两河口水电站砂、板岩各向异性的研究

岩体具有不同程度的各向异性。对两河口水电站砂、板岩各向异性研究的结果表明：岩石的各向异性与岩性、岩层厚度、岩石风化及裂隙发育程度等因素密切相关。板岩各向异性明显予砂岩;岩层厚度越小,其各向异性越明显;岩石的风化强度越大、顺层裂隙越发育的岩石各向异性越明显。板岩的弹性模量、湿抗压强度各向异性系数为1．10、0．71,砂岩为1．07、0．86,岩体变形模量各向异性系数为1．2。研究成果可为岩石（岩体）力学参数选取提供参考依据。     

南水北调西线工程岩体变形特性现场试验研究

为准确获取南水北调西线工程坝址区岩体变形指标,采用刚性承压板法,在阿达坝址、仁达坝址和阿安坝址平硐中开展了岩体变形现场试验。结果表明:3个坝址区岩体变形模量、弹性模量受岩性组成影响明显;压力—变形关系曲线类型大部分为近似直线型或下凹型,这与岩体受节理裂隙切割情况、加载方向以及岩体完整度等密切相关;加载方向和应力水平对岩体变形特性产生一定影响,变形模量随应力的增大总体呈逐渐增大趋势,弹性模量与应力水平的关系受加载方向影响,随应力变化的规律不明显;现场岩体变形测试结果与地震波速测试结果、规范建议值的对比分析表明,坝址区岩体总体为Ⅴ类,三者之间具有较好的对应性,现场岩体变形试验参数测试结果是可靠的。     

水岩作用下裂隙岩体变形特性试验研究

为了解水岩作用对完整岩体及损伤裂隙岩体变形特性的影响,在一定应力状态下将岩样预压损伤后,分别在0 MPa、0.4 MPa、0.8 MPa的水压力缸中密封浸泡30 d再进行重复加载破坏试验。试验结果表明:经预压破坏后,未浸水的裂隙岩样在不同围压下再次加载至完全破坏时,极限应变变化幅度较小,低于7%,弹性模量降低12%~23%,变形模量降低3%~5%,极限应变、模量变化与围压之间没有明显关系;压力水浸泡对岩体软化作用明显,经预压破坏含有裂隙的岩体,浸泡后再次加载时,极限应变增加0%~37%,弹性模量降低28%~61%,变形模量降低32%~57%。相同围压下,含预压裂隙岩样在浸泡后的强度相比完整岩样未浸水时有较大幅度的下降。比较不同水压浸泡后裂隙岩样,随着浸泡水压的增大,岩样强度降低程度越大;随着围压的增大,岩样强度随水压增大降低的程度逐渐减小。含预压裂隙岩样若不考虑压力水浸泡作用,第二次加载强度与第一次加载相比亦有所降低,围压越大,降低程度越小,裂纹对岩体强度的影响越小。与"完整"岩体相比,裂隙岩体对水软化作用更加敏感,长期浸泡后岩体力学性质弱化明显,更易产生不稳定问题。     

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。      

裂隙倾角对岩体能量演化规律影响研究

准确预测岩体失稳破坏可为岩体支护设计提供依据。通过单轴循环加卸荷试验探究裂隙倾角在岩体各受荷过程中对能量演化规律的影响,揭示岩体变形破坏过程中能量演化的本质特征。研究表明：加荷初期,弹性能比例为40%~45%,中期为55%左右,临近破坏时为60%~65%,能量比例变化速率和裂隙倾角关系密切。能量密度随荷载增加而增加,裂隙倾角影响能量密度的变化速度;能量密度比例趋势转折越明显,表明岩体越易破坏;耗散能密度增减过程与岩石受荷起裂破坏过程拟合程度较高;裂隙岩体对能量的吸收能力随裂隙倾角的增长先增加后减小。裂隙倾角对能量演化的影响呈非线性,不同受荷阶段的能量关系存在显著特征,此特征能够较好预警岩体失稳破坏。     

裂隙灰岩卸围压破坏力学特性试验研究

为研究裂隙岩体地下隧洞开挖时围岩的卸荷效应,以河口村水库坝肩含天然岩溶裂隙灰岩为研究对象,进行室内岩石三轴加载试验和恒定偏应力条件下的三轴卸围压试验,得到加载和卸围压条件下裂隙灰岩变形特性和卸围压条件下变形参数劣化规律。结果表明,在卸围压过程中,体应变>径向应变>轴向应变;等效弹性模量在卸围压条件下逐渐减小,等效泊松比逐渐增大;等效弹性模量和等效泊松比的变化速率随着卸围压的进行逐渐增大;卸围压破坏以径向变形为主,等效弹性模量明显小于加载时的弹性模量,而等效泊松比却恰恰相反。     

结构面特征及应力边界对岩体渗透系数的影响研究

裂隙岩体介质渗透特性是研究地下水问题的重要参数,不仅取决于结构面产状规律同时与所处地应力环境相关。本文针对裂隙岩体渗透性问题,考虑结构面分布随机性,利用UDEC软件,通过多个数值分析模型,研究了结构面特征和应力边界条件对裂隙岩体等效渗透性的影响。结果表明：裂隙倾角、间距、隙宽和迹长对岩体的渗透特性均有明显影响,裂隙倾角与渗流主方向较为接近时,该方向的岩体渗透系数较高;岩体的渗透系数随裂隙间距的增加呈幂函数降低趋势,随隙宽的增加而增大;各渗透分量均随迹长的增加而增大,但增长速度由快变慢;岩体所赋存环境地应力场对岩体的渗透系数有明显影响,地应力水平的提高会导致有效水力隙宽减小,进而降低岩体的渗透性,渗透系数随地应力的变化基本呈线性关系。     

乌东德水电站地下厂房主要工程地质问题研究

乌东德水电站两岸地下厂房位于坚硬的中厚层陡倾角灰岩及白云岩内,具有“大跨度、高边墙、中厚层、陡倾角、低地应力、小夹角”的工程特点,归纳总结开挖揭露出的工程地质问题有8类：即层面走向与厂房轴线夹角小所引起的高边墙变形稳定问题;块体问题;B类角砾岩因抗压强度与变形模量相对较低存在的围岩变形稳定问题;层面附碳质薄膜区因岩体完整性差而存在的变形稳定问题;顶拱零星分布的较长大缓倾角裂隙所引起的块体问题;零星分布的短小缓倾角裂隙较发育区顶拱局部变形或掉块问题;走向与厂房轴线夹角小且性状较差的断层或长大裂隙所引起的局部边墙变形稳定问题;溶洞问题。对各类工程地质问题的特点进行归纳总结,可为设计采取针对性的处理措施奠定坚实的地质基础。     

高压隧洞裂隙密集区岩体原位变形试验

为了解深圳抽水蓄能电站高压隧洞裂隙密集区岩体变形特性,针对衬砌前隧洞围岩开展了钻孔变形和岩体声波试验工作。与前期勘探平硐内承压板变形试验结果对比,分析了裂隙产状对试验结果的影响,认为陡倾角裂隙对钻孔变形试验结果影响较大、裂隙区的岩体变形模量普遍降低。研究成果对提高岩体现场变形试验的准确性及代表性具有一定的参考价值。     

压-剪复合应力下非球形颗粒材料空心圆柱剪切试验的离散元模拟

采用离散元模拟平台PFC3D构建空心圆柱型数值试样,分析了压-剪复合应力条件下非球形颗粒材料数值试样的宏细观力学响应,重点探讨了颗粒形状和围压对数值试样初始变形模量、抗剪强度、剪切带倾角和组构各向异性演化的影响。结果表明:在保持大主应力方向角α=30°不变的单调剪切条件下,数值试样的初始变形模量能够反映实际砂土的压硬性规律,也即初始变形模量随着围压的增大而增大。数值试样的峰值内摩擦角随着颗粒长短轴比Se的增大而增大,且随着围压的增大而减小。数值试样的剪切带倾角在16°～25°范围内,且随着Se的增大,剪切带倾角越大。无论接触法向初始各向异性分布如何,随着剪切荷载的施加,接触法向各向异性的主方向均逐渐接近大主应力方向,也即试样发现明显的应力诱发各向异性,且在低围压下这一规律更为显著。     

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。     

锦屏一级水电站左岸1601m廊道岩体质量指标研究

岩石质量指标(RQD)是评价岩体质量的一个重要参数,被广泛应用于岩石质量评价,但通过钻孔取芯方式获取RQD存在明显不足,给岩体质量评价带来了一定的误差。以锦屏一级水电站左岸廊道岩体为实例,结合结构面三维网络模拟技术,采用测线法研究了广义RQD_t随测线布置长度与角度的变化情况。在此基础上分析了岩体的尺寸效应和各向异性。研究结果表明:RQD_t存在显著的尺寸效应,随着测线长度增大至10 m,RQD_t收敛于一个稳定的值;随着测线倾向和倾角的变化,RQD_t沿空间不同方向呈现出不同的分布。研究发现锦屏一级水电站左岸1 601 m廊道岩体具有显著的尺寸效应和各向异性,基于广义RQD_t的岩石质量指标能克服传统RQD在这方面的不足。     

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。     

岩层产状对层状岩体地下厂房围岩松弛变形特征影响分析

针对层状岩体地下厂房围岩变形稳定问题,本文基于三维块体离散元软件(3DEC),采用数值模拟,研究岩层产状对层状岩体地下厂房围岩松弛变形特征的影响规律.研究结果表明,当岩层倾角小于30°时,厂房开挖后围岩最大变形发生在顶拱和底板部位,当岩层倾角大于60°时,最大变形发生在边墙部位;在相同条件下,随着岩层倾角的增加,厂房开...     

孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟

采用岩石破裂过程分析系统,研究了围压、孔压对含不同单裂隙分布脆性岩石的破坏影响规律,分析了岩样的裂纹扩展特征。结果表明：断续单裂隙的岩石力学性能显著低于完整岩样,但降低程度与裂隙参数密切相关,随着裂隙长度增加,岩石力学参数均呈降低趋势,而随着裂隙倾角的增加,峰值强度以及峰值应变均呈先减小后增加的趋势,且这种规律不受围压与孔压的影响;围压对岩石峰值强度有强化作用,但同等围压时,孔压对岩石峰值强度有弱化作用;裂隙长度越小或裂隙倾角越大的岩样,其裂纹扩展特征越不明显,且扩展过程受围压与孔压影响显著。研究结论对于认识具有断续节理裂隙岩体的变形破坏机理具有参考价值。     

复杂岩质边坡预应力锚索优化设计

由于预应力锚索可以改善岩体的强度性质、提高岩体的整体性、减小岩体的变形,使岩体达到要求的稳定安全度,因此被广泛应用于复杂岩质边坡治理工程中.预应力锚索设计参数的选取,如锚索吨位、锚索长度、锚固角、锚索间距等直接影响着边坡加固技术的可靠性和经济上的合理性.采用刚体极限平衡法,给出了考虑预应力锚索时的安全系数公式;推导了在...     

云盘头滑坡变形破坏机制研究

缓倾顺层岩质边坡由于其岩层倾角较缓,具有不易察觉其失稳且识别难度大的特点。以一个典型的缓倾顺层岩质边坡(贵州云盘头滑坡)为例,基于工程地质勘察,建立边坡地质模型,并结合底摩擦试验、二维离散元和有限元模拟等方法,探讨云盘头滑坡的变形破坏机制。结果表明:云盘头滑坡的变形破坏过程可分为微裂纹发育阶段、裂纹拓展阶段、滑体变形阶段与完全破坏阶段,并在坡脚存在关键块体;滑坡形成的主要原因是,坡体经过开挖导致软弱夹层出露,坡体内部发育垂直于软弱夹层的拉裂纹并将滑体分割成块体,随着坡脚关键块体向临空面滑移,后部次级块体随之移动并产生多米诺骨牌效应导致坡体发生整体滑移,变形模式属于典型的滑移-拉裂式。研究成果为探究缓倾顺层岩质边坡的失稳破坏有现实意义。     

板裂原岩抗压试验及显微特征分析

选取典型板裂原岩(即已经发生了板裂化的岩石块体),通过平行板裂和垂直板裂2个方向的抗压强度试验,获取抗压强度参数的各向异性特征;同时,采用偏光显微镜对板裂原岩薄片进行镜下鉴定分析,以便认识到岩石力学特性及自身组成、结构构造和岩体板裂化之间的内在必然联系,为岩体板裂化理论提供依据。研究结果表明:板裂原岩本身具有各向异性特征,而且与板裂方向关系紧密,说明在受力大小相同的情况下,与板裂方向一致时的受力比与板裂方向垂直时更加容易引起潜在板裂岩石发生变形破坏,形成板裂。碎裂花岗岩在地质历史时期曾遭受过强烈构造应力,且在平行板裂面的方向上受力明显,形成了平行板裂面方向的微小裂隙,部分被充填为细脉;对于绿泥石绢云母千枚岩和石英白云母片岩,其岩石构造的力学性质具有明显的各向异性,在后期的特定应力作用下也会形成与片理小角度斜交的微小裂隙,说明板裂原岩的结构、构造特征是发生板裂的内在因素。