对“岩芯饼化的应力分析”一文的讨论

<正> 本刊1984年第5期上发表的“饼化岩芯的应力分析”一文,是有意义的,作者作了许多工作。但笔者认为该文有一定的条件性,不揣冒昧,提出如下几点看法,供参考和讨论。 第一,该文立足于剪切破坏机理,诚如该文作者所指出的,是国内外许多人所作工作的依据。但就该文所讨论的二滩岩石来说,则是不充分的。 这是因为,只考虑剪切破坏,在二滩水电站的地质岩体条件下,并不完全符合实际。作者在文章中也承认,二滩岩体中饼化岩芯形成过程中,除有擦痕存在（剪切破坏）外,还有拉裂坎存在（即拉断破坏）。为什么在计算中完全忽视后者,却认为能与应力解除的结果相近呢?对于这一点,原文完全没有作出任何理论解释。     

再论岩芯饼化的应力分析——对陶振宇先生“讨论文”的答复

<正> 贵刊1986年第2期刊载了陶振宇先生撰写的“对岩芯饼化的应力分析一文的讨论”(以下简称“讨论文”,)对我们1984年第5期发表的“岩芯饼化的应力分析”一文(以下简称“分析”一文)提出了某些意见,现作出答复并进一步讨论如下。 众所周知,岩石是一种非均质的、不连续的介质,而且处在非常复杂的环境中,受地应力场、温度、地下水等因素的影响,这给研究工作带来很大的困难,人们不得不采用简化的方法,突出某些主要因素,忽略一些次要的方面,以建立某些相应的关系。所以,无论是古典的、还是现代的理论和方法,无不受到某些条件的制约,存在着局限性。 我们在探讨岩芯饼化的破坏机理时,在试验的基础上也作了相应的假定,即“饼化”是由剪切破坏形成的,因而使问题得到简化。这个假定也反映了在某些地质背景下,岩芯饼化的机理,具有一定的代表性,深入研究也有助于对岩芯饼化的认识。     

锦屏地下实验室深埋隧洞岩芯饼化特征与地应力关系分析

岩芯饼化是深部高地应力条件下硬岩表现出的一种特殊力学行为,基于深部岩体岩芯饼化的现场数据,明确岩芯饼化特征、规律及其与应力的关系,对丰富深部岩石力学行为认识和发展深部岩体力学理论具有重要意义。根据世界埋深最大(2 400 m)的中国锦屏地下实验室多个不同孔径钻孔的岩芯饼化数据,对岩芯饼化现象进行统计分析,研究了岩芯饼化的发生条件、岩饼厚度的统计特征以及岩芯饼化现象随着钻孔深度的演化规律。研究结果表明岩芯饼化现象易发生于高集中应力区域的较完整岩体中,岩芯饼化的数量一般随着钻孔直径的增大而减小,饼化岩芯的厚度随着岩芯直径增大而增大,不同直径钻孔中的岩饼厚度与岩饼直径的比值分布在0.2～0.25之间,饼化岩芯的厚度与最大主应力值大体满足负指数函数关系。     

高地应力下深部岩芯饼化裂缝发展规律及机制研究

以青海共和盆地干热岩调查井的钻孔岩芯为研究对象,首先分析现场岩芯饼化侧面破坏特征、端面断口宏观和微观特征,然后基于三维离散–连续混合方法,分析不同类型应力状态下钻孔取芯过程中的裂缝扩展行为,从细观角度探究岩芯饼化形成机制。研究结果表明：(1)饼化岩芯侧面特征可分为破碎状、薄饼状、饼化状和厚饼状;端面断口形态可分为马鞍形、平面、杯状凹面和椭圆形,大多粗糙不平,具有凹凸性;(2)岩芯饼化侧重于拉伸破坏机制;(3)高水平主应力是岩芯饼化发生的主要因素,诱发带状分布裂缝并产生杯状凹面断口;垂向应力抑制裂缝带状分布,水平应力较小时,足够大的垂向应力可使岩芯产生平面断口;(4)在应力重分布作用下,岩芯根部产生大量裂缝,岩芯上部的已有裂缝也会继续发展,加剧岩芯饼化程度;(5)水平主应力差异性既影响裂缝的分布状态,也影响裂缝走向,裂缝走向倾向于沿最大水平主应力方向,且聚集分布在岩芯边缘附近区域;(6)裂缝走向分布受应力水平的影响,沿最大水平主应力走向裂缝比例随最小水平主应力的减小或垂向应力的增大而增加,较大的最大水平主应力会削弱裂缝走向对应力方向的指示作用。     

岩芯成饼单元安全度三维数值试验及地应力反馈分析

岩芯饼化是深部及高应力地质环境特有的现象,通过岩芯饼化来推测地应力有重要的理论和工程意义。首先模拟不同应力对岩芯饼化厚度的影响,并综合三维弹性数值模拟和带拉伸的莫尔-库仑强度准则,提出岩芯饼化"潜在破坏面"单元安全度的计算方法,研究不同地应力对岩芯潜在破坏面的影响。模拟结果表明,在水平应力一定的条件下,随着竖向地应力的变化,竖直岩芯潜在破坏面单元安全度、剪切破坏和拉伸破坏模式都发生变化。单元安全度方法能够直观显示岩芯潜在破坏面安全度的分布,并量化地反映地应力与岩芯破坏模式之间的对应关系。采用单元安全度方法,对美国Williston盆地Bakken页岩储层的前期勘测地应力和观测岩芯分析,取得相一致的计算结果,说明利用该方法分析与识别地应力是可行的。     

卸荷取芯岩柱间隔断裂机制分析与岩芯饼化机制

岩柱的间隔断裂(或岩芯饼化)是由拉应力导致的岩石破坏现象。通过将该类现象统一归结为岩石的自持续断裂,从理论上分析该类现象的发生机制;建立量纲一的饼化厚度d/D与量纲一的初始应力s0/st之间的关系式,且对表达式中各参数的物理意义进行了理论上的解释;并结合已有研究中的实测数据对所求表达式的适用性进行了初步检验。结果表明,当圆柱形花岗岩试样的初始应力为花岗岩抗拉强度的6.85倍及以上时,以一定的速率对岩柱轴向进行卸荷,将导致岩柱内产生与卸荷方向相反的断裂波和与卸荷方向垂直的断裂面;断裂波的波长与饼化厚度直接相关,初始应力越高、卸荷速率越快,断裂波的波长越短、饼化厚度也越小;断裂波随传播而衰减,由于沿岩柱轴向短距离内断裂波的波长变化并不明显,从而造成了饼化厚度在一定范围内依然看似相等的现象。从理论上讲,只要知道了岩柱的初始应力和残余应力,便可直接算出产生饼化现象的量纲一的应力阈值,而如何测量残余应力则有待进一步的研究。     

抗滑短桩的应力监测与分析

介绍了滑坡治理工程中采用的抗滑短桩桩前土体水平抗力、桩后土体水平作用力的现场监测实例,对监测结果进行了分析,得出了本工程中水平抗力和水平作用力在短桩施工完工后约50d才完全发挥并趋于稳定的认识,也得出了它们沿短桩桩身的分布规律的认识.     

光弹性应力计在大厂铜坑锡矿细脉带570中段的应用

通过对埋设于５７０中段光弹性应力计的观测,分析了该中段矿柱破坏的情况及原因。采用光弹性应力计进行观测及分析,对该中段下一步的回采工作具有指导意义。     

小浪底工程中原状泥化夹层的动三轴试验

对黄河小浪底工程左岸山体含泥化夹层的岩芯试样进行了动三轴试验研究。结果表明：当总剪应力比α较小时，试样变形随振次增加而趋向稳定，而当α大于０．４时，变形随振次增加呈破坏性发展趋势；试样的动强度随振次增加而减小，在振次达到千次后趋向稳定。根据试验成果，并结合山体的实际条件，提出了泥化夹层的动力总强度指标     

钢结构抗火性能化设计的相关分析

性能化防火设计是综合运用消防安全工程学方法与原理,并从建筑物具体情况出发,对其进行评估,从而得出的最优化防火设计方案。近年来,钢结构抗火性能化设计在国内外各类新型建筑物中得到了越来越多的应用,并成为了当前消防技术领域最前沿和最具影响力的高新技术。本文从钢结构抗火性能化设计的意义出发,并着重就其设计相关内容进行了分析与探讨。     

用3D-Sigma分析岩盐溶腔围岩地应力场

本文应用 3D Sigma有限元软件分析了长山盐矿岩盐溶腔的地应力场 ,得到了岩盐溶腔应力的分布特征及变化规律 ,为岩盐溶腔的稳定性控制奠定了基础     

隧道围岩-喷射混凝土界面应力解析

根据喷射混凝土支护隧道围岩的界面力学特点,考虑喷层与围岩结合界面受力和变形协调关系,并结合围岩承载拱效应,建立了围岩喷层结构的复合曲梁共同承载模型,然后通过各微单元静力平衡推导复合曲梁的径向位移的控制微分方程,得到任意分布荷载作用下喷层与围岩界面应力以及喷层与围岩各自内力的解析式,可迅速获取喷层与围岩结合界面的力学状况,进而判断围岩稳定性与预测安全性,为隧道施工决策提供技术支撑。最后经隧道台阶法开挖的算例研究表明,喷层支护通过其与围岩的结合界面上传递应力使围岩内部形成压应力带,有利于围岩的稳定。     

基于统一强度理论的井简围岩应力分析

在考虑井筒周围岩石的渗流作用和孔隙水压力的基础上,对有效应力进行了修正;基于统一强度理论,充分考虑中间主应力,对井筒周围岩石进行了弹塑性分析,并给出了井筒周围岩石的应力分布表达式和保持井壁稳定的弹性极限荷载及塑性极限荷载的统一解析式.分析结果表明:通过改变统一解析式中的参数,可将其退化为其他强度理论条件下的解析式,所得的统一解适用于不同强度理论条件下各类岩石材料的弹塑性分析;有效应力修正后的极限分析为井壁稳定分析提供了理论依据,具有一定的理论及实际应用价值.     

基于损伤理论的圆形隧洞围岩应力场分析

基于统一强度理论,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性损伤力学理论,根据不同的地应力情况,对施工工况下的圆形隧洞围岩进行应力和稳定性分析;通过算例分析了内摩擦角和粘聚力对围岩应力场和位移场的影响。研究结果表明:内摩擦角对围岩损伤半径、应力、位移有着比较显著的影响;粘聚力对围岩损伤半径、应力、位移的影响不太显著;所得结论具有广泛的适用性。     

交叉隧道围岩收敛和应力分布规律研究

交叉隧道数值模拟的研究很多,由于Y型隧道的设计施工复杂,目前还没有人进行数值研究。以南梁隧道中两条单线隧道合并为一条双线隧道的Y型交叉为背景,首先根据非线性Hoek-Brown准则得到岩体参数,然后用FLAC-3D根据该交叉段的施工方法进行三维数值计算,在不同的位置布置不同的观测面,探讨了单线隧道合并为双线隧道过程中各个观测面的变形破坏规律。综合多个观测面分析隧道开挖引起的位移、应力变化发现:随着单线隧道距离缩小,相互影响加剧,围岩压应力拉应力加大,位移变大,并且增加幅度渐渐变大,变化幅度最大为44.8%,合并为双线大概15 m后位移和应力都趋于稳定。     

岩体应力测试的资料整理及其精度分析

目前,国内在钻孔中用应力解除的方法测量岩体应力。常采用三类测试元件,即钻孔三向应变计、钻孔孔径变形计和钻孔孔底应变计。本文把它们的测试资料整理方法归纳成一个形式,以便可靠和方便地应用数理统计方法,通过电子计算机来确定岩体应力场;同时,分析比较了这三类方法的测量精度,初步探索了精度变化规律。     

非圆形断面围岩应力的工程计算及分析

经典弹塑性力学算法中,对围岩的应力计算往往采用圆形断面进行简化,而在实际工程运用中,为了便于工程的使用,断面的形状大部分采用的是非圆形,非圆形断面如曲墙、矩形、直墙单心拱、直墙多心拱等得到了广泛的运用。因此,非圆形断面的应力计算方法就显得尤为重要。为了弄清工程上非圆形断面应力计算等代方法的准确性,文章介绍了通过“几何等代法”、“位移等代法” 与“当量半径法”进行非圆形断面工程计算的方法,通过数值模拟进行了验证与比较,并提出了应用这些方法的优缺点与改进方向。最后指出,通过“位移等待法”进行围岩的应力计算在工程上能够有较好的推广前景。     

层状岩体中压力钢管应力应变数值分析及分布规律

本文研究了层状岩体产状与压力钢管在空间中的相对位置对压力钢管管壁应力及变形规律的影响,并进一步分析了岩体的各向异性特征对管壁应力应变性状的影响。文中指出,管壁应力及变形的规律受围岩各向异性特性及产状的影响是很明显的。当钢管轴线与围岩层面法线方向垂直时这种影响最大,工程中进行压力钢管选线时应考虑这一因素;钢管应力分布的不均匀程度不仅与围岩两正交方向的弹模比值有关,还与围岩弹模的绝对值特别是剪切模量的大小有关,所以工程中应重视围岩剪切模量的量测。     

分岔隧道的围岩应力及变形数值分析

利用ABAQUS有限元程序,建立数值模型,模拟了分岔隧道不同洞段的开挖过程,分析了围岩变形与应力分布特点。基于数值分析,提出了针对不同洞段的支护形式。工程实例证明：这种支护形式有效地改善了围岩的应力分布,控制了围岩的变形。     

跨采巷道围岩应力集中系数解析

为了确定上覆工作面采动对底板巷道稳定性的影响程度,首先,以海孜煤矿7煤工作面开采为例,根据其工作面支承压力分布形态,基于弹性力学理论建立了底板应力分布的力学模型,分析了采动支承压力在底板中的传递规律,并将采动支承压力与巷道围岩应力有机结合在一起,得到了上覆工作面开采过程中,底板巷道围岩的最大、最小主应力集中系数的变化规律,开采过程中围岩最大主应力集中系数的极值为1.28;其次,应用数值模拟软件FLCA3D建立了跨采巷道计算模型进行了验证,得出巷道围岩最大主应力集中系数极值为1.22,结果证明理论模型是可靠的。此模型可为底板巷道围岩控制提供基础的理论和技术支持。