离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响研究

构建不同结构特征的离散裂隙网络,然后建立相应的等效岩体模型,通过单轴压缩数值试验得到等效岩体模型的力学参数,分析离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响。结果表明：随着裂隙密度P₃₂的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变近似线性递减,泊松比近似线性递增；随着裂隙倾角均值的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变先减小后增大,泊松比先增大后减小,在60°时达到极值；对于裂隙倾角的分布特征,当裂隙倾角均值为60°时,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变随Fisher分布常数的增加而减小,泊松比随Fisher分布常数的增加而增加,而对于其它裂隙倾角均值的情况,Fisher分布常数对裂隙岩体力学参数的影响较小；对于裂隙直径的分布特征,幂律分布指数对裂隙岩体力学参数的影响较小；敏感性分析结果表明,单轴抗压强度对于离散裂隙网络几何参数的敏感性最大,弹性模量的敏感性最小。     

深埋巷道围岩多次破裂现象与裂隙张开度研究

采用深部围岩位移监测、声波测试和全景数字化钻孔成像观测多种测试手段相结合的方法,获得了淮南朱集煤矿-906 m水平的风井车场南绕道围岩的破裂区分布情况。通过对比分析,确定了各破裂区的裂隙张开度大小。结果表明,裂隙张开度从巷道表面向深部呈现减小的趋势。     

三峡库区高阳段库岸岩体裂隙网络模拟研究

为合理评价三峡库区高阳段库岸岩体结构特征,为工程整治提供依据,对区内岩体进行了裂隙调查及网络模拟研究。通过野外岩体裂隙的实际测量和调查,建立了较为符合实际的结构面几何参数概率模型。应用蒙特-卡洛法和直接法原理,利用计算机模拟得出符合实际的二维裂隙网络图,并进行了一些改进和有关问题的探讨,如广义RQDt计算、裂隙线连通率计算等。最后在此基础上对研究区内岩体的工程地质性质作出切实的评价。     

爆炸荷载下含预裂缝的裂纹扩展实验研究

预裂爆破技术目前广泛应用于爆破工程中,为了探究预裂爆破形成的预裂缝对爆生裂纹和原生裂纹动态断裂特性的影响,基于数字激光动态焦散线实验开展了一系列研究,获得了裂纹扩展的时实动力学参数。研究结果表明:预裂爆破形成的预裂缝可以阻挡爆生裂纹向保留岩体内扩展,加大被爆岩体的损伤;其两端产生的翼裂纹向保留岩体扩展,且扩展长度随着预裂缝长度的增加而增大;长度较短的预裂缝(L=20~80 mm),对保留岩体内原生裂纹扩展有促进作用,只有当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),才会对保留岩体内原生裂纹扩展有抑制作用,预裂缝A长度L=100 mm时,其B裂纹扩展长度为无预裂缝A模型时的21%,Bz和By扩展速度均值为无预裂缝A时的0和64.8%;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端翼裂纹的起裂时间随着预裂缝长度增加而增加,当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),迎爆侧翼裂纹没有起裂,By起裂时间推迟到和无预裂缝时一样的150 μs;原生裂纹迎爆侧翼裂纹断裂韧度小于背爆侧断裂韧度;当有预裂缝存在时,原生裂纹两端起裂韧度均小于无预裂缝时的起裂韧度,且随着预裂缝长度增加迎爆侧翼裂纹起裂韧度降低;原生裂纹两端应力强度因子峰值随着预裂缝长度增加而减小。     

开采过程中上覆复杂急倾斜构造岩层运移规律模拟研究

为了解开采过程中，急倾斜且具有水平裂隙发育的上覆岩层运移规律和特点，使用PFC3D软件建立该条件下的岩层模型，并进行了开采过程模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟了非连续和连续性的岩体构造形式。模拟结果表明：上覆关键层下部始终不出现拉力，而是沿着急倾斜构造面产生裂隙，同时在开采面附近上覆成层岩体构造面存在较大的剪切错动，但整体仍然稳定。对开采过程产生的岩体最大颗粒位移量和地表最大沉降量进行定量分析，分别得到了这两个变量与走向方向推进长度的多项式函数关系。定量分析也证明了与模拟过程分析类似的结果。     

层状结构面对巷道稳定性影响的数值模拟分析

从岩石为非均匀性材料的认识出发,引入细观层次的微元体,采用损伤力学和统计理论的单元本构模型, 利用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,对具有不同倾角层状软弱结构面岩体中隧道的变形破坏特征、隧道周边关键部位的位移和应力变化以及隧道的安全储备进行了分析。对于进一步深入理解具有软弱结构面中隧道破坏失稳机理并采取有效的加固措施等具有重要的理论和实践意义。     

岩石脆性断裂试验的声发射分析

对不同岩石进行单轴受压试验,并采集岩石受压全过程的力学特征和声发射特征.通过对不同岩石声发射信号和力学参数的对比分析证实,不同岩石的声发射特征是有区别的,岩石变形损伤的声发射特征曲线与应力-应变曲线存在关联特征,岩石声发射的kaiser效应是存在的.     

考虑尺寸效应的裂隙岩体强度损伤力学研究

根据岩体裂隙网络的层次性分布特点, 研究岩体裂隙分形结构的标度不变区间, 以此划分岩体宏观损伤的不同层次。通过确定相对无损尺度, 利用分形结构的标度不变性, 在连续介质损伤力学框架内, 预测岩体强度损伤, 并根据统计强度理论, 预测在荷载条件下岩体强度的损伤演化。研究表明, 岩体强度的初始损伤及其演化存在一定的尺度效应。     

应用地质雷达和钻孔窥视研究顶板裂隙分布规律

为了测定顶板岩体的结构及破坏情况,给巷道顶板支护设计提供可靠的理论依据。结合现场的实际情况,采用pulseEKKO PRO型地质雷达和钻孔窥视联合测定顶板裂隙分布规律,充分发挥地质雷达探测与钻孔窥视的优势互补作用。钻孔窥视可直观反映顶板岩体的不连续面(如层理、节理、裂隙),受现场条件影响最大钻孔深度仅4m;地质雷达精确探测距离为0~10m,可延伸至钻孔窥视盲区,对围岩裂隙不能精确描述。监测结果表明:通过分析地质雷达波形图可知结构异常区域分布在3.5m和6.3m范围内,分析钻孔窥视输出图像得到孔壁3.5m附近岩体破碎、破坏较严重,对比分析可以确定此处有顶板离层现象。由此可见,用地质雷达探测顶板岩体的结构及破坏是可行的,二者的结合既可宏观判断围岩裂隙范围,也可细观观察围岩破碎情况及裂隙方向。     

岩体单裂隙辐向渗流尺寸效应可视化试验

裂隙岩石大量存在于各种实际工程中，岩石裂隙渗透性随尺寸的改变而改变，但影响渗流尺寸效应的因素众多，其控制机理也尚未明了。采用了辐向流作为研究模型，对人工单裂隙进行了渗流试验，同时利用有机玻璃的可视性，观测了裂隙内流体流动情况，进一步分析了不同粗糙度对岩石单裂隙渗透性的影响。试验结果表明：在岩石单裂隙辐向渗流中，岩石裂隙渗透性存在尺寸效应，其渗透性随岩石裂隙尺寸的增大而增大，且粗糙度越大，渗透性随尺寸增大的速度越缓慢。     

基于数字钻探和机器学习预测岩体单轴抗压强度的方法

以岩体的单轴抗压强度为研究对象,采用传统数字钻探技术所建立的模型在低抗压强度阶段拟合优度不高。在传统模型的基础上引入钻压指数α、疲劳破碎阶段和表面破碎阶段总时间tp以及钻进系统旋转破碎单位体积能耗μp构建新模型,对岩体单轴抗压强度进行拟合。研究表明,在岩体质量较差的情况下,实际岩体单轴抗压强度与预测的岩体单轴抗压强度的拟合优度R2为0.7034,新模型的拟合优度R2为0.8807,对比表明在岩体单轴抗压强度低的情况下,新条件下的关系模型优于原关系模型。     

破碎岩体巷道变形破坏特征的数值模拟研究

为了研究岩体节理裂隙分布规律对巷道围岩稳定性的影响,依据概率与统计理论建立了破碎岩体结构面产状、规模和密度的概率模型,并运用Monte-Carlo随机模拟方法生成了可以描述和表征破碎岩体及其裂隙结构信息的二维结构面网络模型.在此基础上,建立了破碎岩体条件下巷道围岩结构的离散元数值计算模型,分析了块状型和破碎型围岩的应力状态、塑性区分布以及变形特征.研究结果表明:岩体结构面分布的尺度和规模对巷道围岩的应力状态有较大影响,破碎型围岩的承载能力明显低于块状型围岩;破碎岩体变形不再是岩体材料的本质属性,而是破裂块体之间的镶嵌组合的一种结构效应.     

西南某水电工程岩体结构面发育规律(统计)分析

岩体结构面的发育规律及其性状对水电工程的坝基岩体稳定性具有重要意义,西南某水电工程因开挖出现了岩体卸荷松弛现象,导致建基面浅部岩体卸荷松弛,有的地区甚至出现了岩爆现象,对工程结构面造成了明显影响,而结构面决定着坝基岩体抗滑稳定性。作者针对工程出现的情况,分别对此工程的结构面发育情况进行了统计分析,总结出工程中岩体结构面的特征及其发育规律等相关情况。分别采用了极射赤平投影法、H—H迹长估计模型、基于全迹长调查的结构面连通率估计方法结合现场资料对结构面发育规律进行统计计算分析。     

诱导条件下节理岩体流变断裂自然崩落判据研究

对诱导条件下节理岩体流变断裂问题进行了深入研究,归纳出了节理岩体流变断裂3类不同破坏机制,确定了以分支裂纹扩展长度作为节理岩体破坏评判依据的3种破坏机制时的统一流变断裂破坏准则。在此基础上,首次提出了节理岩体在重力作用下产生自然崩落的3个必要条件为破坏条件、临空面条件和平衡条件,并推导和建立了岩体流变断裂破坏和自然崩落的判据数学表达式,最后将研究成果转化成了计算机程序,为流变断裂型矿岩自然崩落规律研究和崩落速度预测提供了一条新的有效方法。     

分级加载下破碎砂岩渗透特性试验及其稳定性分析

煤岩体的渗透特性与孔压梯度满足渗流失稳条件时,易引发突水和瓦斯突出灾害。破碎岩体长时间缓慢变形过程中,其渗透特性将随孔隙率的变化而发生改变,且破碎岩体不同粒径的配比会影响其渗透特性。采用Talbol级配理论,利用DDL600电子万能试验机、渗透仪等试验设备,设置五级轴向恒载加压,每级恒载加压下对应4种不同渗透压进行试验,探究不同粒径配比下的破碎砂岩渗透特性。试验结果表明：① 轴向荷载从第1级加载至第5级,随着缸筒内破碎砂岩有效应力的增大,描述渗流速度变化的参数Dv均呈减小趋势;② 恒载变形后期,破碎砂岩随孔隙率减小,其渗透率总体呈减小趋势,而非Darcy流β因子的绝对值增加;③ 不同Talbol幂指数的破碎砂岩,渗透率与非Darcy流β因子的大小存在差异,n=0.5时,破碎砂岩渗透率最小,非Darcy流β因子最大,n=1.0时,破碎砂岩渗透率最大,非Darcy流β因子整体较小。研究可见,破碎砂岩颗粒粒径很小或颗粒破碎细化非常严重时,非Darcy流β因子较容易出现负值,破碎砂岩发生渗流失稳。     

块体理论与数值模拟结合应用于块裂岩质边坡稳定性分析

由于结构面的存在,块裂岩质边坡的完整性遭到破坏,并且岩体的力学性质和应力分布也直接受到影响,因此块裂岩质边坡稳定性分析十分复杂。块体理论是近年来发展和完善的一种适合于岩体稳定性分析的较行之有效的分析方法。但块体理论不能充分反映岩体结构面间的相互作用,而数值分析模拟具有可充分考虑岩体结构面间的相互作用的特点。应用块体理论,判识可移动块体类型及失稳模式,在确定可移动块体的基础上,结合数值分析模拟,对边坡稳定性进行分析,并且揭示块裂岩质边坡的失稳机理,为块裂岩质边坡稳定性分析提供一条新途径。     

断裂岩石粗糙性与岩体抗剪强度和机理的实验研究

为了分析岩体的长期力学行为,揭示断裂岩体失稳破坏的机理,对岩石断裂面的粗糙性进行了实验研究。将边长为50mm的砂岩试件,分别通过纯剪破坏方式和巴西劈裂拉破坏方式,制作出2类存在粗糙面的断裂岩石,每类选取3个试件进行剪切蠕变实验。对加载过程中的断裂岩石进行激光扫描,计算岩石断裂面的粗糙度和起伏度。实验研究表明:剪切蠕变过程中,断裂表面有粗糙化或光滑化的趋势。构成断裂岩石长期抗剪强度的机制主要有两个:一是细观凹凸体的抗剪断能力,另一个是宏观凹凸体的抗摩擦能力。无论哪种破坏方式,在加载过程中,这两种机理都是交织在一起共同作用于受载岩体上,并随时间或剪位移的增加而相互转换的,而且所发挥作用的主次也有所不同。     

Interdisciplinary characterization of fracture systems at the US/BK site,Grimsel Laboratory,Switzerland

We have implemented a characterization methodology for fractured rock sites that combines geophysical and geologic information to aid hydrologic modelling. This approach concentrates on fracture zones, which commonly dominate the hydrologic behaviour of large rock masses. This approach contrast with approaches that focus on individual fractures and are largely statistically-based. The general philosophy is to identify and locate the major fracture zones, and then establish the essential and recurring patterns in which fractures are organized with the zones. We make a concerted effort to use this information on fracture systematics to link site-specific geologic and geophysical information. The procedure generally is applied to a specific site in a four-step sequence. First, information on the region encompassing the site is assembled and a model of the geologic structure in the vicinity of the target site is prepared. The major structures that might intersect the site are identified in this stage. Second, detailed geologic mapping is conducted to define the structural systematics of the major fracture zones near the site and to gain insight into how fluid might flow along the zones. Third, a preliminary model of the major structures at the site is prepared using the regional information together with geologic mapping and borehole surveys along the target site perimeter. Finally, the model is refined based on geophysical techniques [such as vertical seismic profiling (VSP) and geophysical tomography] that can image a rock mass at distances of at least several tens of meters from a borehole. Results to date from the US/BK site at the Grimsel Rock Laboratory in Switzerland indicate that this approach can contribute significantly to the hydrologic evaluation of a fractured rock mass.     

Calculation model for breaking a lump off a rock mass by an impact of a blunt wedge-like tool

A mathematical model has been developed for the layer-by-layer fracture of a rock by a blunt wedge. The reduced efficiency of breaking by the blunt tool is estimated. It has been shown that there exists a limiting impact angle that confines the lump breaking off the rock mass. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 5, pp. 28–40, September–October, 2007.     

庙沟铁矿露天扩界最终边坡角的确定

通过对庙沟铁矿边坡进行现场原位试验与边坡风化破碎带测试、边坡结构面调查、岩体质量评价、边坡岩体强度参数及岩体强度指标反演分析、边坡稳定性计算,提出了庙沟铁矿露天最终边坡角可由原设计48°进一步提高到52°,并进行经济效果分析。