含交叉裂隙节理岩体锚固效应及破坏模式

 用相似材料制作含交叉裂隙岩体无锚及加锚试件,以主次裂隙之间角度、锚固位置及锚杆与加载方向之间角度为变化参数制作32组试件,对试件进行单轴压缩试验,研究含交叉裂隙节理岩体的锚固效应及破坏模式。研究表明：在主、次裂隙位置不变的情况下,锚固位置在裂隙交叉点上方或下方时能得到锚固强度最大值,当锚固位置通过裂隙交叉点时,锚固强度不是最大值,但此时锚后试件峰值强度最稳定;大部分含交叉裂隙加锚岩体强度高于含单一裂隙加锚岩体;主、次裂隙夹角影响节理岩体加锚后力学性能,主、次裂隙夹角为30°左右时节理岩体锚固效果最好;锚杆增强了含交叉裂隙节理岩体抵抗裂隙扩展的能力,降低了含交叉裂隙节理岩体劈裂破坏出现的突然性。     

基于数字图像与数值计算的节理岩体锚固效应研究

为了研究锚杆对裂隙岩体的加固作用,通过自主研发的数字图像相关(DIC)试验技术和离散元(DEM)数值计算方法,对预置裂隙岩体试样锚固前后进行测试。从细观层次量化分析了加载过程中两类岩体(未锚固和锚固岩体)裂隙的起裂、扩展等特征,对比了数字图像测量的位移场,应变场和裂隙张开度(COD)以及数值计算得到的裂隙发育数量,区域分布和扩展方向。结果表明:基于DIC测量软件,可精确进行岩体非接触的无损测量,并且能够监测出岩体锚固这种内部隐蔽的过程;加固岩体的锚杆与裂隙交叉位置出现应变集中成核现象,定量地说明了岩体加固对裂隙的抑制作用;同时还得出岩体加固可以改变裂隙扩展类型和主裂隙发育方向。     

加锚多组有序裂隙类岩体单轴破断试验分析

为研究锚杆对多组有序裂隙岩体的作用机制,以水泥砂浆预制多组有序裂隙类岩体,采用玻璃纤维塑料筋材(GFRP)模拟锚杆,对预制的类岩体进行全长锚固,制作多组不同锚固条件下的试件。将预制试件在RMT-150伺服试验机进行单轴压缩破断试验。根据试验结果提出了主控裂纹的概念,认为主控裂纹的贯通导致了试件强度的弱化。分别从细观上研究了锚杆对多组有序裂隙类岩体主控裂纹的起裂、扩展和贯通影响机制;从宏观上研究锚杆对多组有序裂隙岩体峰值强度、残余强度以及抗变形能力的影响。研究发现:锚杆锚固后多组有序裂隙类岩体主控裂纹由纵向—倾斜—横向贯通为主的扩展、贯通模式转变为横向—纵向—倾斜的模式,主控裂纹路径更长且贯通过程受到锚杆锚固限制,具体表现为锚杆锚固改变了裂纹尖端的应力强度因子使得类岩体试件抗变形能力更大、试件的峰值强度和残余强度更高。但并非加锚密度越大,类岩体强度越高,适当的加锚密度才能获得更好的支护效果。     

拉伸条件下锚杆对含表面裂隙类岩石试样加固效应试验研究

选用改性橡胶粉–水泥砂浆来模拟真实岩石,用玻璃纤维增强塑料作为锚杆材料,研究锚杆对三维表面裂隙岩体的加固止裂效果。结果表明,锚杆提高了裂隙岩体的变形模量和单轴抗拉强度,变形模量随锚固角的增大而增大,而单轴拉伸随锚固角的增大先增大后减小,当锚固角β=45°时,锚杆对单轴抗拉强度的提高幅度最大;锚杆通过其抗滑移和抗剪切性能使裂隙岩体避免发生脆性破坏,并且在预置裂隙起裂之后存在不同程度的残余强度;单轴拉伸条件下加锚或无锚裂隙试件的破坏均以预置裂纹尖端为突破口产生翼裂纹,其扩展方向大致与轴向拉应力方向垂直。当锚固角小于某个临界值时,会有次生裂纹产生;拉伸条件下,含裂隙试件的破坏机制是张拉型裂纹的贯通作用。     

深部裂隙岩体锚固机制研究进展与思考

 高地应力、高地温、高渗透压以及强时间效应使得深部裂隙岩体表现出一定的延性、蠕变性等软岩力学特性,现有锚固理论落后于工程实践的现状,导致许多锚固工程设计多采用经验、半经验方法。几十年来,国内外诸多学者对深部岩体锚固机制开展了大量现场、室内试验及数值计算工作,岩体锚杆锚固作用机制方面的理论研究取得了丰硕成果,但由于深部岩体所处地质条件的复杂性,这些成果普适性和准确性较低。结合已有的锚固理论,运用合理的数值模拟方法与现场、室内试验对岩土锚固机制进行深入研究,进而指导锚固工程设计施工具有重大意义。对深部裂隙岩体锚固机制研究现状进行了系统全面的总结,归纳分析了该研究领域存在的关键科学问题,主要包括：选择合理的锚固力学传递计算模型、正确描述锚固体应力分布规律、建立合理的锚固界面力学模型。深部裂隙岩体锚固机制研究应综合考虑工程应用效果和加锚岩体形态、加锚构件效应等因素。     

基于DDARF的节理岩体破坏和锚固效应

采用DDARF方法模拟双裂隙试件在单轴和双轴压缩条件下的裂纹扩展过程,研究裂隙间距、裂隙角度、裂隙错距和侧向应力对岩块特性的影响,研究表明,试块的峰值强度随着裂隙间距和裂隙错距增加均呈现"W"型变化,随着角度增加呈现"V"型变化,并且随侧向压力的增加,峰值强度和起裂应力均比单轴压缩时提高。对单节理锚固试件进行单轴压缩模拟试验,得到了4种不同锚固角度试块的裂隙扩展规律,研究发现,锚固角度并不是越大越好,存在一个最优锚固角度。对某水电站坝址高边坡进行稳定性分析,加锚后坡脚虽然萌生新裂隙,但是加锚后裂隙扩展的规模和范围受到限制,裂隙并没有扩展到坡体内,无法与深部裂缝贯通,也就不能形成滑动面,从而提高边坡的稳定性并减小边坡的变形。数值模拟结果与相似材料模型试验结果吻合,表明DDARF方法能有效地模拟岩体裂隙扩展过程以及锚杆锚固作用。     

裂隙岩体锚固止裂的数值模拟研究

 压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近将产生较大的塑性屈服区，从应变角度出发研究裂纹的扩展路径，应用等效应变与降温法施加锚索的预应力，依据裂纹最短塑性区距离判据对不同倾角裂纹的锚固止裂机制进行有限元模拟，比较有无预应力锚固条件下不同倾角裂纹尖端的强度因子与应变变化及裂纹面上下中节点的位移错动规律。研究结果表明：当裂纹倾角为30°～60°时，预应力锚索对岩体的加固作用明显；裂纹倾角为45°时，预应力锚索锚固影响作用最明显，此时裂纹尖端的应力、应变集中现象得到削弱，裂纹尖端附近的塑性应变梯度减小；裂纹倾角为0°，90°时，裂纹尖端的最小塑性区距离值比相应的未锚固条件下的值大，裂隙岩体预应力锚索锚固时对岩体的压缩效应远大于其剪切效应。     

裂隙岩体地下工程稳定性研究发展趋势

国内外大量地下工程建设的实践表明,岩体中的不连续面对地下工程的建造与长期运行安全有重要影响,有时甚至是决定性的作用,深入研究裂隙岩体的力学和渗流特性,研究成果对指导工程实践具有重要意义。在详细总结国内外学者和作者团队在裂隙岩体力学特性的理论模型、室内试验、现场原位试验、数值仿真方法等方面研究成果的基础上,提出裂隙岩体地下工程稳定性研究的重点发展方向,并探讨裂隙三维几何表征与数值建模、裂隙岩体应力渗流耦合特性、裂隙岩体宏细观渐进破坏机制及数值仿真技术和裂隙岩体地下工程锚固机制与新技术等。     

顺层岩体边坡锚固等效参数计算方法研究

锚固等效参数是进行顺层边坡锚固效果数值模拟的关键科学数据。针对锚固顺层岩体边坡中结构体和结构面刚度系数不同的实际情况,将锚杆锚固后顺层岩体边坡的锚杆、结构面、结构体的复杂体系等效为一个均质岩体。推导了节理岩体等效法向刚度系数和等效切向刚度系数计算公式。基于结构体小变形、岩体变形可叠加性及抗剪强度参数c、φ值不相关性假定,利用Coulomb抗剪强度理论推导、建立了顺层岩体边坡锚杆等效抗剪强度参数c、φ值计算公式。     

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.     

裂隙岩体在单轴加载过程中变形、破裂规律的PFC2D数值模拟研究

运用离散元软件PFC2D模拟裂隙岩体,建立一个包含不同倾角、不同组数,宽度5cm、厚度1mm裂隙的10cm×10cm模型,分析单轴加载情况下岩体的变形、破裂规律。结果显示,在单轴加载情况下,随着倾角的增加,岩体的单轴抗压强度出现先减后增的趋势,且裂纹不断增多;随着裂隙的增多,单轴抗压强度逐渐减小。岩体的破裂区集中在裂隙的尖端点部位,以翼裂纹、次生共面裂纹和次生倾斜斜纹为主。通过分析破裂后岩体的颗粒速度分布,从微观层面发现岩体破坏的主要形式及破裂原因。     

顺层边坡不同开挖锚固过程力学响应模型试验

为深入认识施工期顺层边坡变形与应力调整规律,开展了不同开挖与锚固过程顺层边坡地质力学模型试验,分析了边坡不同部位对不同开挖坡率、锚固次序等施工过程的力学响应规律。试验结果表明:①顺层边坡开挖响应主要受卸荷回弹与层面滑移影响,卸荷回弹效应由开挖方量控制,层面滑移对开挖振动响应显著;开挖后边坡上部主要表现为结构面滑动变形,中部及下部主要表现出卸荷回弹特征。②测点与坡面的距离直接影响测点对开挖的响应,靠近开挖面测点位移大,远离开挖面测点位移小,且边坡变形随开挖坡面变陡呈增加趋势。③预应力锚筋不同张拉次序会引起边坡不同的响应规律。单侧顺序张拉时,距离锚筋较远的岩体呈现受拉特征,易导致岩体中原有裂隙张开或出现新裂隙;中间到两侧对称张拉时,基本所有岩体均呈现受压特征。建议采用对称张拉次序,避免单侧张拉。     

单锚锚杆加固碎裂结构岩体模型试验研究

针对锚杆加固后的碎裂结构岩体进行了室内模型试验。根据多种锚固方案试件的试验结果 ,研究了锚杆锚固碎裂结构岩体模型的强度变形特征。通过试验中不同布锚方式的单锚对模型试件强度变形的不同影响 ,研究了各种模型试件中所体现出的锚固效应 ,得出了有益的结论     

多级时效荷载下双裂隙砂岩变形与破裂特征试验研究

 实际工程中,岩体在进入最终应力状态前会经历多级时效荷载的作用。为研究该荷载下裂隙岩体强度、裂纹扩展和变形特征等的变化规律,以通过对砂岩切割并充填水泥砂浆制备的裂隙试样为对象,开展多级时效荷载下的三轴压缩试验。试验结果表明：多级时效荷载下,3种不同裂隙组合试样的强度较常规压缩均有一定程度的降低,陡缓和陡陡裂隙岩体的强度均在起裂强度?ci和扩容应力?cd之间。裂纹扩展特征方面,在相同应力路径下,随着围压的增大,裂隙岩体的破坏呈现更强的剪切性质;缓缓裂隙组合岩体的破坏形式主要受裂隙本身的分布形态所控制,受应力水平和加载路径的影响较小,在试验中均以裂隙岩桥直接贯通发生破坏;相同围压条件下,陡缓和陡陡裂隙组合岩体在时效荷载作用下的破坏较常规压缩下的破坏表现出更强的张拉性质。利用Burgers蠕变损伤模型分析各岩体间的关系,指出岩体间变形的差异主要由裂隙特征导致的初始损伤差别和岩体处于不同强度区间而导致的不同时效损伤引起,为建立岩体时效损伤模型的进一步研究提供了参考。     

单锚锚杆加固碎裂结构岩体模型试验研究

针对锚杆加固后的碎裂结构岩体进行了室内模型试验。根据多种锚固方案试件的试验结果，研究了锚杆锚固碎裂结构岩体模型的强度变形特征。通过试验中不同布锚方式的单锚对模型试件强度变形的不同影响，研究了各种模型试件中所体现出的锚固效应，得出了有益的结论。     

循环高温作用下花岗岩裂缝渗流–传热特性试验研究

在利用注水热交换方式进行高温岩体地热开发过程中，热交换对流通道周围高温岩体会反复经历降升温循环作用，循环温度作用下高温岩体裂缝壁面变形、裂缝导流与岩体传热特性都会受到一定影响。为揭示这一复杂过程中花岗岩裂缝渗流特性及强制对流换热规律，在实验室进行降–升温循环(300℃→250℃→200℃→150℃→300℃)作用下流体渗流换热试验，结果表明：(1)低温水注入会诱发高温花岗岩裂隙面损伤破裂，裂缝面粗糙度系数JRC由初始的14.51变化至作用后的21.03，粗糙裂缝面轮廓最大高差ξ由2.2 mm增至3.21 mm，高温岩体导流裂缝随温度变化而变得更为曲折、粗糙度增大。(2)岩体温度由300℃递减至150℃时，裂缝渗透率呈指数型下降，由初始1.63达西降至0.53达西；而岩体温度由150℃增至300℃后，由于岩石基质热膨胀导致裂缝闭合，渗透率进一步降低；随着降–升温循环次数增加，裂缝渗透率整体呈一定程度波动变化，最终使得渗透率明显降低。(3)岩石初始温度高、提高热交换注入水压力，有利于高温花岗岩裂缝对流换热效果；然而随着降–升温循环次数增加，对流热交换作用效果变弱。研究对高温岩体地热高效开发...     

考虑岩体时效深埋隧洞施工过程的理论解析——开挖、锚喷与衬砌支护的全过程模拟与解答

对具有时效特性的流变岩体,施工过程对围岩力学响应有显著影响。针对黏弹性时效岩体中深埋圆形隧洞的断面及纵向开挖、锚喷和衬砌施工,用圆柱型正交各向异性弹性体模拟锚固后岩体,建立材料特性变化后锚固区力学响应的计算方法,进而导出Burgers岩体全施工过程的封闭解析解。根据解答分析了锚固区各向异性程度、锚固及衬砌支护时刻、锚固厚度对锚固区应力、位移的影响。分析表明：锚固区环向刚度的改变可显著影响岩体力学响应,而改变径向刚度则变化极小;衬砌受力与其施加时刻相关,而受锚固时刻影响不大;增加锚固区厚度可减小位移,优化锚固区受力,但对衬砌的受力影响很小。本解答可进行相似条件下隧洞初步设计。     

恒定法向刚度边界条件下锚固节理岩体剪切特性试验研究

锚固节理岩体的剪切特性对于岩体工程稳定性控制设计至关重要.开展一系列不同恒定法向刚度(CNS)边界条件下锚固和无锚固类岩石材料粗糙节理剪切试验,研究CNS边界条件对锚固节理剪切力学特性以及节理面剪切破坏、锚杆剪切变形破断和锚杆破断剪切位移特征的影响.结果表明:峰前阶段法向刚度对剪切应力第一峰值Tp的影响不明显;峰后阶段...     

岩体锚固支护的数值流形方法模拟及其应用

利用数值流形方法理论 ,建立了岩体锚杆 (索 )加固的数值流形方法模型 ,该模型反映了裂隙岩体锚固的力学机理 ,可以仿真各种加固锚杆 (索 )的复杂几何布置及几何参数。数值算例表明 :计算模型能较好地反映锚杆 (索 )加固岩体的变形行为 ,具有广泛的工程实用前景。     

注浆加固对岩体裂隙力学性质影响的试验研究EI北大核心CSCD

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂隙岩体注浆系统平台上进行注浆加固试验,并对注浆加固后的岩体裂隙试件开展相关的法向及切向力学加载试验。试验结果表明:人工制取的裂隙试件与原岩裂隙几何相似性良好,符合室内物理试验要求;注浆加固会显著改变岩体裂隙面的法向切向力学特性,注浆加固后岩体裂隙的峰值抗剪强度及残余强度得到极大提高,裂隙面的抗变形能力增强;裂隙面法向加载会影响其切向力学行为,切向抗剪强度随法向应力增加而增加;注浆加固通过提高岩体裂隙面的力学性能来增加岩体的整体强度及稳定性。