加锚节理岩体断裂损伤模型及其应用

基于等效应变能原理，在分析压剪、拉剪应力状态下加锚节理面的受力与变形特点的基础上，运用断裂损伤力学的方法建立了加锚断续节理岩体的本构模型及其损伤演化方程，并将该成果应用到黄河小浪底水利枢纽工程地下厂房洞室群施工稳定性分析中.结果表明，该模型能较好地反映加锚节理岩体力学特性及开挖卸荷过程中围岩渐近破坏的规律。     

岩体力学试验新技术在三峡工程中的应用

结合三峡工程岩体本构模型、拉剪应力状态下岩体强度性质、裂隙岩体开裂机理、边坡岩体卸荷带范围划分以及长期变形稳定分析等复杂岩体力学问题的研究,总结了岩石应力应变关系全过程测试、岩体"拉剪"试验、岩石断裂韧度测试、岩体声波测试及现场岩体蠕变等试验新技术在三峡工程中的应用。     

岩体开挖卸荷后边坡失稳判据研究

岩体开挖是一个不断卸荷、变形损伤、质量劣化的动态力学过程.只有考虑岩体开挖卸荷过程才能较真实地模拟实际边坡因开挖而达到的位移场和应力场状态.如何根据有限元计算结果来判别边坡稳定性,是边坡稳定分析的一个关键性问题.强度折减有限元法的失稳判据主要有3种:①以有限元解的收敛性判定失稳状态;②根据计算域内最大节点位移与折减系数之间关系曲线变化特征判定失稳状态;③通过计算域内塑性区是否贯通判定失稳状态.结合岩体开挖卸荷后力学参数变化和3种失稳判据综合判定了实际边坡的稳定性,对一般边坡工程有一定的指导作用.     

岩体开挖卸荷过程力学特性研究

基于岩体开挖卸荷过程中力学参数变化理论,建立卸荷岩体有限元分析模型,运用ADINA有限元分析软件对岩体进行三维卸荷数值仿真研究.结果表明,岩体在开挖卸荷过程中,岩体的弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数随开挖卸荷量的增大而减小,但不是从初始值一直减小到零,而是随岩体的裂隙、结构面张开扩展到一定程度后,保持一定的量级不再减小.     

岩体尖端裂纹扩展特性研究

岩体在压剪状态下的力学特性研究应用至今已有十余年,发展比较完善。而对于拉剪应力状态下岩体的力学特性,以及在拉剪应力状态下岩体的损伤扩展与演化方面的研究成果较少。为此,对岩体在拉剪应力状态下岩体的损伤扩展与演化进行理论分析研究,在前人提出的裂纹尖端塑性区内方向应变能概念的基础上,基于岩石破坏准则,对复合型裂纹扩展进行了研究,研究成果对解决实际岩体工程问题有一定的参考价值。     

渗流损伤耦合模型在三峡工程中的初步应用

利用流体扩散能量叠加原理，建立了裂隙岩体人质的渗透张量数学表达式，综合运用新裂力学和损伤理论，探讨了复杂状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则，建立了裂隙岩性在压剪，拉剪应力状态下损伤经方程，给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程，在此基础上，编制了平面有限元计算程序以对三峡就久船闸高边坡稳定性进行分析。     

考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖特性研究

通过建立柱状节理岩体径向应力比与力学劣化系数的数学关系,获取柱状节理岩体卸荷损伤效应的定量表达式。结合FLAC~(3D)提出一种考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖分析方法,实现岩体单元的力学参数在开挖过程中随实际应力状态得到动态调整。在此基础上开展柱状节理岩体试验洞的开挖特性分析。结果表明,考虑卸荷损伤的计算数据与实测数据基本吻合,试验洞围岩的位移、体积应变增量和塑性区均随开挖断面的逐步增加而增大,且呈边墙最大,底板次之,拱顶最小的分布规律。最后采用体积应变增量大于0.10%和塑性区作为岩体松弛的综合判别指标,其分析结果与钻孔声波测试数据相一致。     

某库岸开挖边坡卸荷岩体分析评价方法研究

深切峡谷中电站库区岩质边坡开挖过程中形成的卸荷岩体,是影响边坡开挖支护设计与防范库岸产生渗透潜蚀作用及实现坡体长期变形预测所需关注的重点对象。以某电站库区岩质开挖边坡为对象,结合工程地质剖面及应力卸荷量,构建了考虑分级开挖过程和开挖面附近岩体卸荷松弛效应的数值计算模型;以室内分级卸荷试验为基础,界定了不同卸荷量级下变形参数的取值范围;综合对比岸坡初始场应力应变试算结果,遴选确定了考虑开挖卸荷效应的岩体力学参数;结合本构模型的优缺点,对比了Mohr-Coulomb与Drucker-Prager准则分析开挖卸荷岩体的适用性。结果表明：对象边坡初始场特征是遴选岩体计算参数的基础,卸荷分带的预估可为边坡开挖支护范围及变形预测提供参考,区分边坡拉剪与压剪等应力状态是本构模型优选的前提。     

小湾水电站坝基岩体全过程变形监测成果分析

小湾水电站拱坝坝基岩体地应力高,节理裂隙发育,通过对坝肩开挖前的坝基超前变形、开挖后的卸荷回弹变形和大坝混凝土浇筑后的压缩变形的全过程监测,分析卸荷裂隙分布和张开位移量,定量分析了坝基卸荷岩体变形发展规律,为评价坝基岩体质量和调整坝基岩体力学设计参数以及坝基开挖设计和施工提供了科学依据,对类似工程有参考价值.     

单裂隙卸荷岩体力学特性分析

现存的工程岩体,大多处于卸荷力学状态。岩体伴随地质构造运动产生了特征不同的结构面。结构面是岩体结构中力学强度最薄弱的部位,导致了岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。通过试验,探讨了贯通裂隙影响岩体稳定的相对不利倾角以及单贯通裂隙岩体卸荷过程的力学特征,得出裂隙位置的变化促成岩体变形的递变;特殊位置的裂隙促使岩体的各向导性更加明显的结论,为相关工程问题提供理论参考。     

开挖卸荷理论在隧道工程中的应用

介绍了卸荷岩体稳定分析的基本方法,描述了卸荷岩体的自然力学状况,指出岩体在开挖过程中的受力过程是应力的卸荷过程.结合某隧道工程岩体开挖卸荷实际,应用开挖卸荷岩体理论与方法对其初始工况、开挖工况及卸荷工况进行分析.表明考虑开挖卸荷后,岩体的应力场与位移场均发生了变化.     

岩质隧道开挖稳定性脆弹塑性损伤分析

岩质隧道的施工过程是典型的卸载力学过程.由于岩体在加载和卸载条件下应力路径的不同,仅采用加载条件下所建立的力学模型来研究隧道的开挖稳定性问题是不适合的.笔者从隧道围岩的力学性能及破坏机理出发,引入损伤力学理论,建立三维非线性脆弹塑性损伤有限元模型,研究在加、卸载条件作用下隧道施工全过程的围岩稳定性,为实际工程提供理论指导作用.     

基于开挖卸荷劣化的边坡岩体质量评价体系研究

采用3类常规评价体系对卸荷岩体质量进行分析评价,并求解原态和卸荷态岩体力学参数,分析常规评价体系在评价卸荷岩体质量中存在的不足。有针对性地提出了适用于卸荷岩体的质量评价体系USMR法。该法不仅考虑了岩块条件、结构面条件和间距、地下水等RMR法包含的岩体基本性质,还考虑了坡面倾角与结构面倾角、坡面倾向与结构面倾向的关系,另外对开挖方法、卸荷损伤、边坡形态等使岩体质量劣化的因子进行了分析评价。基于USMR法所得的cm值小于常规方法,符合实际情况。所得结论对高边坡开挖工程中岩体稳定分析有一定指导意义。      

不同卸荷速率下岩石强度变形特性

岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律。研究得出主要结论如下:（1）不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。（2）当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线下降,泊松比随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线上升;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对较缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。（3）3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。     

岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制

基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据,确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上,对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究,结果表明:即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程,此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大,当岩爆发生时达到最大值;TBM开挖过程可近似为准静态卸荷,受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小,围岩承载力也较强;而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷,爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大,同时其围岩储能能力相对较差。     

岩石卸荷力学特性及本构模型研究进展

近年来,国内外一些学者基于围压卸荷试验,对岩石的卸荷力学特性和本构模型进行了大量的研究,取得了丰硕的成果。卸荷条件下岩石的强度特征、变形规律和破坏模式与加载状态相比有着显著的区别,通过围压卸荷试验可以发现,卸荷条件下岩石张性裂缝发育,扩容显著,通常呈张剪性破坏,且卸荷速率、围压和应力路径等因素均对其变形破裂机制有着较大的影响。卸荷条件下岩石的本构模型通常分为唯象学本构模型和细观力学本构模型,唯象学模型忽视了岩石卸荷渐进破坏的演化机制,细观力学本构模型则未考虑微裂纹群及数学简化引起的误差等,这些问题使得未来的卸荷岩石力学研究工作充满了机遇与挑战。     

不同应力路径下砂岩分段变速连续卸荷变形特性研究

为研究高陡边坡岩体开挖卸荷过程中的变形问题,结合实际高陡边坡岩体开挖应力变化特征,分别开展了室内三轴加载试验及卸围压卸轴压、卸围压恒轴压、卸围压增轴压3种应力路径下的分段变速卸荷试验.结果 表明,在每种应力路径下,岩样分段变速卸荷的变形模量都随初始围压的升高而增大,变形模量随卸荷当量的增加而减小.卸荷当量为0 ～ 60...     

高地应力区洞室围岩开裂问题研究进展

综述了近年来国内外高地应力下地下洞室围岩开裂问题的研究进展,重点分析了围岩开裂机理、应力和应变开裂判据,总结了围岩开裂影响因素及工程实际中常用的微震监测、声发射监测等监测与监控手段和常用的数值模拟软件,并指出了当前研究中存在的主要不足之处,包括爆破开挖、邻洞开挖和中间主应力对围岩开裂的影响等,认为爆炸荷载与地应力动态卸荷耦合分析、连续与非连续耦合数值模拟及地下洞室动态设计等将是今后的研究重点和突破方向。     

裂隙岩体的渗流场与损伤场耦合分析模型及其工程应用

利用流体扩散能量叠加原理，建立了裂隙岩体介质的渗透张量数学表达式。综合运用断裂力学和损伤理论，探讨了复杂应力状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则，建立了裂隙岩体在压剪，拉剪应力状态下损伤演化方程，给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程。在此基础上，用已编成的有限元计算程序对三峡永久船闸高边坡稳定性进行了分析。