基于精细结构描述及数值试验的节理岩体参数确定与应用

岩体参数是岩体工程设计与优化的重要依据。以现场精细结构测绘为基础,借助数值计算工具,进行大样本岩体力学试验为岩体参数的确定提供了一种新思路。精细结构描述的重点在于现场地质测绘工作的细致。以统计窗为基础,结合地质素描和数码摄像技术,补充发展了一套岩体精细结构测绘的现场工作方法。以现场测绘为基础,建立岩体结构模型。同时,通过离散元数值试验与物理模型试验的对比,验证数值试验的精度,并以锦屏一级水电站为例对坝区岩体进行大样本岩体数值试验,给出应力–位移全过程曲线、应力分布、位移分布及塑性区分布等分析成果。对比发现,数值试验结果与岩体质量评价结果基本吻合,计算结果可靠。数值试验细化了岩体参数的分布特征,大样本试验将会促进工程参数风险预测和可靠度分析的发展。     

龙滩水电站左岸高边坡泥板岩体蠕变参数的智能反演

在综合分析龙滩左岸边坡泥板岩样室内蠕变试验资料和现场工程区域岩体风化程度、岩性和节理分布等特性的基础上,建立了龙滩左岸边坡泥板岩体的蠕变本构模型;采用均匀设计方法和三维显式有限差分法对72#试验洞三维地质概化模型进行了开挖模拟和蠕变计算;以72#试验洞的变形监测资料为目标,采用遗传–神经网络方法对泥板岩体的蠕变参数进行了智能反演分析,获取了岩体的蠕变参数。利用其进行正演计算,结果表明未用于反演的监测断面的实测位移值与相应断面的计算值在量值上相当,变形趋势上也基本相同。这表明所确定的龙滩水电站左岸高边坡泥板岩体蠕变本构与参数基本合理,同时说明进化神经网络演化有限差分方法在由小尺度岩石室内蠕变试验参数过渡到现场大尺度岩体蠕变参数的过程中起到了重要的桥梁作用。     

三峡永久船闸边坡现场岩体压缩蠕变试验研究

介绍了三峡船闸边坡现场岩体蠕变试验技术,在对试验成果进行整理分析的基础上,重点研究岩体蠕变模型和蠕变参数。在综合分析室内岩块、现场岩体蠕变试验及粘弹性位移反演分析的研究成果后,提出了岩体蠕变参数的取值方法,最后对船闸边坡长期变形量进行了数值模拟分析。     

灌水法检测大颗粒碎石土压实度的应用分析

贵州盘县某项目挖、填方工程地基采用强夯进行处理,现场采用灌水法进行压实度检测,最大干密度的确定采用室内击实试验及现场试验两种方法,通过试验成果的对比,表明室内击实试验剔除了大于40 mm以上粒径的碎石土,与现场实际粒径不相符,应采用现场试验确定碎石土最大干密度.     

青岛龙山地下商场围岩稳定性评价及锚喷支护设计

根据岩体结构和岩石力学性质对围岩稳定状态所起重要作用 ,采用定量与定性相结合的多因素多指标的综合分类法 ,进行围岩地质构造、毛硐稳定情况调查、现场声波测试、点荷载试验、室内岩石单轴抗压强度试验等 ,考虑硐室的跨度、埋深等特征 ,经过综合分析 ,确定围岩类别 ,科学评价硐室围岩稳定性 ,以此作为确定岩体开挖和围岩加固支护方案、计算相应参数的依据     

攀枝花市金江钛业钛渣项目现场剪切试验分析

抗剪切强度指标c、φ值是岩土工程计算中最重要也是最关键的强度指标,而现场原位试验是获取其真实数据的有效手段。文章详细介绍了攀枝花市金江钛业钛渣项目地基土的现场剪切试验,并通过对比现场剪切试验、室内试验土体的抗剪强度指标,旨在对工程建设提供真实可靠的强度参数。     

岩石钻孔原位测试技术的应用与改进

 如何确定岩体工程力学特性是工程设计中的重要问题,也是长期困扰工程界的难题。由于原位测试技术可克服室内试验扰动性及尺寸效应等缺点,逐渐发展成为一种重要的岩体力学参数取值手段。钻孔剪切试验技术近年来被广泛应用于土体现场直剪试验中,但其在岩石工程中的应用较为少见。对所引进的岩石钻孔剪切仪进行工程现场岩体钻孔剪切试验应用尝试,得到有益的试验结果。针对岩石钻孔剪切仪在工程实际应用中所存在的问题及不足,对其进行改进与完善。在此基础上,研制开发新的岩石原位测试设备--钻孔剪切弹模原位测试系统,实现同步获取岩体力学及变形参数,为岩体钻孔高效利用以及岩体工程力学参数的确定提供新的途径。     

基于钻孔测试的岩体抗剪强度参数取值方法及其工程应用

针对岩体抗剪强度参数取值问题,提出一种利用钻孔测试成果获取岩体抗剪强度参数新方法和新途径。该方法首先建立岩体地质强度指标GSI值与岩体基本质量指标BQ值、岩块饱和单轴抗压强度、岩块天然纵波波速的数学关系式,而后采用钻孔电视对钻孔岩体进行分段。在此基础上,利用钻孔声波和室内岩芯试验等测试成果计算得出相应岩段的BQ值及GSI值。最后,运用Hoek-Brown强度准则,得到每段岩体的抗剪强度参数。经工程应用并对比现场岩体剪切试验结果,本方法在确定岩体抗剪强度参数上具有较好的可靠性。     

一种预估基桩竖向承载性状的方法

目前荷载传递模型的确定通常依赖于现场试验,而现场试验需要很长时间,费用也相当大,并且当地形复杂时试桩试验结果也无法应用到全部工程。而且对于次要建筑,国内规范均没有要求进行现场试验。为避免基桩竖向承载分析需要依赖大型现场试验的不便,本文首先建立了一套由常规土体室内试验确定的物理、力学性质参数来预估竖向荷载作用下基桩荷载传递模型的系统,同时借鉴以往该地的其它静载试验资料,将上述系统与遗传算法相结合,得到了由现有资料预估基桩竖向变形及承载力的综合方法。     

大岗山水电站坝区岩体的刚性承压板试验研究

 压板试验是承一种应用广泛的测定岩体变形参数的现场试验方法,根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在大岗山水电站坝区现场进行的直径达1 m的刚性承压板变形试验资料,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,根据推导的深部岩体压缩变形公式,计算出了坝址区左右岸试验点岩体的弹性模量、变形模量和等价变形模量等变形参数。通过回归分析,获得坝区试验点岩体的声波波速与变形模量的回归经验方程和高度显著的回归拟合曲线。现场承压板试验的计算分析结果表明：坝区左右岸辉绿岩脉地层的变形参数较小,岩体的压缩变形主要集中在辉绿岩脉软弱夹层上,右岸试验点岩体的变形参数总体小于左岸。这些试验分析结果为有效揭示坝区岩体力学参数的变化规律提供了重要依据。     

大直径钻孔卸压机理室内及数值试验研究

钻孔卸压能够有效降低巷道上方及其周围岩体弹性能量的积聚,降低区域冲击危险性。因此,对大直径钻孔卸压机理及其合理参数的深入研究具有工程应用价值。通过室内试验研究孔径、孔间距及孔深等参数对试样强度的影响,以及分析不同参数影响下试样破坏形态;同时借助颗粒流PFC研究不同参数条件下试样裂纹扩展形态及裂纹数量。研究表明:裂纹扩展贯通导致的应力释放是钻孔产生卸压作用的根本原因,且孔径、孔深越大,钻孔周围裂纹数量越多,主控裂纹纹路越清晰,钻孔卸压效果越好;同样随着孔间距越小,试样破坏形态由独立型破坏转变为贯通型破坏,试样破坏强度明显降低,卸压效果明显。     

中尺寸岩样真三轴试验系统研制与应用

 目前国内外岩石真三轴试样尺寸倾向于两极,且尺寸跨度大、应力大小不同,不便于研究岩体三轴强度的尺寸效应和高应力环境复杂应力路径岩石的变形与强度特征,为了解决这个问题,研制LWZ–10000型中尺寸岩石真三轴试验系统,详细介绍该系统的设计思路、结构特点、技术指标及功能,该系统具有以下特点：(1) 自动伺服控制与变形破坏全过程数据采集,且精度高、性能稳定;(2) 试样尺寸介于室内和现场三轴试样尺寸之间,且尺寸可变;(3) 侧向和轴向载荷高,且三向独立控制;(4) 可同步进行超声波和声发射跟踪测试。采用该系统对锦屏大理岩进行大量的不同应力路径真三轴试验,对加载和卸载路径真三轴试验的应力–应变全过程曲线及与波速对应关系进行分析,结合大理岩不同尺寸卸载路径的真三轴试验成果,初步研究大理岩卸载路径下强度参数的尺寸效应。该系统的成功研制为研究多向复杂应力路径下不同尺寸深部岩体的变形及强度参数提供了新手段。     

砂岩渗透参数随渗透水压力变化的CT试验

运用岩石高压三轴加载装置和渗透压加载装置,对砂岩进行固定应力变渗透水压力试验,同时借助SOMATOMPLUS螺旋CT扫描机进行实时观测。通过试验结果分析,推出了基于CT数的岩石空隙率计算公式,从CT尺度上分析了岩石空隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随渗透水压力的变化规律,结果表明:岩石的渗透参数(空隙率、微管径、渗透率)随渗透水压力的增加而增大,渗透参数随渗透水压力的变化呈对数关系,这是由于渗透水压力使岩石内部空隙发生变形,从宏观应力-应变关系看,岩石并未出现宏观破坏,还处于弹性变形阶段;而渗流速度与渗透水压力呈线性关系,符合宏观尺度渗流的达西定律。     

岩石裂纹扩展的实验与数值分析研究

详细地研究了闭合裂纹在单轴，双轴载荷作用下，裂隙扩展，贯通的规律，应用8节点奇异等参单元模型来模拟节理尖端应力场的奇异性，实验和数值计算结果所得到的闭合裂隙的扩展规律具有较好的一致性，实验结果对研究裂隙岩体在开挖卸荷条件下的力学特性具有一定的参考价值。最后，将砂岩圆柱梁三点弯曲测试验得到的KIC，计算万家寨引黄工程总干一、二级泵站地下厂房在开挖和支护过程中围岩的破损区。     

Classification and assessment of rock mass parameters in Choghart iron mine using P-wave velocity

Engineering rock mass classification,based on empirical relations between rock mass parameters and engineering applications,is commonly used in rock engineering and forms the basis for designing rock structures.The basic data required may be obtained from visual observation and laboratory or field tests.However,owing to the discontinuous and variable nature of rock masses,it is difficult for rock engineers to directly obtain the specific design parameters needed.As an alternative,the use of geophysical methods in geomechanics such as seismography may largely address this problem.In this study,25 seismic profiles with the total length of 543 m have been scanned to determine the geomechanical properties of the rock mass in blocks Ⅰ,Ⅲ and Ⅳ-2 of the Choghart iron mine.Moreover,rock joint measurements and sampling for laboratory tests were conducted.The results show that the rock mass rating(RMR) and Q values have a close relation with P-wave velocity parameters,including P-wave velocity in field(V_(PF)).P-wave velocity in the laboratory(V_(PL)) and the ratio of V_(PF) V_(PL)(i.e.K_p = V_(PF)/V_(PL).However,Q value,totally,has greater correlation coefficient and less error than the RMR,In addition,rock mass parameters including rock quality designation(RQD),uniaxial compressive strength(UCS),joint roughness coefficient(JRC) and Schmidt number(RN) show close relationship with P-wave velocity.An equation based on these parameters was obtained to estimate the P-wave velocity in the rock mass with a correlation coefficient of 91%.The velocities in two orthogonal directions and the results of joint study show that the wave velocity anisotropy in rock mass may be used as an efficient tool to assess the strong and weak directions in rock mass.     

钻孔高压压水试验的数值模拟

为了从理论上进一步讨论高压水作用下岩体的渗透特性，建立考虑紊流、层流、扩张、劈裂、冲蚀和淤堵现象的应力场与渗流场耦合的连续介质模型和应力场耦合Oda渗透张量模型，并编制相应的有限元计算程序WS^3D。采用该程序对惠州抽水蓄能电站的钻孔压水试验进行数值模拟，得到压力水头P与水流量Q的关系曲线（P-Q曲线）与高压压水资料吻合较好。同时，根据数值模拟中的现象和结果进行分析可知，在高压压水试验中，层流、紊流、扩张、劈裂、冲蚀、淤堵现象中的一种或几种现象共同作用决定P-Q曲线的类型。     

软弱巷道围岩变形破坏综合分析

 针对软弱回采巷道变形破坏严重的问题,进行巷道围岩的岩层结构、力学参数及成分的试验研究和巷道变形破坏的实测分析。试验研究表明巷道顶底板属遇水膨胀软岩,煤层内生裂隙和构造裂隙发育,锚固可靠性差,难以形成稳定、有效的承载结构。实测分析表明巷道顶底板和两帮变形大,底鼓严重,现有的支护方式不适应围岩非线性、大变形的要求,必然导致支护失效。在试验和实测的基础上,提出锚棚联合支护的综合加固措施,并取得显著的应用效果。     

Back-analysis of rock mass strength parameters using AE monitoring data

Most back-analyses in geotechnical engineering are based on methods that utilize field displacement monitoring data. In the present study, a novel method is developed to back-calculate rock mass strength parameters from AE (acoustic emission) monitoring data in combination with FEM stress analysis. The method is based on the important concept of generalized AE initiation threshold of rock masses, established from comprehensive data analysis of laboratory test and underground monitoring programs using AE and microseismic (MS) techniques. An easy-to-use Wizard is developed in Microsoft Excel™ to assist site engineers to perform the back-analysis. The efficient solver in Excel is utilized to reach the optimization solution of an objective function with constraints. The Wizard allows the user to complete the analysis process in an interactive fashion. One example is given to demonstrate the back-analysis process using AE monitoring data recorded from a cavern site. The rock mass strength parameters identified from this approach compare well with field test data, suggesting that the tool can be used effectively to back-calculate rock mass strength parameters from AE monitoring data.     

某地区花岗石三轴蠕变试验及其损伤分岔特性研究

 以某地区花岗岩为例，在分级加载条件下对岩石的蠕变特性进行三轴压缩蠕变试验研究，试验结果表明：岩石变形从稳态蠕变进入加速蠕变阶段存在一个应力阈值，当应力低于该阈值时，岩石内部的原始裂隙和孔隙在低应力水平下挤压密实，产生微细观的线黏弹性变形，蠕变变形以平缓的速率增长并最终趋于稳定，此时岩石的流变参数保持恒定；当应力超过该阈值时，在较高应力水平的持续作用下，岩石内部有大量细观分布裂纹产生并且迅速发展，损伤急剧演化累积，导致岩石流变参数发生突变。采用FLAC3D对花岗岩三轴蠕变试验进行三维数值模拟，得到岩石蠕变进入加速阶段的应力阈值。最后结合固体力学的分岔理论，从流变参数的角度考虑，对广义开尔文模型引入损伤变量，建立能够反映岩石加速蠕变阶段的损伤演化方程，对岩石进入加速蠕变阶段后由于参数突变引发的分岔力学特性进行分析，确定引起岩石发生分岔行为的流变参数以及岩石蠕变变形的分岔点。计算结果表明，基于考虑损伤影响的有效初始弹性模量得到的计算曲线与试验曲线的吻合情况较为理想。     

The stochastic assessment of strength and deformability characteristics for a pyroclastic rock mass

A practical procedure is described for implementing probabilistic determination of rock mass strength and deformability properties of a pyroclastic rock medium. In order to carry out this procedure, the discontinuity properties of rock mass are collected in the field and laboratory studies are conducted on the intact rock samples. The appropriate statistical distributions are fitted on the available data by using the chi-square goodness of fit technique. For the estimation of strength and deformability of rock mass, input parameters of the generalized Hoek–Brown empirical equations are replaced by previously defined probability density functions. After running Monte Carlo simulations, potential ranges of the strength and deformability values of the investigated rock mass are accomplished. The simulation results suggest that it is promising to represent the random characters of rock mass mechanical properties when used with proper empirical or analytical relationships.