岩石粗糙节理剪切强度的分形分析

以分形维数定量描述岩石节理面粗糙性，通过剪切实验分析研究节理剪切强度、法向应力和节理面分维的相互关系，建立了能够体现节理粗糙性和节理剪胀效应的节理剪切强度表达式，提出了适用于粗糙节理岩体的库仑强度的修正公式，为更深入、更准确地研究岩石节理剪切强度和岩体结构稳定性提供了新的方法。     

原位剪切试验在工程滑坡勘察中的应用

岩土体的抗剪强度指标，尤其是作为薄弱层的岩体结构面的抗剪强度，在滑坡稳定分析中起着至关重要的作用。现场原位剪切试验，试样受扰动小，试验状态与岩土体所处真实状态较为吻合，得到的参数也更加真实，是滑坡勘察原位测试的重要手段之一。适用于测定边坡的岩土结构面、岩土接触面、滑动面以及含碎石黏土的混合土层和其他粗颗粒土层的抗剪强度。重庆华宇·观澜华府项目工程滑坡勘察，在现场做原位剪切试验的同时，采集原状样品进行室内直剪试验，获取2种不同试验下的抗剪强度参数，分别取用2种参数对不同工况下的滑坡体进行稳定性分析计算，并与滑坡体的实际变形特征进行比较，从而验证了原位剪切试验确定岩土体抗剪强度参数的合理性，可为类似工程提供参考和借鉴。     

分形理论在岩体质量评价中的研究

准确进行岩体质量评价对矿石开采具有重要意义。以蚕庄金矿为工程背景,通过ShapeMetrix 3D进行节理扫描,合成节理产状分布图,并采用分形理论对节理分布规律进行研究,推导出能够反映岩体质量评价的分形维数D,从而得出岩体的结构面具有自相似性。结合现有分级方法的分级结果,与分形维数D拟合,得出其拟合关系均具有较强的线性关系,当分形维数D越小,岩体的稳定性越强,其中Q系统分级结果与分形维数D的拟合程度最高,RQD分级结果与分形维数D的拟合程度最低。研究表明,当分形维数小于1.5时岩体质量较好,分形维数大于1.5时岩体质量一般。因此,采用分形维数判断岩体质量具有较强的实用性,能够成为岩体质量分级的一种定量方法,对矿山岩体稳定性分析具有指导作用。     

含瓦斯煤岩剪切破断过程中裂纹演化及其分形特征

利用自主研发的含瓦斯煤岩细观剪切试验装置,开展了含瓦斯煤岩细观剪切试验,研究了煤岩剪切破断面裂纹的开裂扩展演化规律,并基于分形理论,分析了剪切破断面裂纹分布的分形特征。研究结果表明：含瓦斯煤岩剪切破断面裂纹的演化过程经历了5个阶段,即裂纹起裂、裂纹稳定扩展、裂纹非稳定扩展、剪切破断及裂纹摩擦阶段;含瓦斯煤岩剪切破断不同阶段的裂纹分布符合分形特征,且随着剪切应力水平的提高,含瓦斯煤岩剪切面裂纹分布的分形维数呈现上升趋势,通过剪切面裂纹的分形维数可定量描述含瓦斯煤岩随剪切应力状态变化的裂纹演化特征。     

水力压裂煤裂隙网络表征与造缝性能评估试验研究

煤裂隙网络的准确表征可以有效评估深部煤层经水力压裂后的压裂效果，为了定量评估煤层经水力压裂后的复杂程度，利用自制的真三轴试验系统进行了煤的水力压裂试验，结合CT扫描，重建了具有拓扑结构的孔裂隙网络，用分形理论和拓扑学定量表征了断裂网络的复杂程度。探究了在真三轴应力条件下，中间主应力对裂缝网络复杂程度的影响。结果表明：压裂后煤样的二维分形维数变化率K为1.03%～7.10%，三维分形维数的变化率为3.50%～9.18%，经过水力压裂后煤样的二维和三维分形维数均显著增大。基于分形理论和拓扑学的方法能有效表征水力压裂的裂缝结构和造缝能力。压裂后煤样的二维拓扑参数为1.18～1.52，与压裂前后煤样的二维分形维数变化率呈正相关关系，二维分形维数变化率的增加速率随着拓扑参数的增大逐渐减小。重构的内部结构和裂缝分布表明，压裂后的三维分形维数比二维分形维数更具优势，压裂后煤样的三维拓扑参数为1.82～1.93，随着三维分形维数变化率的增加而增大，三维分形维数变化率的增加速率随着拓扑参数的增大而增大。中间主应力对煤层的造缝能力存在积极影响。水力压裂前后的分形维数和拓扑参数都随着中间主应力的增大而增大，...     

程潮铁矿矿岩节理面力学特性实验研究

以程潮铁矿为工程背景,为获得不同岩性矿岩的基本力学参数及分形维数,进行了直剪实验及粗糙度扫描实验。分析水和充填物对节理面剪切强度的影响,并综合考虑岩石节理面粗糙性对其力学性质的影响,建立了体现相同法向应力下峰值剪切强度与分形维数的关系公式,为更深入研究岩体稳定性及破坏机理提供了可靠的矿岩力学参数及依据。     

分形理论在岩体质量评价中的应用及分级指标值的确定

为了更全面的评价岩体质量,克服传统的岩体质量等级分级方法如RQD,RMR和BQ等未考虑岩体中的节理、裂隙的不足,根据岩体结构面的自相似特征,应用分形理论来对其进行研究．运用盒计维数法对某地下工程岩体结构面分布的分形维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征．对计算结果数值分布的规律分析发现,分形维数越大,岩体质量越差,表明岩体结构面分布的分形维可以作为评价岩体质量的指标．并通过分维数D与RQD,RMR和BQ的拟合,给出岩体质量分级指标D值,从而提出一个以岩体结构面分形维数为分级指标的岩体质量评价方案．     

基于分形几何理论的岩体结构面分布特征研究

基于分形理论和现场岩体结构面调查，对岩体结构面进行了统计分析，网络模拟和分形维数计算，探讨了分形维数据和结构面分布密度程度之间的关系，并将分形维数应用于矿山工程岩体的质量评价。     

岩体结构面剪切强度模型研究进展

结构面剪切强度是结构面最主要的力学性质。近半个世纪以来,相关领域学者对结构面剪切强度模型进行了深入研究,取得了丰硕成果。首先,系统地总结了结构面剪切强度模型研究现状,并介绍了各剪切强度模型的特点。然后从剪切强度的本质特征、实用性、研究热点对模型进行了分析评价。最后分析认为:①在结构面剪切强度影响因素中,形貌特征最为复杂、定量化最为困难,特别是在各向异性表征方面仍需做大量研究工作;②结构面形貌各向异性和尺寸效应表征参数的合理性需力学试验来验证,3D打印技术的应用,可有效解决岩体结构面不可重复试验的困难,有望在结构面各向异性、尺寸效应的室内试验研究方面取得突破性进展;③结构面剪切强度的各向异性和尺寸效应特征应进行统一辩证的研究,只有这样,获得的模型才能有助于准确估算工程岩体剪切强度。     

石宝露天矿边坡稳定性的数值模拟分析

基于现场工程地质勘察和岩石力学试验,建立数值模拟计算模型,从应力、位移、塑性区变化等方面进行边坡稳定性分析。模拟分析结果表明:由于岩体剪切破坏造成坡脚贯通产生滑移面,在楔形破坏作用下可能产生滑坡。因此应加强边坡坡脚治理,必要时进行削坡卸载。     

岩体结构面赤平极射投影极点图的分形研究

本文利用赤平极射投影方法绘制出岩体结构面赤平极射投影极点图,并从分形几何的角度出发,计算出其表征岩体内不规则节理的赤平极射投影极点图的分形维数,并对其与岩体力学性质的相关关系及岩体边坡稳定性加以阐述。     

矸石山岩体的抗剪特性试验研究

对李家壕煤矿矸石山进行实地勘察选点,对不同排弃时间段的矸石岩体进行原位剪切试验和室内大型剪切试验,分析了相应试验的矸石岩体剪切应力-剪切位移曲线规律,计算了不同压力级别下的峰值抗剪强度,并结合Hoek-Brown岩体强度准则分析黏聚力和内摩擦角试验值。结果表明：矸石的排弃时间越长,外部载荷影响次数越多,所处矸石山边坡堆积层位高度越低,矸石块体的胶结情况就越好,则矸石岩体滞后达到峰值强度,其抗剪强度就越大|原位剪切试验中矸石岩体呈剪切型摩擦剪切,与大型剪切试验的矸石块体剪切应力-剪切位移曲线都呈一定的线性规律,表现出峰值强度前阶段,随着剪应力的增加,以明显的弹性剪切变形为主|矸石原位剪切试验的黏聚力和内摩擦角都比大型剪切试验值大,Hoek-Brown岩体强度准则估计的黏聚力值都比试验值偏大,而内摩擦角估计值和试验值较为接近。该成果可为今后研究矸石岩体抗剪特性及矸石山边坡稳定性分析提供参考。     

南芬露天铁矿边坡各类岩体抗剪强度的确定

岩体是非均质各向异性的地质体,它处于一定的应力状态,由被各种不连续面所分割的岩块组成。在进厅露天矿高大边坡破坏模式的分析时,当无不利的不连续面存在,破坏面可能是切穿岩体的面,这时,为计算边坡稳定性的需要,就要确定岩体的抗剪强度。岩体的抗剪强度是指切穿岩体的破坏面所具有的抗剪强度,它包含破坏面中迁就已有不连续面部分的强度和被剪断岩块部分的强度。由于破坏面的尺度很大,其中所迁就的不连续面和岩块剪断面所占比例难以搞清,以及岩体本身的复杂性很难用符合实际条件的精确试验方法和计算方法确定岩体的抗剪强度。通常采用的原位大型直接剪切试验只能在一定条件下才能进行,而滑坡反算法也只对相应部位局部的岩体强度作一粗略的估计,这两种方法在实际应用中都受到限制。     

金堆城露天矿北帮岩体原位剪切试验方法与实践

剪切强度指标c、φ值是边坡稳定性分析计算过程中最重要也是最关键的强度指标,而现场岩体原位剪切试验是获取其真实数据的有效手段.本文简要介绍了岩体原位剪切试验的设备及方法,旨在为同类矿山边坡分析治理提供参考.     

金堆城露天矿北在岩体原位剪切试验方法与实践

剪切强度指标c,ψ值是边坡稳定性分析计算过程中最重要也是最关键的强度指标，而现场岩体原位剪切试验是获取其真实数据的有效手段。本文简要介绍了岩体原位剪切试验的设备及方法，旨在为同类矿山边坡分析治理提供参考。     

破碎岩体结构面剪切强度确定方法

针对破坏岩体室内力学试验试样制备困难、剪切强度参数难以获取的问题开展研究。通过理论分析,提出一种基于试样重建的剪切强度试验方法,采用环氧树脂灌模包裹试验岩块,按不同角度要求制样,参考变角剪试验开展剪切试验,通过室内试验对华兴铝土矿破碎岩体结构面的剪切强度进行测定,得到其黏聚力为2.44 MPa,内摩擦角为23.5°。研究结果表明:华兴铝土矿破碎岩体结构面的剪切强度与现场实际相符,验证了该方法的实用性,该方法能够获取破碎岩体结构面的剪切强度,为其它矿山提供借鉴。     

新型预钻式原位岩体剪切仪的设计与试验北大核心

基于弓状结构及楔形刀具侵入岩体特性,研制出一款适用于原位岩体抗剪强度测量的新型预钻式原位岩体剪切仪。对预钻式原位岩体剪切仪的总体结构进行了设计,采用有限元分析软件对关键部件进行了仿真分析,仿真结果表明关键部件设计合理;对剪切仪进行了标定试验,并在浇筑的混凝土平台进行现场试验,试验表明性能参数达到了设计要求,并具有良好的原位测试性能。     

不同角度下板岩层面剪切力学特性试验研究

岩体层面对岩体的剪切力学性能具有非常重要的影响。以贵州某矿山层状板岩为对象,开展了不同角度下的层面剪切力学实验,得到了该矿山板岩层面的剪切力学参数和力学性能,结果显示:剪切角度越大,层面发生破坏时对应的剪切应力和压应力越大,层面的剪切力学性能越好;不同角度下岩体层面剪切破坏面总体较为光滑,但角度较小时破坏面有突变产生,剪切角度较大时破坏面呈"S"形。     

基于压汞法的煤基质压缩对孔隙分形特征的影响

基于分形拓扑理论提出了一种新的煤孔隙分形维数测定方法,并对比分析了当前各种孔隙分形维数计算方法的异同点,进而基于压汞试验和液氮吸附试验,研究了7个煤样基质压缩效应对孔隙结构分形特征的影响。试验结果表明,由分形拓扑的尺度不变定义推导的孔隙分形维数计算方法具有真实可靠性;煤基质压缩效应在压力大于10 MPa时影响显著,不可忽略,大于120 MPa时,不再适用;煤基质压缩校正前各方法对应的分形曲线多表现为分段特征,而校正后分形曲线则表现为整体的线性特征,且校正后的分形维数小于校正前的分形维数,表明煤的基质压缩效应会增加孔隙结构的复杂程度,从而影响真实孔隙结构的分形特征。     

松树南沟矿区边坡岩体质量评价与边坡稳定性分析

为了评价松树南沟矿区边坡岩体开挖稳定性情况,指导矿山的安全施工,以结构面测量与工程勘察为基础,分析边坡岩体结构面的分布及岩体结构特征,得到对边坡稳定起控制作用的优势结构面。利用结构面三维网络模拟技术,对上述优势结构面进行计算机模拟,建立结构面网络模型,再现岩体结构。分别沿平行和垂直各测线走向方向切割网络模型,发现岩体部分区域被结构面切割严重,为形成小规模的可动块体提供了有利条件。运用分形理论计算了各切面的分形维数,计算得出边坡岩体处于一般或差的状态;借助有限差分软件FLAC3D,计算开挖后边坡岩体的稳定性情况,结果表明：由于开挖卸荷局部边坡台阶处出现了较大的位移和塑性区,可能出现崩塌、滑移破坏,与质量评价结果一致,建议适当放缓该区域台阶坡面角。