岩体工程力学参数取值方法研究Ⅰ:原位试验与定量类比

针对合理确定岩体工程力学参数的难题,在原位试验技术、定量类比方法和数值仿真试验等方面开展了系统研究,形成了包含“一设备、一库、一平台”综合确定岩体工程力学参数的方法体系。本文研发了适用于常规地质钻探的岩体质量随钻测试和岩体力学参数原位试验设备,建立了依据随钻实测参数评价岩体质量的方法以及岩体强度、耐磨性指标与随钻参数的定量关系,提出了通过孔内弹模剪切试验快速获取不同岩层岩体抗剪强度和弹性模量的技术和方法;同时,构建了包含81个工程681组不同类型岩体抗剪强度试验资料数据库,深入研究了不同类型岩体抗剪强度参数的统计特性,提出了基于Bayes方法和可靠度理论,利用大样本数据库资料和少量具体工程试验成果来确定岩体参数的定量类比方法。     

三峡卸荷岩体宏观力学参数三维数值模拟

通过对岩体“试样”的三维数值模拟，研究了三峡工程永久船闸高边坡岩体在卸荷应力状态下的应力应变关系，并与试验结果进行了比较，获得了满意的结果，最后确定了岩体在卸荷应力状态下的宏观力学参数。     

裂隙岩体宏观力学参数数值仿真模拟研究

岩体的参数确定一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题,将整个工程岩体划分为不同尺寸等级的计算试件,依据室内外基本材料试验成果,采用数值仿真方法依次计算各级别计算试件,最后得到岩体的宏观力学参数．计算结果与实际情况值基本吻合,该计算方法解决了物理试验对岩体参数评价的局限性以及在整体模型计算中参数选取的任意性。     

节理岩体数值仿真研究综述

系统介绍了岩石力学分析中常用的数值方法，以及利用这些方法进行节理岩体数值仿真的研究现状．讨论了这些方法用于节理岩体不连续变形分析时的各自优势和不足．并提出进行节理岩体数值仿真进一步研究的趋向．     

岩体力学特性的数值和物理混合试验方法

借鉴数值和物理混合试验思路,对岩体工程力学特性的数值和物理混合试验进行了初步研究。采用数值和物理混合试验方法预测岩块单轴压缩全应力—应变关系曲线,并与传统数值模拟方法采用理想弹塑性Mohr-Coulomb破坏准则获得的曲线进行比较,结果表明:数值和物理混合试验方法可以获得全应力—应变关系曲线峰前非线性阶段和峰后破坏阶段,优于传统数值模拟方法,初步说明该方法是可行的;岩块内挖取的试样个数和试样尺寸变化对计算结果影响较大,挖取试样个数越多或挖取试样尺寸越大,岩块全应力—应变关系曲线峰后破坏阶段越明显,并且更接近真实岩块的力学特性。     

黄河拉西瓦水电站岩体力学试验研究

拉西瓦水电站坝基岩体主要为印支期花岗岩类,坝肩发育有一定数量的结构面,河谷狭窄、岸坡陡峻.对此做了大量的室内外岩石试验,就得出的试验成果进行了全面系统的数理统计、分析.结合拉西瓦工程实际情况,提供了为工程设计应用的各类力学指标.     

某坝基岩体质量分级与力学参数试验研究

某水库工程的双曲拱坝基岩为上软下硬的近水平层状岩体,不同高程的岩体性状差异明显。首先对坝址区主要持力层岩体进行岩体质量分级,其次对薄层灰岩、钙质泥岩夹泥质白云岩进行了抗剪试验与变形试验,试验结果与所在岩层的岩体质量分级及结果相符。最后根据坝基岩体力学特征提出了工程建议。     

岩体卸荷力学特性的试验研究

简述了卸荷岩体的自然力学状况，根据岩体开挖卸荷这一特点，以三峡工程永久船闸高边坡卸荷岩体为条件，对岩体进行了卸荷试验。研究了岩体卸荷的应用应变关系及其力学特性，给出了卸荷岩体的力学参数，并指出了它与常规岩体力学参数的不同之处。     

水利水电工程岩体力学参数综合取值方法探讨

在研究岩土工程有关规程规范和各种力学参数取值方法特点的基础上,提出了水利水电工程岩体力学参数综合取值方法。综合考虑工程规模和地质条件的复杂程度,将取值方法分为3个层次:对于地质条件简单的小型工程以及在项目规划、可研阶段,可采用野外地质调查和少量室内试验进行岩体分级、查表,经工程类比取得地质建议值;对于地质条件复杂的中型以上工程,初步设计阶段应开展原位试验,并采用工程经验类比法结合现场地质条件确定地质建议值;对于重要的大型工程应做专题研究。除了上述方法外,还可应用计算机模拟试验、人工神经网络法、模糊数学预测法等,慎重确定地质建议值。在施工阶段可利用监测资料开展反演分析,对岩体稳定性进行复核。结合工程经验指出了参数选取应用时应注意的问题。     

基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数确定方法

阐述了岩体力学参数研究的重要性,系统地介绍了Hoek-Brown强度准则确定岩体力学参数的原理及其方法。以湖北宜巴高速公路上的彭家湾软硬岩互层边坡岩体力学参数研究为例,并以试验得出的岩块物理力学参数、岩体完整性系数和波速为基础,采用Hoek-Brown强度准则对场区岩块物理力学参数进行工程折减弱化处理,其结果对比分析及其推荐值的工程应用结果表明:线性回归分析法和非线性拟合法求取岩体抗剪强度参数是合理的;数值模拟计算所得的结果与场区边坡岩体实际变形破坏特征基本一致。其成果能为其他类似工程求取岩体力学参数提供指导。     

楞古水电站坝基花岗伟晶岩脉力学参数研究

坝基岩土体力学参数是水电工程大坝结构设计和稳定性计算的重要依据,楞古水电站坝基出露了大量花岗伟晶岩脉,因此,研究其力学参数具有重要的工程意义。通过圆形刚性承压板试验和平推直剪试验研究了岩脉的变形特征和强度特征,试验结果表明岩脉承压板试验应力-变形关系曲线分为直线型(或准直线型)、上凹型2种,岩脉直剪试验τ-u关系曲线分为脆性、塑性和复合型3种。通过分析包络模量、割线模量的物理意义和水电工程的特点,以及最小二乘法、优定斜率法在强度试验数据统计分析中的代表性,确定了岩体力学参数标准值的取值原则。通过研究,最终提出了坝基花岗伟晶岩脉的力学参数。     

基于Q系统与数值模拟的地下岩洞锚喷支护参数研究

针对山东某地下水封液化石油气库工程,基于洞室截面尺寸和场区结构面发育特征,采用Q系统计算出特定Q值洞室围岩段的初步锚喷参数。基于场区地应力分布特征,采用GSI和Hoek-Brown准则建立起Q值与岩体等效力学参数的联系。基于3DEC离散元,分别从连续和非连续围岩角度对锚喷参数进行校核,并基于超载安全系数法评价支护结构的安全性。结果表明:连续围岩条件下,锚喷支护对围岩位移的控制作用明显,锚杆的最小安全系数为2.75,喷层的安全系数为1.25,表明锚喷参数是安全、合理的;非连续围岩条件下,由于出现局部失稳块体,锚喷支护破坏失效;Q系统不针对局部块体失稳问题,表明结合离散元等数值模拟技术进行综合设计的必要性以及施工期对局部失稳问题进行提前甄别的重要性。     

构皮滩水电站岩石力学研究

针对构皮滩水电站地下厂房、边坡和坝基3大稳定问题,综述了20余年来所开展的岩石力学试验、地应力测试、工程岩体分级以及数值模拟分析等研究工作,对岩体质量评价、岩体力学特性及参数取值、软岩流变及成洞特性、岩体初始应力场、导流洞软岩段和进出口边坡稳定性以及地下厂房洞室群围岩稳定性等研究成果进行了综合分析.     

裂隙参数对岩体水流-传热温度影响的数值模拟分析

在岩体多场耦合中,裂隙岩体的温度场一直是国内外学者研究的热点问题。基于裂隙岩体概念模型,应用3DEC程序计算不同裂隙参数下岩体的温度场、裂隙出水口水温的变化特征。结果表明:裂隙相同进水温度对岩体温度场影响微弱,进水温度高的裂隙主导岩体温度场,裂隙进水温度对模型达到稳态所需要的时间影响较小;裂隙水流速度越大和开度越大,则岩体相同高度处温度越高;端裂隙水流速度的减小和开度的减小延长了模型达到稳态所需要的时间;由于两条端裂隙的边际效应,使其参数对岩体温度场起主导作用;裂隙水温、流速、开度对岩体温度场影响的大小排序为水温流速开度。     

阿尔塔什水利枢纽右岸高边坡岩体强度参数确定的经验方法研究

在大型水利水电工程中,岩体强度参数是工程设计中的重要参数,强度参数的合理取值对工程设计、施工以及安全复核具有重要影响。新疆叶尔羌河阿尔塔什水利枢纽工程中,右岸高边坡的稳定对于整个枢纽工程具有决定性的作用。在右岸边坡岩体质量调查基础上,利用GSI方法对边坡岩体进行质量评分,结合提出的岩体质量分类标准,进行了右岸边坡岩体强度参数的估算。在参数估算结果基础上,参考我国水利水电工程中现行的工程地质勘查相关规范中给出的各类岩体建议值以及以往工程中相关资料,提出了阿尔塔什水利枢纽工程中右岸高边坡岩体强度参数的建议值。     

非贯穿性节理对岩体单轴抗压强度的影响

灵活运用ANSYS/FLAC3D等软件构建含有非贯穿性节理岩体的圆柱体试件。通过对比分析含单一结构面岩石的单轴压缩数值试验结果与已有研究成果,论证了此方法模拟裂隙岩体的合理性。在此基础上,通过模拟不同倾角和尺寸的圆柱体试件的单轴压缩试验,揭示了非贯穿性节理对岩体试件抗压强度的影响,以及含不同倾角的非贯穿性节理岩体单轴抗压强度的尺寸效应特征。当非贯穿性节理倾角为45°~60°时,试件单轴抗压强度存在最小值;当倾角为90°时,试件单轴抗压强度最大,即当非贯穿性节理与岩体受力方向平行时,对岩体单轴抗压强度影响较小;不同尺寸岩体试件单轴抗压强度随非贯穿性节理倾角的变化规律基本一致。含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度受节理倾角的影响较大,其变化规律与含贯穿性节理的岩体相似。除倾角90°岩体外,含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度存在明显的尺寸效应特征。     

Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩力学参数估算中的应用

白云岩砂化是滇中引水工程玉溪段面临的典型地质问题之一。砂化白云岩物理力学参数的准确获取可以为施工和设计提供依据,保障隧洞施工人员的生命财产安全,具有重要的工程意义。强烈砂化白云岩因其岩体结构较为破碎,难以通过制作标准试样进行室内试验获取岩体力学参数。基于此,为了快速获取强烈砂化白云岩岩体力学参数,通过现场调查以及针贯入试验,运用Hoek-Brown强度准则对其岩体力学参数进行估算,并将估算结果与现场岩体平硐试验结果进行对比。研究结果表明：通过Hoek-Brown强度准则估算的强烈砂化白云岩力学参数绝大部分值落在试验值区间内,Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩岩体力学参数估算中运用效果良好。根据估算结果给出研究区强烈砂化白云岩的岩体力学参数建议值,可为工程建设提供支撑,具有一定的推广价值。     

气孔构造岩石裂隙渗透特性研究

岩石光滑裂隙的渗透规律可用立方定理描述,而气孔构造岩石裂隙的渗透性却因裂隙面气孔的存在表现不同渗透规律及机理,值得深入研究.首先在海口市的火山岩地区选取了4种气孔分布有显著差异的玄武岩样品,测量其气孔特征参数后进行单裂隙渗透试验,然后引入裂隙面构造影响因子λ对试验结果做变换整理,获得了气孔构造裂隙渗透规律,最后通过数值...