采用的预报理论、方法和测试仪器及相关的预报结果。对比分析参赛队岩体破坏预测预报研究的最新理论、方法与测试仪器的优缺点和未来的发展方向。2届竞赛结果清晰表明,以破坏短临预报为核心的非线性岩体力学——灾害岩体力学的理论、方法与测试仪器仍处于初级水平。     

岩石热冲击研究初探

在激光辐照砂岩和大理岩的试验中,在不超过5 mm深度可以测试到应力波作用,而超过8 mm的深度则基本为一种声波扰动。由于岩石试样加工困难,没有测试到岩样中的冲击波波形。基于此分析,初步形成分析岩石热冲击效应的分析方法,得到相应的温度场和压力场,初步分析结果与实验现象基本符合。须注意的是,岩石中热力耦合效应比应力波和冲击波慢得多,是一个较长时间的效应。     

岩石热冲击研究初探

 在激光辐照砂岩和大理岩的试验中，在不超过5 mm深度可以测试到应力波作用，而超过8 mm的深度则基本为一种声波扰动。由于岩石试样加工困难，没有测试到岩样中的冲击波波形。基于此分析，初步形成分析岩石热冲击效应的分析方法，得到相应的温度场和压力场，初步分析结果与实验现象基本符合。须注意的是，岩石中热力耦合效应比应力波和冲击波慢得多，是一个较长时间的效应。     

岩石蠕变损伤扩展机理细观分析初探

利用已经研制成功的CT机配套的专用三轴加载实验设备,在国内外首次完成了单轴压缩岩石蠕变损伤扩展和持性CT实时分析实验,得到了岩石蠕变损伤演化全过程的细观机理,研究卫需变损伤深化过程中裂纹宽度,长度的变化规律,定义了CT数减小速度的概念来分析岩石蠕变损伤第三阶段的门槛值。     

岩石隧道激光开挖技术和面临的挑战

激光用于岩石隧道开挖技术的研究已有了很大进展。本文介绍了激光开挖岩石隧道的原理和特点,激光破岩效率将比刀具高且快速,不使用切削方式,机头不一定要旋转,开挖断面形状任意,对围岩扰动小,静态破岩噪声小,比传统开挖机械有更多优点。但在具体应用上还面临许多挑战。     

岩石卸荷损伤演化机理CT 实时分析初探

 利用作者已研制成功的与CT 机配套的专用三轴加载试验设备, 在国内外首次完成了岩石卸荷损伤断破裂坏全过程的实时CT 试验。得到了岩石卸荷损伤演化过程中从裂纹发育、扩展、贯通到断裂破坏全过程的CT 图像。通过与岩石连续加载破坏过程细观试验结果的比较发现, 岩石卸荷破坏比连续加载情形下岩石破坏更具突发性。由静态连续加载岩石细观损伤机理出发, 将静态岩石全过程曲线划分为5 个阶段。得到了卸荷条件下岩石损伤扩展的初步规律。     

激光参量对自脉冲阈值的影响

对含有可饱和吸收体的Ｂ类激光系统的自脉冲不稳定性的阈值行为进行了研究，并就各种激光参量对其阈值的影响进行了数值计算。结果表明，腔内光子损耗率和原子纵向弛豫率对泵浦阈值的影响是很显著的。     

盘形滚刀与岩石相互作用理论研究现状及分析（一）

全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩理论是全断面岩石掘进机研制及其施工工程工期预测等的理论基础。通过对国内外学者对盘形滚刀破岩理论研究成果的分析,总结建立这些成果所依据的模型特点和分析方法,据此将这些模型分为经验模型、一维模型、二维模型和三维模型进行论述,国内外学者对一维模型的研究较深入,成果也较多;对二维模型的研究次之,但也产生了相对成熟和实用的结论;对三维模型的研究则较少,尚未建立成熟和实用的结论。     

岩石断口微观断裂机理分析与实验研究

对拉西瓦花岗岩在各种受力情况下岩石破坏断口，进行了微观扫描电镜试验研究，分析了岩石微观破坏形貌特征和微观破坏力学机制。通过试验研究和理论分析，明确地给出了高地应力地区钻孔岩芯饼状破裂和岩爆产生的微观破坏机制，为进一步分析高地应力地区脆性围岩岩爆产生的机理提供了可靠的实验依据。     

岩石节理剪切过程中应力与渗流特性的数值模拟

 岩石节理剪切过程中应力与渗流特性受节理法向条件的影响很大。在岩石节理表面形状三维数值化表达的基础上,首先建立岩石节理剪切过程中力学与渗流的计算模型;接着,应用GIS技术,模拟分析不同法向条件(固定应力、固定刚度)下节理的剪切过程,获得节理剪切过程中应力与渗流特性的变化规律。结果表明,法向应力、裂隙张开度、渗透系数均随着剪切位移的增加而逐渐增加,整个剪切过程渗透系数增加了两个量级左右;而剪应力的变化却受法向条件的影响,剪应力在出现峰值后快速下降,而后固定应力条件下剪应力很快趋于一个稳定的值,而固定刚度条件下剪应力却又缓慢上升。     

木寨岭隧道大变形特征及机理分析

木寨岭隧道是国道212线改建中的控制性工程，地处青藏高原东北缘，地质条件复杂。隧道埋深大且地应力高，地下水丰富，断层发育，有5条大断层（总厚度273m，占全隧道长度的21．9％），岩体软弱破碎，隧道自稳能力差。隧道建设过程中，产生强烈变形和严重破坏。隧道最大累计下沉和水平收敛分别达1．712和1．081m；围岩初期变形迅速，变形速率大，变形持续时间长，隧道破坏严重，主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等：变形破坏具有重复性和相似性。从围岩的岩性条件、地下水条件、地应力条件以及隧道变形破坏特征等方面，探讨了该隧道大变形的原因和机制，认为它是围岩塑性流动与围岩膨胀变形综合作用的结果。基于对围岩动态演化机制的正确认识，从围岩控制角度，修正并制定新的返修方案，对大变形段实施返修并取得了成功，同时将研究成果用于指导相同地质条件的后洞段施工，确保了隧道安全顺利贯通。     

饱和岩石的应变率效应和各向异性的机理探讨

在MTS上对南京砂岩和大理大理岩进行了应变率为l0^-5～l0^-2/s的单轴压缩试验，试验结果得出砂岩、大理岩具有各向异性，相对来说大理岩的各向异性要弱一些。同时，大理岩和砂岩随应变率的增加强度增大，具有明显的应变率效应．对饱和岩石的应变率效应和各向异性作了分析得出饱和液体起到了促进各向异性和应变率效应的作用。     

饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用

软岩遇水后力学性质软化规律的研究,是水–岩相互作用研究的重要课题之一,在重大工程的设计与实践中具有重要意义。通过对华南地区广为分布的红色砂岩、泥岩及黑色炭质泥岩等几种不同类型的典型软岩在不同饱水状态的试验设计和力学性质测试,重点探讨了软岩软化的力学规律性。试验按照天然状态、饱水1,3,6和12个月等饱水时间点进行采样分析,测定其不同饱水时间点的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度及其随饱水时间的变化规律。结果表明:软岩与水相互作用后,其抗压强度、抗拉强度及抗剪强度变化的定量表征关系一般服从指数变化规律,各力学强度指标将随着饱水时间的延长而不断降低,最终将趋向稳定;6个月的饱水时间点为软岩力学强度趋于稳定的临界点。以此研究获得的软岩参数为基础,采用非线性有限元强度折减法对广东省东深供水改造工程中BIII2边坡稳定性进行了分析计算,结果表明:在塑性应变区贯通前,该边坡主断面的稳定性系数为0.83,说明BIII2边坡处于不稳定状态。这与实际边坡所处的状态非常一致。表明该试验研究结果用于工程计算中具有较好的意义,亦可为华南地区类似工程的设计、施工和长期稳定性分析等提供具有重要价值的参考。     

岩石水化学损伤的机理及量化方法探讨

提出了化学损伤概念，分别运用化学成分分析理论、能量观点、考虑化学操作的破坏力学方法，分析了岩石水化学损伤机理，并探讨了其定量方法。采用水－岩反应的大模式与小模式理论，解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。探讨了岩石水化学损伤定量方法的研究途径，提出并分析了岩石水化学损伤的层次分区性。重点讨论了考虑化学损伤的破坏力学方法，认为此方法可以解释并定量分析水－岩反应的力学效应。     

水–岩石相互作用力学参数的探讨

 水–岩石相互作用是一个非常复杂的过程,鉴于水对裂纹的强敏感特性,利用这种特性探讨岩石的一些基本物理力学性质。现行广泛采用的试验方法有真、假三轴试验,通过分析试验理论和加载测量技术,提出真、假三轴试验在无水压力和有水压力条件下,各自试验可以获得的力学参数个数;指出假三轴试验适合于研究各向同性材料,给出以六面体试件(5 cm×5 cm×10 cm)实施假三轴试验可以研究孔隙介质材料各向异性力学特性的观点。利用水压力卸载对孔隙介质材料力学特性影响较小的特点,提出以水压力卸载试验确定各向异性Biot系数理论和试验方法及相应力学参数的观点。试验结果表明,各向异性Biot系数在不同方向的变化趋势也不相同;利用水–岩石相互作用特征,提出一种新的确定岩体石屈服极限应力的方法,即以偏应力与水压力关系曲线水压力最大值所对应的偏应力为屈服极限应力。试验结果显示,Skempton系数分散性较大,在注水和非排水试验中,水压力的作用机制也不尽相同。这种研究对损伤力学和土木工程实践具有重要意义。     

DDA 数值模型及其在 岩体工程上的初步应用研究

根据已初步开发出的ＤＤＡ模型计算程序，分别就某工程试验洞洞挖和边坡明挖问题进行了计算，并与有限元结果进行了比较。两种开挖问题计算结果表明，ＤＤＡ模型计算结果在岩体开挖位移形态及位移量级上与有限元及实际位移监测结果都具有较好的可比性，说明该模型所反映的岩体开挖变形趋势是符合实际的，分别就ＤＤＡ模型应用于岩体洞挖和明挖计算时所存在的问题进行了讨论，包括岩体开挖荷载施加方式、块体界面特性模拟以及块体系统嵌入差别等问题。     

短壁开采覆岩关键层黏弹性分析与应用

根据短壁开采条件下保护煤柱的布设特点，建立由保护煤柱支承的关键层力学分析模型。针对不同采场设计参数进行关键层受力及变形的弹性和黏弹性分析，得到弹性介质关键层下沉量的理论计算式，及黏弹性介质关键层变形随时间变化的表达式。评价不同采场参数对关键层随时间变形的影响，给出理想的建筑物下短壁开采设计参数范围，为“三下”开采设计和长期地表沉陷预计提供理论依据。     

围岩–支护作用机制评述及其流变变形机制 概念模型的建立与分析

 岩石地下工程支护理论的核心问题是围岩–支护相互作用机制。首先,分析卡斯特纳方程和围岩–支护作用机制存在的缺陷和错误,包括：(1) 模型对支护反力的产生及其支护时机、加载路径等力学处理不具有工程实际意义。(2) 由卡氏方程和弹塑性公式推导的围岩特性曲线在工程实际中不存在,因此也不存在与支护结构的支护特性曲线相交的可能性。(3) 将围岩特性曲线和支护特性曲线相交求解围岩–支护相互作用的平衡点存在概念及逻辑上的错误。然后,建立基于流变变形的围岩–支护相互作用机制的概念模型。最后,应用流变机制概念模型对工程实例进行计算,推演围岩与支护的相互作用过程,从理论上证实混凝土结构在一定条件下支护软岩巷道是可以的。提出的流变机制概念模型,既可以对围岩–支护相互作用给出定性解释,也可以应用于岩石地下工程的设计,理论基础可靠,能够应用于工程实践。