层状类岩体室内制样方法及单轴压缩力学机理研究

为了更好的开展层状岩体室内试验研究,结合现有层状岩体模拟试验试样制作方法的优点,提出一种新的制样方法。以环氧树脂类胶凝材料为粘结剂,通过浇筑、拼装、粘贴、切割、打磨、成型等工序,制作出基岩和层理力学特性均可控的层状类岩体试样。通过开展不同层理倾角下层状岩体单轴压缩试验,所获取的层状类岩体试样的弹性模量和峰值强度都随着层理倾角的增大而呈现先降低后增大的Ｕ型变化规律,符合实际天然层状岩体的变形和强度特征。     

层状各向异性岩体的室内单轴压缩试验分析

为研究层状岩体变形及强度的各向异性特征,将不同倾角的层状岩体制成标准试件进行单轴压缩试验,得到岩石试件弹性模量、峰值强度和残余强度,以及它们随层面倾角β的变化规律;并对试件峰值破坏形态进行了分析,最后通过理论计算验证试验结果的正确性。研究结果表明:随着层面倾角β的增大,层状岩体的弹性模量、峰值强度和残余强度呈先减小后增大的变化趋势。β为90°时,其模量和强度最大,β为45°~60°时较小,且β为90°时对应的模量和强度比β为0°时要大,表现出明显的各向异性特征。当β为0°~15°时,岩石产生沿轴向应力方向的劈裂破坏;β30°以后,岩石开始产生沿层理结构面的滑移破坏;β为90°时产生沿层理结构面的劈裂破坏。     

关于层状岩体抗拉强度测定方法的讨论

为了探究层状岩体抗拉强度合适的测定方法,将前人对巴西圆盘劈裂的理论和试验成果进行 了归纳总结;并在此基础上,对直接拉伸法进行理论分析,提出了合理的建议。研究表明:巴西圆盘劈裂 试验对试样的要求是在加载直径线两侧的层理构造和岩石材料均对称分布,只有这样,圆盘试样在线性 荷载作用下,内部应力才能对称分布,劈裂破坏面才会沿着加载直径方向穿过圆盘中心点,从而巴西劈 裂的理论计算公式才能得到满足;在直接拉伸试验中,试样的破坏形态和机理有三种沿层理面的张拉 破坏、沿层理面的剪切破坏、基质的张拉破坏,且抗拉强度均为σｔ＝Ｆ／Ａ;巴西圆盘劈裂试验的适用范 围不能盲目地扩大,对于层状岩体的抗拉强度测定方法,建议选用直接拉伸法。     

单轴压缩下岩体斜裂纹断裂特性研究

以岩体中受单向轴力压缩的中心斜裂纹为研究对象,基于修正的最大周向应力判据MTS分析了裂隙岩体破坏过程中Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹的扩展规律及断裂特性。修正的断裂判据考虑了裂纹间的摩擦系数、闭合度和平行于主裂纹尖端的非奇异项T应力,并分析了这些参数对主裂纹尖端应力强度因子及裂纹开裂角的影响。结果表明:裂纹的断裂角不仅与主裂纹特征和载荷方向有关,还与载荷大小间接相关;岩体裂纹间的摩擦系数和闭合度只对KⅡ有负向影响;T应力的存在及大小对周向应力的最大值及其位置有较大的影响。更多还原     

三峡库区水平层状岩体滑坡特征及稳定性分析

三峡库区地质环境复杂，移民迁建中遇到的工程地质问题很多，其主要表现形式有滑坡，变形体，崩塌及陡崖卸荷危岩体等，其中尤以滑坡变形体表现最为突出和普遍。通过库区水平层状岩体分布的典型地区万县市各阶段滑坡勘察中的详实资料，分析了该类型滑坡的基本特征；在对稳定性评价方法进行了初步探讨的同时，也对影响滑坡稳定的各种因素进行了初步分析，最终对该区滑坡的稳定性进行了评价。     

岩体力学各向异性试验研究

作为《岩体（石）力学各向异性试验及取值研究》科研子题成果的一部分，通过对层状岩体中的基本组成单元－岩石和结构面力学性质各向异性试验研究，对岩体中的结构面倾角、数量和围压对其力学性质的效应进行了探讨，剖析了层状结构岩体力学性质各向异性的本质和机理，并在此基础上对上述各因素影响下的层状岩体力学参数取值进行了分析。     

层状复合岩体的改进Hoek-Brown强度准则研究

Hoek-Brown强度准则是岩土工程领域应用最为广泛的强度准则之一,但其最初只适用于各向同性岩体。通过将层状复合岩体考虑为横观各向同性材料,引入各向异性状态参数(被定义为材料微观结构偏张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量),并将该参数与Hoek-Brown强度准则耦合,建立了层状复合岩体的强度准则。结合干燥和饱和状态下的千枚岩、板岩和沉积石英岩的三轴试验结果对计算结果进行验证,结果表明改进的Hoek-Brown准则能较好地预测层状复合岩体的破坏强度。     

层理特性对层状岩体剪切力学特性的影响研究

当前对层状岩体力学特性的研究多涉及抗压及抗拉特性,为研究层状岩体剪切破坏过程中的强度和弹性变形参数及破坏特征,通过基于人工制样方法,开展不同层理倾角、层理间距及层理粘结强度下层状岩体直剪试验,结果表明:随着层理倾角的增大,层状类岩体的抗剪强度指标呈现先增大、后减小、再增大的变化趋势,在３０°左右量值最大,在６０°左右量值最小;当层间粘结强度与岩层强度接近时,层理间距对其剪切特性的影响较小;层理粘结强度的提高会增强试样的抗剪强度。     

坝基层状岩体质量评价探讨

以西南某电站坝基岩体质量分级的工程实践为基础 ,结合目前国内外广泛应用的岩体质量分级方法,针对性地论述了影响层状岩体质量评价的 一些主要因素如原生层面、软弱夹层及岩层倾角等,分析了层状岩体质量评价过程中常遇到 的各向异性问题、评价指标的跳跃性问题及层状结构对岩体质量评价结果的影响问题等,并 对这些问题进行了较为细致的剖析,提出了层状岩体质量评价应注意的一些问题。     

不同倾角层状砂岩单轴压缩及数值模拟试验研究

地下层状岩体存在节理、断层等结构面,层状岩体是许多基础设施和地下工程的载体,层状岩体具有明显的各向异性。为探明具有不同结构面倾角岩石的力学性质和破裂模式对水利裂缝扩展的影响,人工制作不同角度结构面的岩石模型,并开展单轴压缩试验和ＦＬＡＣ3Ｄ数值模拟对岩样进行破裂模式和力学参数各向异性分析。结果表明当结构面倾角为0°时,试样发生劈裂破坏,宏观破裂面沿着结构面,结构面主导岩石的破坏模式;倾角为15°、30°和45°时,试样由劈裂张拉破坏逐渐转换为剪切破坏,宏观破坏面主要沿节理面发生,节理主导岩石破坏的作用开始逐渐削弱。倾角60°、75°和90°时,裂缝会穿过结构面,宏观破裂面不沿着节理层面。相同角度的饱水模型的单轴抗压强度明显降低,随着节理面倾角的减小,岩石单轴抗压强度出现先减小再增大的现象,图像趋势为“勺”形。研究结果可为矿区水力裂缝扩展趋势、岩层失稳破坏风险评估提供参考。     

单轴压缩状态下类岩石材料水力劈裂试验

采用自制水泥砂浆作为类岩石材料进行试验,研究内水压力和单轴压缩耦合作用下岩体的破坏规律。制作带有中心预制裂缝的立方体试样,利用自行研发的内水压力与轴向压力加载装置,在固定内水压力加载速度和轴向压力大小的前提下,对不同材料强度和尺寸的试样,以不同轴向压力加载方向进行了水力劈裂试验。试验结果表明:轴向压力加载方向对裂缝尖端的起裂角度有一定影响,在固定内水压力加载速度下,裂缝内水压力上升速度与试样强度正相关;轴向压力方向无论是与预制裂缝走向平行还是垂直,都会加快内水压力上升速度;试样水力劈裂临界水压力与试样强度正相关;轴向压力加载方向对单裂缝试样水力劈裂影响较大,轴向压力方向与裂缝走向垂直时对裂缝开裂起抑制作用,轴向压力方向与裂缝走向平行时对裂缝开裂起促进作用。     

考虑层状岩体各向异性强度的地下厂房稳定分析

针对层状岩体的各向异性强度特征,基于带拉伸截止限的摩尔库伦准则,建立了综合考虑岩体和层面强度的各向异性强度准则,并且还考虑了岩体损伤对其强度的影响,给出了该强度模型的有限元实现方法,并据此专门编写了相应的Fortran有限元程序。将该模型应用于某水电站地下厂房三维有限元开挖计算中,研究了层状岩体各向异性强度对地下厂房围岩稳定性的影响。研究结果表明:与各向同性强度准则相比,考虑层状岩体各向异性强度后洞室围岩的应力和变形分别增加了1.4 MPa和20 mm左右,总的破坏量增加了8.7%。与现场监测数据的对比表明,考虑层状岩体各向异性强度进行地下洞室围岩稳定性分析更加合理。     

层状岩体的破坏特征及其迭代计算方法研究

层状岩体沿层面和层面法向方向的物理力学特性各异，为明显的各向异性，其破坏形式和破坏机理与一般岩体也不同。根据层状岩体的物理力学性质分析了其破坏特性及其迭代计算方法，推导了损伤状态应力表达式和损伤刚度修正表达式。采用三维非线性弹塑性损伤有限元数值计算方法，通过工程实例分析了岩层倾角对洞室围岩稳定的影响。通过对各种岩层倾角方案的计算和比较，结合工程经验，得出层状岩体中地下洞室的合理布置方式。分析结果与工程实际相吻合，本文的研究为层状岩体中的工程设计提供了比较可靠的理论基础和有益参考。     

层状裂隙岩体锚固方法研究

层状裂隙岩体受水平推力作用所产生的溃屈破坏、压缩变形及沿结构面所产生的层间错动,严重威胁着工程岩体的整体稳定性,合理布设预应力锚杆可以提高此类岩体的工程稳定性。分析指出:预应力锚杆相应的优化布设角度宜在45°~75°之间选择;锚杆预应力量级(吨位)的选择,对层状裂隙岩体的锚固效果有较大的影响。     

层状岩体高边坡溃屈失稳研究

本文研制了双重非线性有限元程序DNPSAP,然后用该程序进行大变形弹塑性有限元计算,结合地质力学模型试验和能量平衡法,探讨了工程中常见的层状岩体高边坡溃屈失稳时的应力,变位变化规律,失稳破坏机理和稳定性评价方法,着重探讨了倾角、坡长和岩层厚度变化对层状岩体高边坡溃屈失稳的影响。     

非贯通节理岩体单轴压缩试验研究

对不同节理倾角、不同节理连通率的预制节理圆柱形岩体试样进行单轴压缩试验。结果表明:试样的强度、变形特性及破坏模式与节理构造形态密切相关;在不同节理连通率下,不同角度的非贯通节理试样的力学特性均表现出各向异性特征,随着节理连通率的增大,各向异性特征越来越明显,岩体峰值强度逐渐下降,岩体在弹性阶段的最大弹性模量也逐渐降低;相应地,试件的破坏模式也变得更加复杂,随着节理连通率的增大,应力-应变曲线的斜率逐渐减小,曲线出现多个峰值,且有较明显的屈服平台;非贯通节理岩体峰值强度和弹性模量随节理连通率的非线性变化规律,可分别采用二次和三次多项式函数表示,其系数与节理倾角有关;非贯通节理试样的裂纹变化特征与节理连通率、节理倾角有着密切的联系。     

层状岩体边坡顺层破坏机理研究

李家峡水电站坝址和近坝库区，无论是自然边坡或人工边坡，其破坏机理和破坏类型，均与层间挤压带的分布和它们与其他结构面或与临空面的组合关系密切相关。通过工程实践，将层状岩体边坡顺层破坏机理归纳为三方面的问题，即：平面旋转滑动、解体滑动和渐进破坏。并对这种边坡的治理原则提出了看法和认识。     

层状岩体横观各向同性劣化模型研究

层状岩体呈现出明显的横观各向同性力学特征,为此,将层状岩体视作层间岩石与层面组成的复合材料,分别就层间岩石力学性质建立相应的力学模型,并提出了劣化模型的弹模裂化极限取值统一限定条件。可考虑层状岩体强度及弹性模量在峰后随塑性应变增大而减小的现象,更能准确地模拟层状岩体洞室开挖的力学响应。在乌东德水电站陡倾层状岩体洞室的围岩开挖稳定性分析的应用中,计算结果与现场监测结果吻合,证明该模型适用性。     

岩石室内单轴压缩试验位移加载速率的研究

岩石物理力学参数的确定对于实际工程的施工具有十分重要的意义。随着刚性伺服试验机的 普及,人们逐渐意识到,相对于负荷加载,采用位移加载方式获得的岩石室内单轴抗压强度更具有可靠 性。但是,有关规范中仅给出了负荷加载速率而并未给出明确的位移加载速率。为了寻找到岩石室内 单轴压缩试验的最佳位移加载速率,利用石膏砂浆制成类岩石试件,分别模拟泥岩和泥质砂岩,分析类 岩石试件在位移加载方式和负荷加载方式下的力学效应及破坏形态。研究发现:位移加载速率在0．02 ｍｍ／ｓ～0．05ｍｍ／ｓ之间时,通过位移加载方式得到的类岩石试件的单轴抗压强度与通过负荷加载得到 的单轴抗压强度最为接近。试件较软时,位移加载速率应适当降低,约为0．02ｍｍ／ｓ,试件较硬时,加载 速率适当增高,约为0．05ｍｍ／ｓ。     

勘察成果在层状岩体稳定性评价中的应用现状

在阐述层状岩体的工程特性及其稳定问题普遍性和复杂性的基础上，评述层状岩体稳定性评价中概化模型建立、力学参数取值、最不利滑面确定以及地下水控稳作用模拟的研究现状。