饱水状态下隧道围岩蠕变力学性质的试验研究

含水状态是影响岩石蠕变力学性质的一个重要因素，隧道开挖后因渗流路径的增加将改变围岩的含水状态，且使围岩力学性质遇水弱化，以浙江省上三线高速公路任胡岭隧道工程勘探岩样为研究对象，通过干燥和饱水两种状态下岩石蠕变试验结果的对比，探讨了岩石蠕变受含水状态影响的规律性，并根据广义Kelvin模型求得了两种状态下岩石蠕变的模型参数，分析了模型参数变化的规律性。     

分级加载条件下岩石流变特性的试验研究

以红砂岩为例,采用重力加载式流变仪,在分级加载条件下对岩石的蠕变特性进行了单轴压缩蠕变试验研究,重点观察和分析了蠕变条件下岩石的弹性模量和泊松比的变形效应,同时对其他时效变形特点进行了分析。试验结果表明,侧向稳定蠕变阶段的应力门槛值低于轴向稳定蠕变的应力门槛值;侧向蠕变有明显的加速蠕变阶段,且比轴向加速蠕变阶段出现得早,而轴向蠕变的第三阶段则不太明显,一经出现试样随即破坏。在单体分级加载条件下,受蠕变的影响,随应力水平和变形量的增加,岩石的瞬时弹性模量有明显的增大,泊松比的变化则更为显著。     

低温条件下花岗岩力学特性试验研究

 从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(－10 ℃～－50 ℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,j 值随温度的变化关系。试验结果表明：(1) 无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为－40 ℃;(2) 微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加, 由－10 ℃～－50 ℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(LNG)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。     

隧道围岩力学特性的敏感性分析

在深埋软岩引水隧洞工程中,为掌握隧洞施工期围岩变形特征,开展对隧洞支护时机的研究,需要确定准确的岩石力学参数以反映真实的围岩力学特性。文章依托实际隧道工程,借助有限差分软件FLAC3D建立反映隧洞开挖支护工序以及蠕变过程的三维数值仿真计算模型,采用极差法研究隧洞围岩基本力学参数对围岩变形的影响,并确定待反演参数;基于正交试验设计构建25组待反演参数组合,代入到数值模型中进行计算,得到监测断面各测点位移值。研究结果表明,隧洞围岩参数敏感性大小排序为：弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。在隧洞施工过程中,掌子面附近围岩变形受开挖扰动影响明显,随着时间的延后,位移不断增大但位移速率逐渐减小至一稳定值。     

冻融循环对青藏粉砂土力学性质影响的试验研究

 为研究冻融循环作用对青藏粉砂土力学性质的影响,对不同冻融循环次数、冻结温度、围压下的粉砂进行常规静三轴剪切试验,研究冻融循环后土体的应力–应变关系曲线、静强度、弹性模量、抗剪强度参数的变化规律。试验结果表明：粉砂土的力学性质受冻融循环次数的影响较大,且在经历7～9次冻融循环后达到最小值。冻结温度对粉砂力学性质的影响较弱,且无一定规律。基于显著性分析理论,研究冻融循环次数、冻结温度、围压以及各因素间的交互作用对粉砂力学性质影响的显著性大小。分析结果表明：围压和冻融循环次数对力学性质影响的显著性较强,而冻结温度的影响较弱。同时,围压与冻融循环次数、冻结温度与冻融循环次数之间的交互作用对于粉砂的力学性质的影响均比较显著。     

混凝土力学性能对早期裂缝影响的试验研究

通过对混凝土的抗拉、弹性模量的试验，结合开裂理论的分析，得出混凝土力学性能对早期裂缝的影响，并进一步提出推荐用拉弹比评估混凝土抗裂性能，从而为公路工程和桥梁工程中的施工提出理论指导。     

黄土隧道含水状态改变下围岩力学行为研究——以通定高速锦屏隧道为例

富水黄土隧道在施工开挖期含水率的变化会对施工产生较大的扰动.文章依托定西锦屏隧道,对隧道展开长期的原位监测,获得大量监测数据,结合电镜扫描试验(SEM)获取不同倍数下的微观照片,以及通过直剪试验获取其在不同含水率状态下的力学性能.结果表明:围岩在竖向上的孔隙要小于横向上的孔隙,并且竖向上的土颗粒排列得更为紧密;围岩含水率变化具有明显的季节性,并且与围岩压力和位移具有一定的相关性,当含水率增加时,围岩的抗剪强度会降低,从而会发生位移变化,影响隧道施工的安全.     

基于统计岩体力学的隧道围岩分级方法

国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94)在隧道设计阶段应用广泛,但是由于地质条件的复杂性及岩体各向异性的影响,不能精准预测施工阶段隧道围岩等级。本文基于统计岩体力学提出了针对隧道施工阶段的围岩分级方法,即通过现场岩体结构面统计和岩石力学试验,获取结构面参数和岩石力学参数,应用统计岩体力学强度理论及本构理论,获得具有各向异性特征的岩体弹性模量参数E_m,进而应用经验公式换算得到BQ值,从而确定隧道围岩基本分级。在实例中,小盘岭2号隧道GDK347+360里程处围岩设计分级为Ⅲ级;应用此方法重新分级的结果为Ⅳ级,低于设计分级,这与现场观察和监测的围岩性状吻合,说明本方法在隧道施工阶段能较为客观地反映围岩性质。以上研究结果表明,在含碳泥质板岩隧道围岩施工阶段岩体分级过程中,本方法具有良好地适用性。     

万开高速公路穿越煤系地层的隧道围岩蠕变特性的试验研究

使用XTR01型微机控制电液伺服试验机，采用梯级加载法，对煤岩进行了三轴蠕变试验。利用五参量的西原模型，探讨了与时问有关的煤岩三维蠕变本构方程，全面反映了煤岩真实的三阶段蠕变试验规律。利用最小二乘法对蠕变试验结果进行了分析，获得了有关煤岩的流变力学参数，理论分析结果和试验结果对比表明，两者之间具有较好的吻合性。     

植物纤维圆柱体试件基本力学试验研究

针对传统土坯砌体房屋较弱的抗震性能,通过在土体材料中掺和麦秸秆形成改性土体材料,改善土体材料的基本力学性能。通过试块的抗压及抗拉强度试验对比分析,研究试块的基本力学性能和抗变形能力,提出掺和麦秸秆最佳掺和比例范围。     

滚石运动特征试验研究

选择坡面长度为176.4 m,坡度为39°～60°,局部坡度约为90o的边坡作为试验场地,对质量为9.5⁹2.5 kg,形状为长条状、薄片状和方形等的岩块进行256次滚石试验。在试验的基础上,分析了坡面特征对滚石停留位置的影响,坡面对滚石运动时间（到达坡底动能）和对不同形状滚石的运动特征的影响。同时,利用正交试验理论,采用滚石在坡面上运动的平均加速度作为评价指标,对影响岩块在边坡上运动的3个重要因素--滚石的质量、滚石形状和坡面状况（包括坡度以及与坡度相关的坡表覆盖层）进行了分析。结果表明:在这3个因素中,坡度及坡面状况是主要因子,其次是滚石的形状,再次是滚石质量。当滚石质量15≤m<27 kg,其形状为薄片状,坡度平均为59.6°,基岩基本裸露,滚石运动的平均加速度最大;当滚石质量9.5≤m<15 kg,其形状为长条状,坡度为39°,坡面有碎石浮土时,平均加速度最小。所得成果为危岩体防治时冲击能量的确定提供了依据,提出危岩体整体防治的新的可行方法,对坡面地质灾害的防治有指导意义。     

高应变率下预制单节理岩石SHPB劈裂试验能量耗散分析

应用SHPB试验装置研究预制单节理岩石的能量耗散关系。使用SHPB试验系统,对高径比为0.5的完整花岗岩试样及预制单节理花岗岩试样进行高应变率下的冲击劈裂试验。在相同驱动气压下,改变加载方向与节理间的夹角,完成高应变率相同入射能下的冲击劈裂试验。对SHPB系统中的入射能、反射能、透射能及试样吸收能的时程变化规律进行了分析;从能量角度出发,分析冲击荷载作用下单节理岩石的能量耗散规律及其各向异性特征。结果表明:高应变率下,完整花岗岩试样在冲击劈裂试验中的吸收能随平均应变率增加而增加,表现出显著的应变率相关性;预制单节理岩石与加载方向之间夹角对破坏模式的影响明显,节理试样产生3种破坏模式:(1)穿越节理面的劈裂破坏;(2)沿节理岩石层面的滑移破坏;(3)劈裂与滑移破坏共同作用下的破坏。在入射能基本相同,入射时间较长时节理岩石试样吸收能较入射时间较短时的吸收能大。动态劈裂试验中,节理试样的吸收能随节理角度变化(0°~90°)近似呈U型。研究成果可为节理岩石动态力学性能研究提供参考。     

逆层岩质边坡地震动力破坏离心机试验研究

使用相似材料分别制作了只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理逆层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机理以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：逆层岩体边坡地形放大效应受地震动力输入频率和振幅影响显著;次级节理对逆层边坡动力稳定性影响很大,含有次级节理的逆层岩体边坡动力稳定性明显低于不含次级节理的逆层岩体边坡;两种逆层边坡的破坏模式存在很大的区别,不含次级节理的边坡破坏从坡脚开始依次向后产生岩层的弯折破坏,而含有次级节理的边坡破坏从坡体中后部开始依次向坡脚岩层产生贯通破坏,贯通破坏面倾角明显高于不含次级节理边坡,并且呈明显的台阶状。     

软岩非线性蠕变模型研究

以工程实际中广泛应用的元件组合模型为基础,通过引入损伤变量和硬化变量,建立了一个软岩非线性蠕变模型。分析认为,Maxwell体等价于一个线性损伤的虎克弹性体,Kelvin体相当于一个线性硬化的牛顿黏性体,Burgers体则是一个能同时描述线性损伤、硬化的模型。软岩蠕变过程中,其微观结构会发生变化,并导致软岩形变行为产生相应的改变,引入非线性损伤、硬化变量代替Burgers模型中的线性损伤、硬化变量,可以反映这种改变对软岩蠕变的影响。所建立的非线性蠕变模型可以用一个统一的方程描述软岩蠕变过程三个阶段的变形特征。将该模型与试验曲线进行对比,两者吻合较好。     

构皮滩软岩流变模型原位载荷蠕变试验研究

针对构皮滩水电站破碎页岩进行2点原位刚性承压板载荷蠕变试验,采用1级循环加载方式,试验压力为工程应力水平,试验历时1686,2299 h。试验揭示了该软岩如下蠕变特性:在工程应力下,岩体经历起始阶段减速蠕变和682,910 h较长时间的等速蠕变后,蠕变速率趋于零,总体呈衰减蠕变,并不发生塑性流动;卸荷后,经历瞬时回弹、弹性后效,存在较大的残余变形,残余变形大于总变形的50%。提出一种加载呈弹性、卸载不回弹的单向弹簧元件[HI]描述残余变形,将其与广义Kelvin模型串联组成变异广义Kelvin模型,该模型结构简单,可综合描述软岩加载呈衰减蠕变、卸载存在较大残余变形的蠕变特性。视岩体体积变形为弹性、畸变遵循变异广义Kelvin模型,基于相应性原理推导了岩体表面蠕变方程,以岩体蠕变方程拟合试验蠕变曲线,得到了模型参数。     

Recent advances of digitization in rock mechanics and rock engineering

In recent years,there are growing demands of representing rock mechanics and rock engineering in a digital format that can be easily managed,manipulated,analyzed and shared.The objective of this paper is to give a comprehensive review of the status quo and future trends of digitization in rock mechanics and rock engineering.Research topics essential to the process of digitization are firstly discussed,including data acquisition,data standardization,geological modeling,visualization and digital-numerical int...     

灰色关联分析法在围岩分类中的应用

采用灰色关联分析法,对影响围岩质量的5项指标:岩石质量指标RQD,湿抗压强度Rw,完整性系数Kv,结构面强度系数Kf,地下水渗水量W/L等进行了关联分析,提出了一种进行围岩分类的新方法,具有一定的工程实用价值。     

岩体基本质量围岩分级方法介绍及评析

总结了岩体基本质量分级方法的分析思路,给出了岩体基本质量分级方法的详细分级步骤,并通过分析对该围岩分级方法的科学性及可靠度进行了评价。     

基于钻孔充气试验的岩石渗透率原位测量研究

基于稳态气体渗流理论推导了岩石渗透率原位测量公式,基于巴甫洛夫斯基雷诺数公式给出了工程中达西渗流的粗略判断方法,研制了一套由气源子系统、气体质量流量控制子系统、封孔子系统、气体压力测量子系统组成的岩石渗透率原位测量系统,介绍了各子系统的组件及功能,给出了测量步骤和流程,形成了基于钻孔充气试验测量岩石原位渗透率的完整方法,在某场地花岗岩介质中开展了原位钻孔充气试验,得到了现场钻孔的原位渗透率数据,并对试验中的钻孔压力历程、达西渗流判断、充气流量影响、胶塞膨胀压力影响、测量结果代表范围等关键环节进行了深入分析。试验结果表明该系统稳定性好,测量结果合理且代表范围大,能够应用于岩石渗透率的原位测量中。     

硬岩巴西劈裂法试验误差影响率分析

岩石的抗拉强度是导致岩石黏结性破坏的极限应力,在工程上,将劈裂法试验规定为测定岩石抗拉强度的必做试验。大量的试验结果研究表明:劈裂法不能真实地反映岩石的抗拉强度,实验结果有误差。本文经过硬岩的巴西劈裂法实验,得到了硬岩巴西法试验结果的误差值与厚径比的关系曲线,可以知道误差影响的主要来源是试件的厚度变化误差。由计算结果和回归曲线还可以知道,在厚径比为1.0附近时,误差影响量总和最小。因此,为了控制实验误差,建议以后进行劈裂试验时,试件厚径比L/D严格取1.0。