岩体结构性对嵌岩桩承载变形性状影响的研究

目前,在对嵌岩桩的承载力计算时,一般只考虑岩块强度而未反映岩体成层性及其破损状态等岩体结构性的影响。通过数值计算讨论了岩体的结构性对嵌岩桩承载性状的影响,得到：岩体成层分布时,若桩端以下为硬持力层,则端阻所占总荷载的比例加大,沉降减小,侧阻的发挥受到限制;由于桩周岩体的风化破损程度不同,桩侧阻力沿深度分布不均匀,下部微风化岩石较上段侧阻力要大,但同一风化段内其值相差不大。     

基于岩石长期强度特征的岩质边坡时效变形过程分析

基于对岩体流变特性的认识,从岩石材料内在物理力学性质受环境影响随时间劣化与岩石内部细观损伤积累的角度出发,通过引入岩体细观表征单元体的强度退化模型,开展岩质边坡的时效变形与破坏特征的研究。首先模拟了含顺坡软弱结构面边坡的时效破坏模式,分析了软弱结构面分布和强度劣化特性对边坡长期稳定性的影响；其次对一含有明显的软弱结构面的软硬互层岩质边坡,进行了时效变形破坏的实例分析。由于岩体的流变特性,岩体强度参数随时间的推移而逐渐衰减,致使边坡稳定程度降低。特别是对于含有明显的软弱结构面及软岩层的边坡,软弱结构面及软岩层的长期强度特性不容忽视。对含有明显的软弱结构面的软弱互层边坡蠕滑破坏的控制和治理,应在顾及时间效应的基础上,着重考虑长期强度、渗控和开挖卸荷等主要因素。研究成果可望对类似边坡的安全评价和设计提供一定的参考。     

基于纵波波速的块状岩体GSI系统

 为减少目前GSI系统对现场地质观察的依赖程度,降低其应用难度,且使其能更加准确地反映一定深度范围内的岩体特性,根据现有研究成果与GSI系统输入参数的定性、定量对应关系,建立基于纵波波速的GSI系统,据此获得大岗山坝区岩体的GSI,通过对比分析此结果与经验公式的结果及基于GSI的岩体变形模量的预测值与实测值的分布规律及其相关性,探讨了将岩体完整系数和岩石风化程度系数作为GSI系统输入参数的可行性。结果表明：基于岩体完整系数和岩石风化程度系数的GSI系统基本可行;风化程度输入参数采用风化岩石与未风化岩石的波速比平方较为合理;岩体完整系数和岩石风化程度系数丰富了GSI系统的输入参数。     

非贯通裂隙岩体力学特性的损伤力学分析

本文基于岩石应力-应变全过程曲线及其对应的声发射试验结果,以及岩石在加载条件下损伤的产生与演化的微观试验和三种不同应力条件下非贯通裂隙岩体模型的强度、变形破坏试验的结果,分析了非贯通裂隙岩体损伤的宏观力学响应和岩体损伤机制;探讨了岩体损伤的局部性及其力学效应。由大量模型试验。通过引入“局部损伤修正系数”,建立了非贯通裂隙岩体考虑损伤的强度预测公式,并用此公式预测了一些模型的三轴强度,结果与实测强度吻合较好。     

高径比对板岩单轴抗压强度尺寸效应的试验研究

对不同高径比的板岩试件进行了大量单轴抗压强度试验,获得了3种风化程度的板岩强度随试件高径比增大而非线性减小的关系曲线及二者间的经验关系式。依据板岩标准试件与非标准试件的强度比值,提出了岩石强度尺寸效应系数的概念,绘制了不同风化程度的板岩强度尺寸效应系数随高径比增大而非线性增大的关系曲线,给出了3种不同风化程度板岩强度尺寸效应系数的经验计算式。试验结果分析表明,岩石风化程度不同(强度不同),其强度尺寸效应不同,即岩石强度越大,其尺寸效应越显著。本文经验公式的提出为非标准试件板岩单轴抗压强度的修正提供了新的便利途径,也可为其它各类岩石强度尺寸效应的修正提供参考。     

Hoek-Brown准则中确定地质强度指标因素的量化

 追踪Hoek-Brown准则利用岩块力学参数估算岩体力学参数所采取方法的进展及各种改进措施。指出Hoek创立的最新方法——地质强度指标(GSI)法完全依赖定性描述和个人主观经验的不足,揭示决定地质强度指标的物理因素是岩体结构类型,化学因素是岩石风化状况。引入基于钻孔岩芯不同完整长度的岩体块度指数,以定量地表征岩体结构。分析岩石风化在化学上是原生矿物水解、淋失促使矿物蚀变而导致岩性改变的过程,依此提出表征岩石风化状况的定量指标——岩石绝对风化指数,同时研究推出其计算方法。将岩体块度指数、绝对风化指数在地质强度指标的区间范围概化表上有机结合起来,构成了GSI的定量确定方法。利用该方法估计一公路隧道围岩的变形模量、抗拉、抗压及抗剪强度等力学参数,并计算塌落拱高度。与实测数据对比,其最大误差在14%左右,验证方法的有效性和实用性。     

工程中岩体分级方法及应用研究

在进行涉及岩体的地下空间的开发与利用时,需要对岩石的强度和岩体在开挖时的稳定性等进行研究。目前城市地下空间开发利用中,涉及岩石的工程一般以岩体浅表层的风化带为主,对岩石风化带的认识和研究具有重要意义。本文分析研究了影响岩石强度的风化程度的判断方法,提出了判断岩体完整性标准的野外判别方法,并由此深化认识了工程岩体的分级标准;分析了岩体基本质量等级与隧道围岩基本分级的关系,并最终得出了二者在I～V级基本一致的结论,可以指导工程技术人员对岩体基本质量等级进行正确划分和应用。     

考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型研究

基于岩石的应变强度理论和岩石强度的随机统计分布假设,采用损伤力学理论,考虑微元体破坏及弹性模量与尺寸之间的非线性关系,建立了单轴压缩下考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型。然后采用伺服试验机对不同尺寸大理岩石进行了单轴压缩试验研究,得到了不同尺寸大理岩样试验结果;讨论了材料力学参数与尺寸之间的关系,给出了考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型参数。预测的不同尺寸岩石理论曲线和试验结果相比较,显示了所建模型的合理性。最后探讨了岩石尺寸对损伤特性的演化规律。     

基于改进 Weibull 分布模型的岩石单轴压缩变形破裂规律研究

岩石的单轴压缩响应受岩石微细观结构、边界条件、试件形状等影响,呈现出测量强度和变形特性的离散性。针对上述问题,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系模拟岩石材料的力学响应,在常规Weibull随机分布模型基础上,引入空间相关尺度因子,建立考虑岩石空间相关特性的细观力学模型。采用改进的Weibull分布模型,对不同形状的非均质岩石试件进行单轴压缩数值试验,研究不同加载边界对岩石破损行为的影响,结果表明:端部摩擦、试件形状会影响岩石受压的变形特征及破裂形态,即使试件端部存在较小的摩擦,形状效应仍然存在。为减小单轴压缩试验结果的离散性,需尽量减小端部效应,同时,增加试件的高宽比。     

拉萨板岩强度风化衰减机理研究

在拉萨板岩经历不同冻融循环次数后得出的应力应变曲线基础上,应用岩石热物理学,毛细作用原理,结合青藏高原特殊的地理气候条件,重点探讨了温度和水的反复作用和相互影响对拉萨板岩快速风化的促进作用.结果表明,拉萨地壳快速隆升产生的卸荷裂隙及岩体内部原先存在的软弱结构面是板岩快速风化的基本条件.后期温度和水周期性升降和相变导致冻融循环,对板岩表层03m~04m深度以上产生较大热应力;高温盐分结晶产生结晶压力;低温结冰产生冻胀力.如此反复作用使岩体内裂隙不断发展,抗剪强度降低,最终强烈崩解.     

岩体风化程度两级模糊综合评判研究

通过引入弹模弱化系数KE和粘聚力弱化系数Kc，建立了岩体强度和变形参数与其风化程度的联系。由于影响岩体风化程度的因素多而复杂且影响程度不同，特总结了四类20项主要影响因素，采用两级模糊综合评判方法对黄麦岭磷矿采场边坡岩体的风化程度进行研究，取得较满意的结果。     

剪胀对地下工程岩体位移的影响——以加拿大Donkin-Morien隧道为例

根据建立的岩石剪胀角模型,分析岩石峰值内摩擦角和剪胀角的关系,得出岩石在零围压时的峰值剪胀角小于并近似等于峰值内摩擦角,并假设岩石和岩体的剪胀角遵循相似的变化趋势,结合Hoek-Brown强度准则和GSI岩体分级系统,实现剪胀角模型从完整岩石到岩体的转化。采用程序语言在FLAC3D中编写岩体剪胀角模型程序模块。以加拿大Donkin-Morien隧道为工程实例,研究围压和塑性剪切应变依赖的岩体剪胀对隧道渐进开挖过程中围岩位移的影响,论证恒定的剪胀角值不能准确表达隧道开挖边界附近的岩体位移,而考虑围压和塑性剪切应变为影响因素的岩体剪胀角模型能够合理描述围岩的位移分布,模拟结果与实际测量值具有很好的一致性。研究成果可为岩体非线性力学行为的研究和地下工程岩体的稳定性控制提供理论和实践基础。     

太原晋阳西山大佛岩石动静力学参数的对比研究

运用声波测试方法,结合物理力学试验,研究太原晋阳西山大佛陡崖岩体2个水平钻孔中岩石的质量和风化情况。分析时特别关注岩样的块体密度、动力学和静力学参数在大佛水平进深方向上的分布规律,也研究动静力学参数间的量值关系。研究发现,大佛边坡岩样的组构、动力学和静力学3个方面的参数随钻孔水平进深的变化规律一致,可以反映大佛陡崖岩体在水平进深方向的风化程度变化,在水平进深方向上,岩体的密度、饱和抗压强度与静弹性模量、动弹性模量与波速都随着深度的增加而呈增长趋势;自陡崖表面至水平进深2.5 m左右范围内,岩体风化程度较高,水平进深大于3.0 m,岩体风化程度相对减弱,岩石质量呈稳定上升趋势。2个钻孔的岩石质量存在明显的差异,反映岩性和岩体卸荷带的影响。岩石动弹性模量与弹性波速随水平进深的变化数据表明,动弹性模量对岩体质量的变化反应比弹性波速更灵敏。另外,通过岩石静弹性模量与弹性波速的对比分析发现,岩石的组构情况对岩石动静力学参数间的关系有显著影响,岩石组构的非均匀性会导致岩石动、静力学参数之间对应关系的离散和异常。     

润扬大桥风化花岗岩工程特性与影响因素研究

由于风化会对岩石强度、刚度和耐久性产生重大影响，故在岩石工程勘察设计中需对其进行重点研究。风化是润扬大桥花岗岩类基岩岩体质量和桥基选址与设计的控制因素之一。系统的地质分析和多种测试结果表明，桥区风化壳厚度的变化很大，岩性以及地壳升降、断裂切割、卸荷作用、江水下切与入渗等地质作用是控制花岗岩风化作用及其风化岩分布的主要因素；桥区花岗岩易风化、卸荷敏感，处于化学风化的早期阶段：细密的蚀变裂隙对岩石强度起着控制作用。在此基础上讨论了风化带来的主要岩土工程问题以及桥型方案、基础选址与设计、地基参数取值以及风化因素控制等方面的工程对策。     

南京地铁工程勘察中声波测试与分析

通过将声波测井及岩芯波速测量等方法运用于南京地铁工程勘察中,利用声波测井结果与岩芯物性参数对比,进行多参数综合分析,为岩体风化程度与岩体强度变化分析提供了有效的参数。原位声波波速测量,给出了岩体波速随深度的分布特征;通过原位测井波速与室内岩芯波速的对比测量,分析了不同强度岩石在不同测量条件下的差异;对原位测井波形特征的振幅变化、衰减特性分析,可进一步了解岩体的结构性质,从而证明声波测井是工程地质勘察中一种快速、经济、有效的岩体原位测试方法。     

基于爆破损伤的岩台保护层开挖爆破参数研究

  摘要：在现有岩石爆破损伤理论的基础上,提出考虑初始损伤的爆破损伤计算模型,推导初始损伤变量和声波波速、弹性模量以及损伤门槛值等参数间的关系式。以溪洛渡水电站主厂房岩台保护层开挖为研究背景,结合岩石爆破损伤理论,分析保护层开挖的爆破损伤效应及其主要影响因素,并导出爆破参数计算公式。对主厂房内分布较广且初始损伤程度不同的2类岩体,分别给出相应的开挖爆破参数。通过现场爆破试验、爆破振动速度测试以及钻孔声波测试,验证爆破参数的合理性以及完善爆破参数设计。研究结果表明：爆破参数设计需要考虑岩体初始损伤的影响。考虑损伤效应后,岩台保护层开挖的炮孔密集系数小于普通光面爆破参数设计值;岩体初始损伤程度较大时,应增加光爆孔的装药不耦合系数和减小炮孔密集系数;岩台开挖爆破影响深度和爆破地震效应均满足安全控制要求,爆破参数设计合理。研究成果可为同类工程提供借鉴。     

开采深度和垂直冲击荷载对超低摩擦型冲击地压的影响分析

随开采深度增加,冲击地压发生的频度和强度愈趋严重,而现有深部冲击地压机制的研究尚不明了。基于深部开采实际情况,提出超低摩擦型冲击地压这一新概念,引入岩体超低摩擦效应,以深部块系煤岩体为研究对象,考虑垂直冲击荷载和垂直地应力作用,建立超低摩擦型冲击地压块体模型,推导得到了块系煤岩体接触界面法向动力荷载随时间变化关系表达式。研究结果表明:垂直冲击荷载作用下深部块体接触界面法向荷载随时间呈周期性波动变化,冲击地压的发生存在临界深度区域,即400~600,800~1 000,1 200 m时接触界面法向动力荷载波动周期较小,波动频率较快,与现场观测结果和已有结论基本一致,说明所建模型较合理;开采深度不同,接触界面法向荷载随时间变化而急剧变化,800~1 200 m深度对应接触界面法向荷载随时间变化率的最大值与深度之间满足三次多项式关系;随冲击荷载强度增大,接触界面法向荷载最大降幅先减小后增加,最后趋于恒定,且冲击荷载强度为1 MPa时,接触界面法向荷载最大降幅最小,接触界面的摩擦力由静摩擦变为动摩擦,如遇水平扰动,煤岩体将突然滑出和抛出,产生岩体超低摩擦效应,极易诱发冲击地压。     

太原晋阳西山大佛岩石动静力学参数的对比研究

 运用声波测试方法，结合物理力学试验，研究太原晋阳西山大佛陡崖岩体2个水平钻孔中岩石的质量和风化情况。分析时特别关注岩样的块体密度、动力学和静力学参数在大佛水平进深方向上的分布规律，也研究动静力学参数间的量值关系。研究发现，大佛边坡岩样的组构、动力学和静力学3个方面的参数随钻孔水平进深的变化规律一致，可以反映大佛陡崖岩体在水平进深方向的风化程度变化，在水平进深方向上，岩体的密度、饱和抗压强度与静弹性模量、动弹性模量与波速都随着深度的增加而呈增长趋势；自陡崖表面至水平进深2.5 m左右范围内，岩体风化程度较高，水平进深大于3.0 m，岩体风化程度相对减弱，岩石质量呈稳定上升趋势。2个钻孔的岩石质量存在明显的差异，反映岩性和岩体卸荷带的影响。岩石动弹性模量与弹性波速随水平进深的变化数据表明，动弹性模量对岩体质量的变化反应比弹性波速更灵敏。另外，通过岩石静弹性模量与弹性波速的对比分析发现，岩石的组构情况对岩石动静力学参数间的关系有显著影响，岩石组构的非均匀性会导致岩石动、静力学参数之间对应关系的离散和异常。     

基于循环加卸载的次加载面模型在岩石中的初步应用

为模拟岩体工程在循环荷载作用下的变形特性及相应的稳定性,简要地介绍了次加载面的基本思想。为考虑岩石在三轴压缩状态下和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,即应力角效应,在传统的Drucker-Prager屈服准则中引入一种角隅模型,从而形成了修正的Drucker-Prager屈服准则,基于该屈服准则,结合次加载面,提出适用于岩石循环加卸载的次加载面模型。通过参数敏感性分析,发现模型中参数u,C和χ的取值对反映岩石曼辛效应、棘轮效应的影响很大;为验证该模型的适用性和正确性,通过自编程序的数值模拟与岩石模型材料和玄武岩的循环荷载试验结果进行对比,结果表明该模型可以很好地描述岩石的动力变形特性,说明基于循环加卸载的次加载面模型可以运用到岩石中。     

基于循环加卸载的次加载面模型在岩石中的初步应用EI北大核心CSCD

为模拟岩体工程在循环荷载作用下的变形特性及相应的稳定性,简要地介绍了次加载面的基本思想。为考虑岩石在三轴压缩状态下和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,即应力角效应,在传统的Drucker-Prager屈服准则中引入一种角隅模型,从而形成了修正的Drucker-Prager屈服准则,基于该屈服准则,结合次加载面,提出适用于岩石循环加卸载的次加载面模型。通过参数敏感性分析,发现模型中参数u,C和χ的取值对反映岩石曼辛效应、棘轮效应的影响很大;为验证该模型的适用性和正确性,通过自编程序的数值模拟与岩石模型材料和玄武岩的循环荷载试验结果进行对比,结果表明该模型可以很好地描述岩石的动力变形特性,说明基于循环加卸载的次加载面模型可以运用到岩石中。