卸荷岩体的尺寸效应研究

讨论了岩体尺寸效应研究的现状。根据三峡工程永久船闸高边坡岩体的物理仿真卸荷试验,研究了卸荷岩体的尺寸效应问题,即应力-应变关系、抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、各向异性等物理特性,得到了几点有意义的结论,并推荐了相应的力学参数。     

岩体变形模量随深度的变化关系

针对花岗岩，使用岩石力学参数管理系统ＲＯＭＥＤＡ（ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓＤａｔａ）中的数据，推导了岩体变形模量随深度的变化关系，并把这种关系应用到三峡永久船闸边坡岩体变形模量的预测中。     

岩体力学参数与变形特征的智能识别研究

 博士学位论文摘要　“参数给不准”目前已成为岩石力学研究的“瓶颈”问题。本文应用智能科学研究方法, 将神经网络、遗传算法等应用于岩石工程问题, 对位移反演分析和岩体变形的演化特征识别进行了研究, 主要内容如下:(1) 提出了岩体力学参数反演分析的进化神经网络方法, 它将遗传算法和神经网络有机地结合起来, 既利用了遗传算法的全局寻优特性, 又利用了神经网络的非线性映射能力, 为岩体工程中多参数同时反演分析提供了一种新方法。(2) 提出了岩体的非线性变形演化特征识别的进化神经网络方法, 针对具体实例讨论了进化神经网络方法的控制参数对系统性能的影响和参数的合理取值区间。(3) 提出了岩体力学参数可辨识性的敏感度分析方法, 并对长江三峡水利枢纽工程永久船闸17217 断面的岩体力学参数和初始地应力场参数的可辨识性进行了敏感度分析, 确定了可由进化神经网络方法反演确定的参数, 并对测点的布置进行了讨论。(4) 应用进化神经网络反演方法对长江三峡水利枢纽工程永久船闸边坡17217 断面岩体力学参数和初始地应力场参数进行了反演分析, 并作了基于反演结果的FLAC 正向计算, 讨论了边坡岩体的变形行为, 为边坡稳定性评价提供了依据。(5) 应用非线性变形演化特征识别的进化神经网络方法对长江三峡水利枢纽工程永久船闸17217 断面外观监测点的位移时间序列进行了建模和预报, 给出了岩体的非线性变形演化特征识别的最佳网络模型, 并作了基于网络模型的外推预测。(6) 通过应用遗传算法对边坡破坏模型中待定参数的搜索, 讨论了岩石力学经验建模的唯一性问题, 提出了如何避免出现不唯一性的方法。     

三峡船闸边坡卸荷扰动区范围及岩体力学性质弱化程度研究

采用岩体声波测试和现场岩体变形试验等于段，研究了三峡船闸边坡卸荷扰动区范围以及岩体力学性质弱化程度和岩体力学参数取值。研究成果表明，强、弱卸荷区岩休性状弱化程度分别为60％和30％左右。     

深挖岩质边坡开挖扰动区与工程岩体力学性状研究

为探索边坡开挖扰动区的研究方法和相关的若干理论问题。以三峡船闸高边坡为工程背景。采用多种手段与方法。对高边坡开挖扰动区和工程岩体的力学特性进行了系统研究与分析。主要研究工作与特点表现在以下几个方面：(1)以三峡花岗岩的应力．应变全过程曲线试验和弹塑性分析理论为基础。通过边坡开挖的弹．脆．塑性数值仿真分析。深入研究拉应力区和塑性区分布范围和影响因素。形成开挖扰动区的弹脆塑性预估评价方法；采用多种试验手段对开挖扰动区进行大规模的综合测试。并结合监测结果。建立了开挖扰动区分区模型和划分原则。评价了开挖扰动区内岩体力学性状的弱化程度。由此形成了开挖扰动区的试验与监测研究方法。(2)以考虑卸荷效应的显式有限差分法、正交设计、神经元和遗传算法为手段。建立了系统综合的反演分析方法。对开挖扰动区岩体的力学特性进行了二维弹塑性反演分析；利用所获得的地质与试验资料进行了开挖扰动区工程岩体的分级。从工程分级的角度评价了开挖扰动区工程岩体的力学特性。根据试验、反演、岩体分级等方法的研究成果对工程岩体的力学特性进行综合评估。分析了开挖扰动区工程岩体力学性状弱化的主要原因。研究了轻微扰动区岩体力学参数的尺寸效应。(3)针对三峡永久船闸中隔墩岩体开裂现象。建立了典型的裂隙概化模式。采用裂隙界面单元法进行了裂隙张开变形分析。结合地质调查对塑性区的工程意义进行了研究。表明它反映了开挖完成后的开挖损伤与卸荷影响区。在该区内。原生裂隙将张开。甚至扩展。是工程设计中应当注意的区域。(4)在开挖扰动区监测与试验研究成果的基础上。建立了考虑开挖扰动区的三峡船闸高边坡三维数值模型。分析了边坡开挖过程中和开挖完成后岩体的变形、应力变化过程。对边坡的整体稳定性进行了评价。在现场张拉试验的基础上。采用三维显式有限差分法研究了预应力锚索的加固机理。提出了岩石锚固墙理论；并根据这一理论。应用二维显式有限差分法探讨了预应力锚索(杆)对三峡船闸高边坡开挖扰动区的加固效果。通过以上研究工作。基本形成了边坡开挖扰动区的研究方法。另外。由于此项研究伴随着三峡工程永久船闸的设计与施工而逐步开展的。因而研究成果在工程设计与施工中发挥了重要作用。回答了船闸边坡设计与施工中迫切需要回答的问题。已作为三峡工程的设计与施工的依据之一。在边坡的动态优化设计与施工中得到采纳与应用。     

三峡永久船闸边坡岩体变形监测结果分析

根据现场变形实测资料,就三峡永久船闸开挖结束1a多来边坡岩体的总体变形特征进行了总结。对开挖与变形发展的关系、卸荷影响范围与变形深度地质结构与变形量大小的关系进行讨论。最后,对边坡岩体的蠕变特征进行了研究。     

三峡永久船闸边坡岩体在复杂应力路径下的变形特性

三峡永久船闸边坡开挖后,岩体应力调整,且其变化路径复杂。为研究三峡永久船闸边坡岩体在此状态下的变形特性,在边坡勘探平洞进行复杂应力路径下的原位岩体真三轴试验,试验荷载模拟边坡初始地应力场及其在边坡开挖过程中的变化情况,按3种路径施加:σ1卸载时,σ2和σ3保持不变;σ1加载时,σ2保持不变,而σ3同步卸载;σ1卸载时,σ2保持不变,而σ3同步加载。根据试验结果,建立此3种应力路径下岩体切线弹性模量Et与主应力差间的经验关系式,分析边坡岩体的变形特性。研究结果表明:在一个主应力减小(卸荷)、另一主应力增加(加载)的应力路径下,岩体变形具有非线性和各向异性;在卸荷方向,切线弹性模量随有效主应力差(负值)的减小而加速减小;在加载方向,切线弹性模量基本保持稳定。     

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。     

三峡永久船闸预应力锚索加固对周边岩体力学性状影响的研究

结合在三峡永久船闸边坡的锚索施工，进行了锚索加固对周边岩体力学性状的影响的研究。重点介绍了锚索张拉前后岩体的波速,变形以及弹性模量的变化，揭示了预应力锚固改善周边岩体力学性状的影响，该成果对分析预应力锚索加固作用机理和改进预应力锚固工程设计有重要作用。     

三峡船闸边坡岩体拉剪试验及强度准则研究

三峡永久船闸边坡开挖后,卸荷和应力重分布使得岩体出现较大范围的拉应力区,且该区岩体多呈拉剪应力状态。为研究受拉区岩体拉剪强度准则,进行了室内岩石拉剪试验,但采用现场试验进行岩体拉剪强度准则研究则较为少见。通过在船闸区开展拉剪面尺寸为50 cm×50 cm的现场岩体拉剪试验,获得了不同拉应力时的岩体拉剪强度,岩体拉剪强度与拉应力关系呈明显的曲线特征。岩体拉剪强度准则研究结果表明:三峡花岗岩岩体拉剪强度准则宜采用莫尔强度准则的二次抛物线型来描述,其次为双曲线型,而双直线型偏差较大。进行边坡变形稳定分析时,对于拉剪应力区岩体则不宜采用直线型强度准则,更不能简单地采用压剪试验取得的直线型关系向拉应力区延伸方法确定岩体拉剪强度。     

三峡工程永久船闸高边坡岩体变形特征与机理分析

三峡工程船闸高边坡变形监测资料表明,岩体变形主要受开挖卸荷影响,边坡岩体卸荷松邓特征明显,具有分带性。微风化新鲜岩体变形主要是沿结构面张开实现的,从而引起岩面找平混凝土或喷护混凝土开裂。岩体变形大小与变化过程还与地质条件、施工爆破、锚固等因素有关。     

三峡工程永久船闸陡高边坡各向异性卸荷岩体力学研究

岩体工程具有加载和卸荷两类不同性质的力学状态,在此力学状态各异的情况下,节理岩体的力学特性有本质的区别。岩体高边坡工程的力学状态主要为卸荷。在三峡工程永久船闸高边坡的研究中,作者提出了“各向异性卸荷岩体力学的新概念”,得出了与目前常规岩体力学研究不同的结论。该研究成果已被多项边坡工程和地下工程实例所验证。以前应用该理论对三峡永久船闸陡高边坡的研究成果,也日益为监测资料所验证。     

利用滑动变形计监测岩石边坡松动区

介绍了使用CSD－60型滑动变形在三峡工程永久船闸北坡进行的现场监测试验及其有关成果。成果分析表明：（1）边坡岩体的变形具有明显的分区性,主要变形区被定义为边坡岩体松动区;（2）松动区岩体的变形主要由结构面的“张开位移”构成,“张开位移”平均占测孔的累积变形的66．7％;（3）岩体的变形量与开挖强度关系密切;（4）监测区段边坡是稳定的。     

三峡工程永久船闸边坡位移反分析回顾

总结了1994～2000年间，作者在三峡工程永久船闸高边坡的第一期和第二期位移反分析方面的主要研究成果，包括理论与工程应用、边坡岩体变形机制及其数值模拟方法等。认为位移反分析理论研究很重要，但足由十岩体变形的非连续性，工程应用上应该加强岩体的宏观变形行为及其数值模拟方法的研究。就三峡工程的块状结构边坡而言，岩体的变形主要由松动区的变形构成，在变形分析中将松动区等效为一种弱化的线弹性材料，模拟其宏观变形行为是合适的。     

某边坡锚杆应力状态测试与分析

根据三峡临时船闸及升船机高边坡系统锚杆应力状态的监测成果 ,结合测点地质条件 ,详细分析了锚杆应力的边坡开挖效应、温度效应和时效变形效应。论证了锚杆对岩体时效变形的控制作用和岩体反复变形对锚杆作用效果的弱化作用     

三峡船闸高边坡岩体时效特性及长期稳定性分析

介绍了三峡工程船闸区岩体及结构面现场蠕变试验成果，考虑施工开挖卸荷对边坡岩体的扰动影响，以及边坡内渗透水压力的作用，进行了施工期和运行期边坡流变稳定性的数值分析，分析结果得到了现场监测的验证。     

Deformation of the central pier of the permanent shiplock, Three Gorges Project, China: an analysis case study

The central pier (CP) is one of the key structures of the permanent shiplock in the Three Gorges Project on the Yangtze River, China. This paper deals with the study of the rock mass deformation of the CP of the second shiplock under various operation conditions. Numerical simulations using the 2-D distinct-element method and 3-D finite-element method are applied to analyze the rock mass deformation. Also, time-series analysis and gray system theory are used to predict the trends of rock displacements based on in situ measured data. The results can be summarized as follows: (1) the main deformation of the rock mass in the CP occurs after excavation completion, while the shiplock is in operation, the dominant displacements mainly occurring on both sides of the northern chamber, developing generally towards the chamber; (2) the horizontal displacement varies with the process of excavation, and is in a steady state after excavation, and during operation of the shiplock the displacement is slightly decreased; (3) the horizontal displacement parallel to the axial line of the shiplock occurs downstream; and (4) the vertical displacement occurs during excavation, and then subsidence with various values takes place in different parts of the CP for different operation conditions.     

三峡永久船闸岩石高边坡工程稳定技术

在阐述船闸高边坡工程特点的基础上，论述了该工程实施的技术路线，并重点介绍了工程规模、岩体支护、防渗排水、施工程序与爆破控制和监控技术，最后得出了施工期边坡总体和局部稳定、总体变形基本控制在预计范围内的结论。     

三峡永久船闸高边坡深部岩体变形及地应力变化特征

为了解三峡永久船闸施工期及运行期深部岩体的变形及地应力变化特征,利用已有的8#勘探平洞,预埋多点位移计及地应力监测传感器,实施了近10 a的中隔墩岩体变形全过程及3 a施工期岩体地应力变化监测。根据深部岩体变形监测结果,对船闸施工期间及通航以来中隔墩岩体的变形发展特征进行了分析;其次基于地应力变化监测成果,研究了实测的岩体应力值与数值模拟结果、变形值反演结果之间的关系。     

Using P wave modulus to estimate the mechanical parameters of rock mass

Obtaining reasonable and reliable mechanical parameters of rock mass in engineering is a challenge. These parameters are difficult to obtain from a large sum of field tests due to the restrictions of time and costs. In this paper, linear equations of estimating rock mass mechanical parameters based on the P wave modulus are proposed through dimensional analysis. The field tests data of the Xiangjiaba, Baihetan, and Jinping I dam foundations are discussed to verify the universality and applicability of these linear equations. In addition, a new equation for calculating the disturbance factor D based on the P wave modulus is presented to estimate the mechanical parameters of rock mass in the disturbed zones, and then the field test data of the Three Gorges Project (TGP) shiplock slope are studied to verify the equation. The results show that the linear equations based on the P wave modulus have higher correlation than other function equations based on the P wave velocity. Therefore, the empirical equations using P wave modulus are feasible for estimating the mechanical parameters of rock mass.