新型岩土地质力学模型试验系统的研制及应用

根据地质力学模型试验的特点,研制出一种新型岩土地质力学模型试验系统,该系统主要由盒式台架装置、带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。其中盒式台架装置用于容纳试验模型并作为加载反力装置,带扁千斤顶的变荷加载板用于给试验模型施加非均布荷载,液压加载控制试验台用于试验模型的自动加压与稳压。该系统具有规模大、整体稳定性好、尺寸可调、能进行同步非均匀加载,并具有加荷高、升压快速、持荷稳定的优点。将该系统应用于某一高速公路大型分岔隧道的三维地质力学模型试验研究,试验结果有效指导和优化了工程的设计和施工。     

组合式地质力学模型试验系统及其在分岔隧道工程中的应用

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法。地质模型是客观物理实体的再现,在满足相似原理的条件下,能够真实反映岩土介质的基本力学变形特性。要进行模型试验,就必须有相应的模型试验装置。根据地质力学模型试验的特点,本文研制出一种能实施同步非均匀加载的组合式地质力学模型试验系统。该系统主要由盒式台架装置、变荷加载板和液压加载控制试验台组成,其具有尺寸可调、加载规模大、持荷稳定的显著优点。应用该系统对一大型分岔隧道工程进行了三维地质力学模型试验研究,有效揭示了分岔隧道围岩位移场、应力场的变化规律和岩锚支护效应。     

拱坝坝肩岩体稳定地质力学模型试验

保证坝肩岩体稳定是拱坝设计和建设中的重要问题。由于岩体通常是非均匀、非弹性的不连续体,故其三维稳定性分析十分复杂。利用能反映地质构造特点的地质力学模型试验研究拱坝坝肩岩体稳定是一种较新的有效方法。本文论述了拱坝坝肩稳定的类型及性质、地质力学模型试验的原理和方法以及试验技术问题。文中并介绍了为国内一座大型重力拱坝进行的坝肩稳定三维小块体地质力学模型试验研究成果,分析了该坝左坝肩在水压超载条件下的破坏机理,指出它与通常采用的刚体极限平衡理论分析结果差异较大。     

地质力学磁力模型试验技术应用于滑坡物理模型试验的可行性探讨

地质力学磁力模型试验技术是针对土工离心模型试验技术中获得的ng重力场存在不均匀的问题而提出的。该技术是一种利用磁力场与重力场的相似性,通过在岩土体中掺入粉体磁性材料使其在磁场中受到的磁力作用来模拟ng重力场,从而提高模型试验材料应力水平的模型试验。为了探讨地质力学磁力模型试验技术用于滑坡模型试验的可行性,设计掺入磁粉的土体滑块模型下滑试验,试验采用摄影测量方法获得该滑块在有无磁力作用两种条件下滑块的失稳临界坡角。试验结果表明：在有磁力工况下滑块下滑的临界坡角（39.44°）小于无磁力工况下临界坡角（40.54°）,掺磁粉的土体滑块在磁场作用下的应力水平较无磁场作用下的应力水平有所提高,这说明了地质力学磁力模型试验技术用于滑坡物理模型试验研究是可行的。     

新型组合式三维地质力学模型试验台架装置的研制及应用

根据岩体地质力学模型试验的特点,研制出一种新型组合式三维地质力学模型试验台架装置。该装置主要由台架体和台架底盘组成,其中台架体由盒式铸钢构件通过高强度螺栓连接组合而成,台架底盘由带有螺栓槽的型钢钢板并列拼接而成。通过底盘高强螺栓可将台架体与台架底盘在所要求的螺栓槽位固定,形成组合式三维地质力学模型试验台架装置。该装置在一大型分岔隧道三维地质力学模型试验中的具体应用结果表明,其具有结构新颖、刚度大、整体稳定性好、组装灵活方便、尺寸可任意调整并能满足不同规模模型试验要求的显著技术优势。     

滑坡物理模型试验畸变修正及应用研究

 地质力学模型试验是研究滑坡形成机制的重要手段之一。分析滑坡模型试验中的相似现象与相似方法基础上,以三峡水库滑坡物理模型试验为研究背景,采用自主研制的考虑雨水作用的大型滑坡物理模型试验平台,推导滑坡模型试验的相似判据。针对传统相似理论在滑坡地质力学模型试验应用中的畸变问题,提出滑坡物理模型试验畸变修正方法。利用该方法建立滑坡物理模型试验新的相似条件和相似环境,以三峡库区千将坪滑坡模型试验研究为例,揭示该滑坡为牵引与推移式并存的二段式启动机制。采用模型畸变修正方法,对滑坡各剖面的极限位移进行预测,进一步完善滑坡物理模型的试验理论与方法。     

层状岩体边坡的弯曲变形破坏试验及有限元分析

用地质力学模型试验方法，在实验室对层状岩体边坡进行分期开挖破坏试验，同时利用考虑了岩层弯曲变形效应的有限元程序模拟开挖破坏过程。两种方法所得结果具有良好的可比性，揭示了在开挖状态下岩体弯曲变形折断破坏的一些规律。     

地质力学模型试验技术应用研究

介绍了地质力学模型试验技术的新近研究成果，内容包括获国家科技进步一等奖的PYD-50三向加载地质力学模型试验装置、获国家科技进步三等奖的拉．压真三轴仪和YD-A型岩土工程多功能模拟试验装置等模型试验设备的主要功能、特点，并简要介绍了与上述试验设备配套使用的多项模拟试验技术研制情况，包括岩体介质材料的模拟技术、喷锚支护施工工艺过程模拟技术、岩体介质变形量测技术、模型平面变形控制技术、模型边界柔性加载与横向变形同步技术等试验技术及其在工程中的应用情况。     

隧道施工过程大比尺模型试验系统的研制及应用

 为研究隧道不同开挖方法的施工力学过程,研制大比尺三维模型试验系统,该系统最大外部尺寸为5.2 m×4.5 m×2.7 m(宽×高×厚),结构合理,可任意拆卸,组合拼装,自动液压控制系统具有压力高、保压时间长、可进行稳步梯级加载等特点,能够满足各类地下工程的三维和平面地质力学模型试验的要求。在既有地质力学相似材料的基础上,通过大量的不同材料配比及其力学参数测试,获得满足V级软弱围岩的相似材料配比。基于此开展铁路隧道施工过程的大比尺三维地质力学模型试验,真实模拟隧道在开挖和支护过程中不断变化的力学过程。试验结果表明,该系统稳定可靠,可广泛应用于其他地下工程的地质力学模型试验研究,其研究方法技术及所得结果对类似工程研究具有一定的借鉴和指导意义。     

地质力学模型试验方法与变温相似模型材料研究

研究新型地质力学模型材料是研究高坝和地基稳定物理模拟的关键技术问题之一,对高坝建设具有重要理论意义和工程应用价值.介绍地质力学模型试验新型模型材料--变温相似材料和试验方法,推导超载法、强度储备法和综合法的安全度公式,并阐述其物理意义.材料试验研究结果表明,变温相似材料的抗剪断强度、黏聚力和摩擦因数等力学指标随着温度的升高而逐步降低,与温度变化成反比关系;在模型试验中通过升高模型材料温度的方式来降低材料的力学指标,从而能在一个模型上实现强度储备法和综合试验法;温度场对试验变位结果影响约为6%,对应力结果影响为-6%～9%,且温度变化越小,其影响程度越小.该材料及其试验新技术已成功应用于锦屏一级和大岗山等高拱坝的地质力学模型试验,具有良好的应用价值和工程实用意义.     

地下工程三维地质力学模型制作逆向控制技术研究与应用

 地质力学模型试验是研究岩体工程和地下工程的一种重要手段,而模型的制作方法很大程度上决定试验的可行性和结果的可靠性。以2个地下工程三维模型试验为背景,对模型制作中压实密度控制问题进行研究。根据在已建实际模型不同深度取得的实测数据,对采用等容控制夯筑法制作模型时产生的同一种材料密度不能保持恒定,而是随深度的增加产生变化的现象进行分析;提出基于击实功复合作用系数、密度随填筑深度非线性逆向控制的模型制作方法,并应用于一个实际三维模型试验模型制作中。原位取样测试结果表明,按照这种方法设计制作的模型,最终能达到模型中同一类型材料所要求的密度整体相对一致的效果,从而提高了物理模型中材料力学性质的稳定性。     

拱坝坝肩稳定的地质力学整体模型试验研究

本文介绍了国内某拱坝基础未加处理时的整体抗滑稳定三维小块体拼砌的地质力学模型试验研究情况。其中包括模型的设计和制作、测点布置和加荷量测,试验成果及分析等。还分析了拱坝及两坝肩山体在漫坝超水头作用下的超载能力及其破坏机理,并指出了影响该工程安全的主要因素及薄弱部位。     

基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析

 地质力学模型试验是研究拱坝整体稳定性的有效方法,采用250∶1的模型比例尺对有基础处理的大岗山拱坝进行三维地质力学模型试验。通过小块体砌筑技术模拟裂隙岩体的变形和强度、坝基不连续结构面以及坝基处理措施;通过油压千斤顶加载系统施加坝面水荷载;采用的数据采集系统能及时、高效地测量坝面应变、坝基岩体外部位移和内部相对位移,并自动存储数据。采用超载水容重法进行超载破坏试验,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律以及坝体和坝基岩体的开裂破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1,K2和K3对大岗山拱坝整体稳定性进行评价。通过地质力学模型试验和基于变形加固理论的三维数值模拟对比分析表明,大岗山拱坝整体稳定性较高,并得到对拱坝–坝基整体稳定起控制性作用的部位。     

地质力学磁力模型试验相似材料磁力特性研究

 地质力学磁力模型试验是利用电磁力(场)模拟重力(场)的原理来研究地质力学工程问题的试验方法。在模型中,时间t、几何尺度l缩小n倍、重力加速度g扩大n倍,而材料的其他基本物理力学参数的相似比均为1,从理论上说可以采用原型材料进行地质力学磁力模型试验,这在模型试验的操作上十分方便。磁性材料的磁力特性是磁力模型试验方法的关键。磁粉、土体、水在电磁场中表现出不同的电磁和磁力特性。磁粉材料的电磁特性由磁回滞曲线表示。磁性材料在电磁场中的磁力与磁场强度的梯度成正比。A–200磁粉在磁感应强度为563.2 mT,磁粉含量为40%时的最大磁力倍数为20.92,并发生于第二次加磁;C–180磁粉在磁感应强度为569.6 mT,磁粉含量为30%时的最大磁力倍数为23.94,也发生于第二次加磁,这2种磁粉均可考虑作为磁力模型试验的模型材料。     

大型分岔隧道围岩稳定与支护 三维地质力学模型试验研究

 分岔式隧道是一种新型隧道结构型式，目前尚无相应的设计、施工技术规范和标准可循，为了解这种新型隧道结构的应力和变形状况，采用三维地质力学模型试验方法对目前在建的沪蓉西高速公路大型分岔隧道进行研究。试验成果有效地揭示分岔隧道洞周的应力、位移变化规律和分岔隧道围岩的破坏机制，获得分岔隧道的设计和极限承载安全度，为分岔隧道的优化设计和施工提供了有工程指导意义的建议和结论。     

Effect of geomechanical properties on Cerchar Abrasivity Index (CAI) and its application to TBM tunnelling

Abrasiveness of rocks plays an important role in the wear of TBM tunnelling. Cerchar Abrasivity Index (CAI) test is the most commonly used method to estimate rock abrasiveness due to its simple, fast test procedure and economic benefits. This study investigated the correlation between CAI and geomechanical properties of igneous and metamorphic rocks. Single and multiple regression analysis were performed and predictive models for the CAI from geomechanical properties were developed. It is found that single parameter alone is not suitable to predict the value of CAI. The result of the multiple regression analysis shows that quartz content is less influencing factor to predict the value of CAI. Also, the correlation between CAI and NTNU’s Cutter Life Index (CLI) was examined and a predictive model for the CLI from CAI and geomechanical properties was suggested. Finally, the influence of CAI on disc cutter life prediction models was investigated and it was found that the variation of CAI has the maximum effect on the predicted disc cutter life in Gehring model.     

The pretunnel method, a new Italian technology for full-face tunnel excavation: A numerical approach to design

A new analytical method based on the convergence-confinement approach to the design of pretunnel lining is presented. The results obtained with the proposed model are compared with the results obtained with an FEM axisymmetric model, for the geometrical and geomechanical parameters of a real tunnel for a new Italian high-speed railway link currently under design.