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。     

断续软弱夹层岩石流变力学特性研究

 岩石流变力学特性是岩石力学研究中的重要课题,与岩石工程长期稳定性有着十分密切的联系。基于大型岩土工程分析软件 FLAC（3D）,采用黏弹塑性流变本构模型,模拟了非贯通断续软弱夹层的不同间距、不同长度及倾角等因素条件下岩石的弹塑性变形与流变变形情况。研究分析了各种因素对岩体弹塑性变形与流变变形的影响以及各影响因素之间多重相关性。结果表明：夹层长度、夹层厚度与夹层间距两两之间都有着较强的相关性;岩桥倾角和夹层倾角与其他影响因素的相关性较弱。夹层长度、夹层间距和夹层厚度对岩石弹塑性变形以及流变变形量影响较大,岩桥倾角和夹层倾角对岩石变形影响不显著。     

层状岩体损伤破坏特征数值模拟

为更深入了解层状岩体的力学特性,首先基于细观损伤力学理论,运用体积平均化的方法,推导了微裂纹对岩体弹性柔度矩阵的贡献;然后基于不可逆热力学框架,导出了损伤矢量的损伤破坏方程;最后建立了层状岩体的损伤破坏本构模型,并通过数值计算模拟了层状岩体的损伤破坏特征,与室内试验结果吻合较好。巴西圆盘劈裂数值试验研究表明:岩体试样的破裂面均从加载点起裂;层理倾角0°、90°时,破裂面为通过加载中心和试样中心的近似平面,层理倾角为其他角度时,破裂面为偏离了加载中心的曲面。与室内试验结果对比可知,本文二次开发的本构模型能够较好地预测层状岩体渐进破坏的各向异性。     

溶蚀作用下层状灰岩力学模型研究

【目的】层状灰岩的不同层面会表现出不同的力学特性,为了研究溶蚀作用下不同层面倾角的层状灰岩力学特性影响规律,确立溶蚀作用下横观各向同性应变软化模型对溶蚀作用下层状灰岩力学特性进行描述。【方法】首先,采用横观各向同性应变软化模型来描述无溶蚀作用下层状灰岩平行和垂直层面的力学特性,并结合对0°、30°、60°和90°四个层面倾角的层状灰岩单轴压缩试验结果的整理分析,得到无溶蚀作用下平行和垂直层面的层状灰岩核心参数,即弹性模量、黏聚力和内摩擦角等;然后,基于溶蚀作用下层状灰岩力学发生改变机制分析,确定溶蚀作用下层状灰岩的塑性力学模型;最后,结合溶蚀作用下层状灰岩单轴压缩力学试验结果,采用FLAC—强度折减法联合求解确定溶蚀作用下层状灰岩力学模型中力学参数(弹性模量、黏聚力)随溶蚀作用的变化规律。【结果】结果显示,溶蚀等效时间和卸载应变(裂纹发育程度处卸载应变)对不同层面倾角层状灰岩力学特性影响不同,溶蚀等效时间对层面倾角为0°的层状灰岩参数影响最大,卸载应变对层面倾角30°时的层状灰岩参数影响最大。表现为溶蚀等效时间对基质黏聚力c₂的影响大于层面黏聚力c₁     

三种倾角结构面对岩体变形破坏特征影响研究

以山西朔州麻家梁煤矿砂岩以及张集煤矿闪长岩为例,将岩样加工成60°,75°,90°三种倾角结构面的岩样,并对加工后的结构面进行水泥填充,进而研究3种倾角结构面对岩体力学特性与破坏形态的影响。单轴压缩试验与数值模拟试验结果表明:随着倾角的增大,两种岩性岩样单轴抗压强度都呈现上升的趋势,同条件下的闪长岩岩样单轴抗压强度要小于砂岩岩样单轴抗压强度;结构面倾角为60°与75°的岩样主要从顶部与侧面结构面附近萌生裂隙开始发生破坏,随着加载应力不断增大,岩体顶部应力集中部分将出现破碎并使岩体完全破坏,而结构面倾角为90°的岩样主要是由于岩体顶部萌生出大量竖向扩张劈裂隙使岩体发生破坏。     

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。     

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。     

江口水电站岩石力学试验研究

江口电站的大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高139m，坝址岩体中存在大量的软弱夹层，拱座的变表及稳定受夹层的变形特性及抗剪强度控制，为此进行了岩体及夹层变形特性试验，混凝土与基岩，结构面以及岩一身的抗剪强度试验，岩体皮测试，地应力测试以及室内岩石力学试验研究，并据此提出了岩石单轴抗压强度，变形模量，抗剪强度等参数的建议值。     

微裂隙对工程岩体变形参数的影响分析

裂隙的大量存在使岩体的变形特性变得非常复杂,而在采用数值分析方法时,常常忽略微裂隙对岩体力学特性的影响。为了明确微裂隙对岩体变形参数的影响,通过变形等效原理,对含单一微裂隙的岩体的变形参数进行估算。计算结果表明：岩体的变形特性与微裂隙倾角、长度和荷载方向有关;微裂隙越长,岩体的变形模量越小,泊松比越大;微裂隙倾角与荷载方向的夹角越小,岩体的各向异性越明显,但是,随着夹角的增大,岩体不同方向上的变形模量逐渐减小,泊松比逐渐增大,岩体的各向异性逐渐减弱,当微裂隙与荷载方向的夹角为45°时,岩体则表现为各向同性。     

锦潭水电站拱坝坝肩软弱夹层勘察及地质特性分析

拱坝坝肩对两岸岩体质量要求高,为了查明锦潭水电站工程拱坝坝肩的不利地质条件,特别是软弱夹层对拱坝稳定性的影响,通过综合勘察手段,查明软弱夹层的产状、填充物、密集程度及可能组合和分布特性等。根据软弱夹层勘察成果和地质特性的分析,为设计提出准确的力学参数和加固处理措施。工程建成以来的安全运行验证了该分析方法是有效合理的。     

节理倾角对砂岩强度及物理特征的影响

节理岩体广泛存在于实际工程中,深入研究节理倾角对岩体强度和物理特征的影响,对节理岩体工程稳定性研究具有重要的意义。通过完整及含不同节理倾角岩样在不同围压下的三轴加载破坏试验及声波测试试验,探讨了节理倾角对砂岩强度及物理特性的影响规律。试验结果表明①随着节理倾角的变化,岩样纵波波速衰减率有所不同,节理倾角为60°时岩样波速衰减率最大。②节理岩样的弹性模量随倾角大小的变化规律是E_完整>E _90°>E _30°> E _60°。③在同一节理倾角下,岩样峰值强度随着围压的增加而增大;在同一围压下,岩样峰值强度随着节理倾角的变化表现出明显的各向异性。④节理岩样的黏聚力随着节理倾角的变化呈现出U型的变化趋势,且在节理倾角为60°时黏聚力最小;同时内摩擦角随着节理倾角的增大而逐渐增大。由上述成果可知,节理倾角对砂岩强度和物理特性影响较大,节理倾角为60°时,影响程度最大。     

干湿循环和化学腐蚀共同作用下单裂隙非贯通试样力学特征的试验研究

以水库库岸边坡消落带节理岩体的实际赋存环境为背景,采用在类岩石材料中预制裂隙的方法来模拟节理岩体,通过干湿循环试验的方法,研究了裂隙试样在酸性Na_2SO_4溶液、中性Na_2SO_4溶液和碱性NaOH溶液中浸泡并经历干湿循环作用后的力学特性和破坏特征,分析了浸泡在不同化学溶液中的裂隙试样在经历不同干湿循环作用后其力学特征的变化规律。研究结果表明:自然及不同化学溶液下裂隙试样的峰值强度和弹性模量随着裂隙倾角的增加均呈现出先减小后增大的变化规律。不同化学溶液和干湿循环共同作用下裂隙试样的劣化程度逐渐加剧,其峰值强度和弹性模量随干湿循环次数的劣化规律基本一致,但不同裂隙倾角下其劣化程度却存在一定的差异,其中裂隙倾角为45°时,试样的劣化程度最大,90°和30°时居中,而60°和0°时最小。酸性化学溶液加剧了裂隙试样的干湿损伤劣化程度,而碱性化学溶液对裂隙试样却存在一定的抑制作用。完整试样和裂隙倾角为90°试样的破坏特征基本相似,为张拉破坏模式;0°时裂隙试样呈现为"H"型的张拉破坏模式;在30°和45°时其呈现出张剪混合破坏;60°时为剪切破坏。     

岩样单裂隙几何参数对其破坏模式与强度的影响

在含单裂隙岩体的试验中,对裂纹类型和试样破坏模式的研究可以帮助预测裂纹的萌生、扩展等现象,然而在工程结构设计中,应该更加关注岩体的承载力,即破坏强度。为了研究裂隙与岩体强度的关系,采用FLAC^3D建立相应试样的数值计算模型,同时改变其中单裂隙的倾角、长度等参数,通过对多组试样的加载试验,研究了单裂隙的几何参数(裂隙倾角、长度和张开度)对岩样破坏强度的影响。结果表明:随着裂隙长度的增大,试样峰值应力不断降低;随着裂隙倾角的增大,试样峰值应力整体呈增大趋势,但是当倾角<60°时,增长较缓慢,当倾角>60°时,峰值应力迅速增大;在试验范围内,随着裂隙张开度的增大,试样峰值应力基本保持不变。研究成果可为预测含单裂隙岩体的裂纹扩展和强度提供参考依据。     

川藏铁路工程破碎岩体力学参数取值研究

为研究破碎岩体的力学特性,获取准确的工程力学参数,利用川藏铁路某场址区的勘探平硐,基于工程岩体质量分级、现场岩体力学试验和现场模型试验反演分析等方法,对破碎岩体的力学特性及参数取值进行研究。结果表明：对于破碎岩体,基于工程岩体质量级别确定的岩体参数值可能存在一定偏差,在无现场试验数据时,应进行充分论证参考使用;现场岩体力学试验是获取岩体力学参数的主要手段,其参数成果更为准确、更具代表性;基于现场模型试验反演分析获取的岩体力学参数可反映岩体在工程环境下的综合性状特征,可作为现场岩体力学试验参数取值的补充和校验。在川藏铁路工程建设过程中,破碎岩体的力学参数应主要基于现场岩体力学试验,并结合工程地质条件和工程应用环境综合分析确定。     

小浪底4#洞帷幕灌浆监理工作简介

小浪底工程坝址区地层的高倾角断裂和缓倾角软弱夹层面都较发育，故岩体切割剧烈。结合具体的地质条件，经灌浆试验后决定，采用单一水灰比的浆体灌注，其理论是根据文献［１］的方法设计和控制灌浆工程。通过４＃洞帷幕灌浆的实践证明，该方法在技术上是可行的。经济合理，质量可靠。该工程坝址区地层由二叠、三叠系厚层、中厚层砂岩夹薄层粘土岩组成，位于平缓背斜的一侧，高倾角断裂发育，将岩体切割成条块，岩层主要产状为Ｎ、ＮＷ，倾向Ｅ，倾角７°～１５°，倾向下游。岩体结构面由缓倾角软弱夹层面和高倾角裂隙构成。４＃洞帷幕灌浆…     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

库岸边坡水-岩作用对节理砂岩力学特性影响研究

三峡库区蓄水之后,库水位在145 m和175 m之间呈周期性的升降变化趋势,考虑消落带岩体的实际赋存环境,设计进行了考虑水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验,分析了水-岩作用的劣化效应。研究结果表明:(1)节理砂岩抗压强度、变形模量随节理倾角的变化呈先减小再增大的U形变化规律,在周期性水-岩作用下,节理砂岩的抗压强度和变形模量劣化效应明显,其中前5次水-岩作用导致的劣化效应尤为显著;(2)水-岩作用使得节理砂岩的各向异性力学特性逐渐减弱,其中,抗压强度的各向异性度从1.56降低到1.41,变形模量的各向异性度从1.53降低到1.33;(3)水-岩作用不仅使得岩体整体力学性质劣化,也逐渐改变节理岩体的破坏模式,导致不同倾角节理砂岩力学特性劣化趋势存在明显差异,其中,在节理倾角为0°和90°附近时,水-岩作用导致的劣化幅度相对较大,而节理倾角为60。左右时的劣化幅度相对较小。研究结果可为库岸边坡的长期变形稳定分析提供较好的参考。     

模拟岩体结构面锚固试验

通过模拟岩体结构面的无锚、非预应力锚固和预应力锚固的试验研究，得到锚固及锚杆倾角与结构面的剪切刚度、抗剪强度、抗剪强度参数之间的关系和影响大小，对认识锚固机理有参考价值．     

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。     

层理灰岩抗拉力学参数各向异性及破裂特征分析

山体斜坡在自重荷载或卸荷作用下常表现为侧向受拉,拉裂缝的形成及展布方向与层面产出状态密切相关。为探讨层理倾角对岩体抗拉力学特性与宏-细观破裂特征的影响,以三叠系大冶组中厚层状灰岩为研究对象,对0,15°,30°,45°,60°,75°,90°共7种倾角层理灰岩岩样进行巴西劈裂试验,并结合高精度三维激光扫描技术,获得了岩样拉伸力学参数和破裂面线粗糙度、盒维数随层理倾角的变化规律。研究结果表明：随着层理倾角的增加,灰岩抗拉强度与拉伸模量逐渐降低;张拉裂缝呈现出基体拉裂-拉剪复合-弱面层理张拉的破裂变化趋势;且最终破坏形态可分为直线型、月牙形与弧形;破裂面线粗糙度与盒维数值随层理倾角增加而先增大、后减小、再增大,起伏粗糙度与破裂面张拉作用大小呈正相关、与破裂面剪切作用大小呈负相关关系。研究结果可为进一步完善层状岩体张拉破坏内部演化机制研究提供参考。