两条断续预制裂纹粗晶大理岩强度参数的研究

基于在岩石力学伺服试验机上得到的两条断续预制裂纹粗晶大理岩常规三轴压缩试验结果,采用Coulomb和Hoek-Brown强度准则,获得了断续预制裂纹粗晶大理岩的强度参数,评价了Coulomb和Hoek-Brown准则用于断续预制裂纹岩样强度分析的适用性。研究表明:完整岩样强度和围压之间的关系用Coulomb和Hoek-Brown准则均可以很好地表征,而断续预制裂纹岩样强度更好地符合Hoek-Brown强度准则。利用Hoek-Brown准则确定的粘聚力和内摩擦角也可以表征岩石材料真实的力学特性。断续预制裂纹岩样强度对围压的敏感程度高于完整岩样,计算得到的粘聚力显著低于完整岩样,而内摩擦角高于完整岩样。断续预制裂纹岩样的粘聚力以及内摩擦角与裂纹倾角关系复杂,单轴压缩强度是否参与回归影响较大。由Hoek-Brown准则得到的粗晶大理岩强度参数T(m,s)(联合回归均值)对完整岩样和断续预制裂纹岩样分别为T(6.542,0.99)和T(6.625,0.156),可知断续预制裂纹对岩石强度参数m(软硬程度)影响不大,而对参数s(破碎程度)存在较大影响。     

基于Hoek-Brown准则的爆破损伤对边坡稳定性的影响

爆破是目前岩质边坡的主要开挖方式,为评估爆破损伤对工程边坡稳定性的影响,基于Hoek-Brown强度准则中的扰动因子D探讨爆破损伤的弱化规律.以岩体纵波波速变化表征D的空间变化规律,获得指数型分布的D值变化形式来反映爆破损伤程度的空间分布特征.探讨了D值的分布规律及爆破影响范围对边坡安全系数的影响.算例表明:D值按指数...     

岩石三维强度准则的研究

结合非线性统一强度理论与Hoek-Brown强度准则,以Hoek-Brown强度准则构建子午面上的强度曲线,以非线性统一强度理论构建偏平面上的强度曲线,通过应力空间变化方法将子午面上强度曲线与偏平面上强度曲线进行结合,从而建立一种新的岩石三维强度准则。建立的强度准则在子午面上为非线性,考虑岩石材料的静水压力效应;在偏平面上强度线涵盖了从上限Drucker-Prager圆到下限Matsuoka-Nakai曲线之间的所有区域,可较好模拟岩石材料的中间主应力效应。强度面光滑、外凸,可用于建立岩石的屈服函数。强度准则共有3个材料参数m_t、σ_c、m_i,各参数可通过岩石试验数据确定且具有明确的物理意义。另外,该文提出一种m_t的近似求解公式,总的参数可退化为σ_c和m_i,与Hoek-Brown准则基本参数一致,可由岩石常规三轴压缩试验按Hoek-Brown提出的回归公式确定。与国内外学者已开展的岩石材料三轴试验结果进行对比,建立的强度准则与试验数据吻合良好,可合理描述岩石材料的非线性强度特性。其次,通过引入地质强度指标GSI,建立的强度准则可应用于较为完整的岩体（GSI>25）,对于较为破碎岩体（GSI<25）需做进一步的研究。     

含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制

为探究地应力影响下含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制,运用断裂力学原理建立了爆破扰动下深部岩体含水裂纹扩展的力学模型,通过定义等效爆破扰动荷载推导出了岩体动静耦合强度因子的计算表达式;同时,通过对拉剪型和压剪型裂纹断裂的分析,了解到爆破扰动、水压力、地应力、裂纹倾角等因素对裂纹断裂的影响方式,获得了裂纹断裂的广义断裂准则,并进行实例运算,结果表明:在拉剪型断裂中,地应力对其相同方向裂纹的断裂起促进作用;在压剪型断裂中,不同侧应力系数下裂纹最易发生断裂的角度与岩体的内摩擦系数有关;爆破扰动荷载相当于增大了裂纹水的压力。     

含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制

为探究地应力影响下含水裂纹在爆破扰动下的断裂机制,运用断裂力学原理建立了爆破扰动下深部岩体含水裂纹扩展的力学模型,通过定义等效爆破扰动荷载推导出了岩体动静耦合强度因子的计算表达式;同时,通过对拉剪型和压剪型裂纹断裂的分析,了解到爆破扰动、水压力、地应力、裂纹倾角等因素对裂纹断裂的影响方式,获得了裂纹断裂的广义断裂准则,并进行实例运算,结果表明:在拉剪型断裂中,地应力对其相同方向裂纹的断裂起促进作用;在压剪型断裂中,不同侧应力系数下裂纹最易发生断裂的角度与岩体的内摩擦系数有关;爆破扰动荷载相当于增大了裂纹水的压力。     

白鹤滩水电站地下厂房爆破累积损伤效应研究

结合白鹤滩水电站地下主厂房围岩超声波测试结果,研究了地下工程隧洞围岩在循环爆破荷载作用下的累积损伤效应。结果表明:隧洞围岩在爆破开挖作用下的松弛范围为0.8~1.6 m,并且随着爆破次数的增加而范围有逐渐扩大的趋势;随着爆破次数的不断增加,岩体声波速度逐渐降低,损伤度D呈现出非线性累积规律;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度受爆破循环荷载作用的影响减小,累积损伤效应相对不明显;对比发现侧壁和拱顶测孔的测试结果存在较大差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。在Hoek-Brown强度准则的基础上,提出了更适用于损伤岩体的考虑累积损伤效应的岩体力学参数计算公式,并运用现场测试数据验证了公式的工程适用性及合理性。     

岩体爆破效应的声波探测

岩体爆破效应的声波探测是通过检测声波在爆破前后的岩体中的声学参数(声波波速、衰减系数、波形、频率、振幅等)的变化,间接地分析岩体内结构状态、力学参量以及爆破震伤程度等的一种测试技术.探测的结果不仅可以测定岩体的物理、力学特性,而且能定量地判断出爆破前后岩体的变化状态,为爆破设计提供依据,并能正确评价爆破效果.文章描述声波探测法基本原理,岩石特性对声波波速的影响,岩体爆炸破坏的判断依据,对今后的声波测试技术深入研究提出了一些建议,并展望了在今后工程中的应用前景.     

考虑抗拉强度的岩石强度准则对比分析

岩石强度准则的研究一般着重于抗压强度而忽略抗拉强度,抗拉强度是岩石的一个重要力学性质,在工程设计中是一个重要的力学参数。该论文采用五种岩石的室内岩石力学试验数据对四种强度准则进行拟合,以对抗拉强度的描述精度、最小平均标准拟合差和拟合的主应力间关系曲线综合评价强度准则与试验值的吻合性,探究不同的强度准则对抗拉强度的预测效果。分析表明:指数强度准则拟合值与试验值最接近,描述精度最好,评价不同应力状态下岩石的强度特征优先考虑指数强度准则。     

基于广义Hoek-Brown准则的弹塑性本构模型及其数值实现

Hoek-Brown强度准则在岩石及岩体工程中得到了广泛的应用,而目前基于该准则建立起的弹塑性本构模型在理论上还存在着一些不足;考虑到不同围压条件下的岩石材料塑性形变发展特征,提出了基于分段隐式修正塑性势的塑性流动法则,解决了其它基于广义H-B准则所建立的本构模型中塑性流动方向不连续及需额外引入参数等问题;采用基于误差控制的改进欧拉中点积分算法,对该本构模型进行了数值实现并给出了单积分点层次的结果验证;进一步将成果嵌入到了同济曙光岩土工程三维数值平台(GeoFBA3D)当中,并给出了一类经典弹塑性力学问题的计算结果验证以及其在隧道工程中的典型应用算例。     

黑山露天矿爆破参数优化数值模拟研究

为了改善黑山露天煤矿爆破效果,减少大块率,针对具有较好完整性岩体及较坚硬岩性特征的2505及2520等平台的爆破参数进行优化,开展不同孔距、坡顶距对爆破效果影响的数值模拟研究.通过现场岩石取样,进行密度测试、单轴抗压强度测试、直剪试验、巴西劈裂试验测试岩石强度、弹性模量、泊松比,获得现场岩石的真实力学参数.基于岩石真实力学参数确定模拟参数,建立了2.5 m、3.0 m、3.5 m三种坡顶距工况与5.0 m、5.5 m、6.0 m三种孔距工况下的有限元分析模型,分别对比分析了岩体整体的爆破损伤范围及孔口、坡顶线、坡面三处单元的拉应力作用,确定了适合黑山露天矿2505及2520等平台的坡顶距为3.5 m及孔距为6m.通过爆破参数优化,有效改善了黑山露天煤矿爆破效果,提高了采矿施工效率3％以上.     

爆破动应力对岩质边坡损伤破坏作用机理

分析了爆破动应力在岩质边坡中的分布规律,推导出了爆破动应力与质点振速及岩体物理力学参数间关系的计算表达式。分析讨论了由爆破产生的附加动应力与岩质边坡中的应力场及岩体介质中的裂纹损伤场相互耦合作用机理,并推导出了裂纹初裂强度表达式。从断裂力学及损伤力学的理论出发,建立了节理裂隙岩体的等效柔度张量以及在爆破动应力作用下裂隙岩体的附加柔度张量。从所建立的柔度张量关系式中可知,当有爆破动应力存在时,增大了岩体的柔度张量,削弱了岩体的强度。     

白鹤滩特高拱坝坝肩柱状节理玄武岩开挖爆破试验研究

柱状节理玄武岩具有表面易破碎、易松弛等性状特点,作为300 m级高拱坝坝肩基岩世界罕见。柱状节理玄武岩基岩面岩体施工处理,经常出现边坡预裂面破坏,预裂面超欠挖严重、预裂面半孔率低、岩体扰动等问题。为解决破碎岩体边坡开挖的稳定,减少预裂爆破对建基面稳定的危害,根据白鹤滩水电站左岸坝肩柱状节理玄武岩物理及力学特性,通过预裂爆破与光面爆破对比试验,以确定爆破类型;并优化预裂爆破装药线密度、孔排距等参数。结果表明：预裂爆破综合效果优于光面爆破。通过在爆前、爆后布置物探监测仪器对周围岩体损伤进行监测,得出预裂爆破孔0.6 m的间距及线密度240 g/m装药参数,对柱状节理玄武岩实现基岩面扰动最小,达到最佳爆破效果。为强卸荷岩体高拱坝基础开挖提供了理论和实践借鉴。     

石灰岩在爆炸载荷作用下的破坏机理试验研究

为了探讨岩石在爆炸载荷下的力学特性和破坏机理,采用耦合填塞装药、耦合无填塞装药和不耦合填塞结构模拟了爆炸应力波和爆生气体的不同加载强度,在石灰岩中进行模拟爆破试验,对爆炸应变波及其参数、以及爆破后岩石内部的声波速度进行了测试.基于模拟爆破试验结果,对石灰岩的力学特性和爆破损伤程度进行了分析,得到了岩石在不同爆破条件下的爆破损伤和破坏规律.     

岩石中柱形装药爆破破坏区域的理论计算

为了解决柱形装药在岩石中爆破破坏分区的问题,在空腔膨胀理论的基础上,采用Mohr-coulomb强度准则作为爆破近区的岩石本构模型,修正空腔膨胀理论中的速度场关系式,建立了柱形装药在岩石中爆破的力学控制方程,结合爆破弹性区的准静力解,给出了爆炸空腔、破碎区和径向裂缝区半径的理论计算公式。最后以四种岩石为研究对象,根据得到的理论公式进行算例分析,计算结果与相关文献资料进行比较,证明了理论公式的正确性。     

爆炸荷载作用下围岩累积损伤效应的数值分析

巷道爆破开挖推进过程中,循环爆破开挖的多次扰动作用使保留岩体产生累积损伤,导致岩体力学参数的弱化,从而造成工程岩体的宏观失效。利用ANSYS/LS-DYNA的重启动技术,通过损伤云图和损伤变量D的变化,对圆形巷道循环进尺过程中爆破作用下的岩体累积损伤效应进行研究。计算结果表明:随着掌子面推进爆破次数的增加,围岩的损伤程度加深,但影响深度变化较小;在装药量和爆心距不变的情况下,损伤量与爆破次数之间有很好的非线性关系,即爆破损伤的累积具有非线性特性。     

钻孔装药爆破岩石块度组成的分析方法

介绍了钻孔装药台阶爆破时岩石块度组成的分析方法。该方法以破碎区的范围和岩体天然节理含量为根据,根据爆破岩石的物理力学性质及所使用炸药的理化性能计算破碎区的半径。通过爆炸应力波的反射作用,论证了岩体中因爆破膨胀应力波的作用而受破坏的比例。     

全方位预裂爆破在三峡左岸大坝和电站厂房二期开挖中的应用

介绍了全方位预裂爆破在三峡左岸大坝和电站厂房二期 (下称第二阶段 )开挖施工中的成功实践 ,证明预裂爆破对保留岩体的影响主要表现为爆炸应力破坏和振动破坏。降低预裂爆破对岩体损伤程度的有效途径是优化爆破参数 ;控制单响药量和岩石质点振动速度。     

富水全、强风化砂岩强度特性试验及本构关系探讨

针对富水全、强风化砂岩的特点,进行了该砂岩的基本物理力学性质、化学成分实验,然后通过单轴、三轴压缩实验研究了爆破扰动、含水量、试样层理对砂岩应力-应变强度特性的影响。发现砂岩遇水软化,粘聚力大幅度降低,表现出显著的各向异性;爆破扰动后,岩石试样的单轴抗压强度减低,弹模减小,泊松比增大;由于砂岩具有明显的节理性,按两种方向加载所得到的岩石试样强度明显不同;根据实验所得应力-应变曲线特点,发现用修正的Duncan-Zhang模型可以很好地描述砂岩的前应力-应变曲线。     

基于断裂力学的裂隙岩体强度分析初探

基于断裂力学讨论裂隙岩体的强度一直是断裂力学与岩石力学等学科的重要课题。通过分析单个线性裂纹在压缩载荷作用下的剪切断裂条件,明确了压缩状态下张破裂剪切断裂韧性的物理意义及求解办法。使用复变函数和边界配置法求解了裂尖应力强度因子无量纲系数,进而对张破裂压剪准则进行了改进,使之更加便捷地进行有限裂纹体断裂的预测。基于修正的压剪判据推导了裂隙岩体试件的抗压强度求解公式,算例表明该文方法所建立的强度公式是准确、可靠的。最后,详细讨论了摩擦系数、裂隙倾角、裂隙长度、黏聚力以及围压对裂隙岩体试件抗压强度的影响机理。     

钻孔装药爆破岩石块度组成的分析方法

介绍了钻孔装药台阶爆破时岩石块度组成的分析方法。该方法以破碎区的范围和岩体天然节理含量为根据,根据爆破岩石的物理力学性质及所使用炸药的理化性能计算破碎区的半径。通过爆炸应力波的反射作用,论证了岩体中因爆破膨胀应力波的作用而受破坏的比例。