地下洞室围岩整体稳定性定量评估的方法、云系统与工程实践EI北大核心CSCD

地下岩体工程的迅速发展,使得地下洞室的围岩稳定性定量评估成为当前学界和工程界的重大关切。针对当前地下洞室围岩整体稳定性评估与分级尚无定量标准的现状,提出一套以评分制为基本框架、整合工程地质勘察、数值仿真、现场监测等成果的地下洞室硬质围岩整体稳定性定量评估方法,用于考虑围岩基本质量、地应力、不良地质构造、洞室规模与布置方式、施工方式与质量和地下水等因素对围岩整体稳定性的影响。基于该评估方法的基本原理和评估流程开发了地下洞室围岩稳定性云评估系统,可供使用者便捷有效地判别地下洞室的围岩整体稳定性状态并指导工程实践。将这一定量评估方法和云评估系统应用于多个地下洞室的围岩整体稳定性评估,验证了它们的可靠性和适用性。     

放射性废物地质处置中主要岩石力学问题

放射性核废物的地质处置是一个关系到国计民生多学科交叉的综合性问题。它不仅提出了许多挑战性的科学和技术课题，而且在一个更高的层面上对国家核能，核废物，国防和环境保护事业中大型科学研究的总体规划和组织实施，经费保障及工程建设等提出了立法和政策方面的要求。岩石力学和岩石工程是计算机性废物地质处置问题的一个极其重要的方面。放射性废物地下处置系统的设计，现场址质调查，工程设计和施工，运行以及系统长期安全性评估均含有重要的岩石力学和岩石工程内容，因而在放射性废物地质处置的研究和发展规划中有不可取代地位，据此，首先对核废物地质处置的总体系统及各个主要环节的主要理论和工程问题作一个简要的介绍。然后在此基础上，提出在可行性研究及现场勘查调研对岩石力学和岩石工程主要内容，要求及目前国际上的动态和发展方向。讨论的重点是节理岩体的温度，应力，流体流动及化学反应过程耦合效应的数值方法，试验研究，及其国际放射性废物处置事业中的进展和前景及中国在核废物地质处置方面所开展的研究工作以及所取得的进展。     

基于扩展卡尔曼滤波的岩石流变模型参数识别

针对岩石材料本身复杂性及观测条件引起的室内外试验数据中存在的不确定性,引入卡尔曼滤波方法,将岩石流变模型参数视为某随机过程的状态估计量,构造相应的卡尔曼滤波方程进行参数识别。以构皮滩水电站岩石工程黏性软岩的单轴压缩蠕变试验为例,对广义开尔文模型的有关参数进行识别,结果表明该方法具有很高的识别精度。同时探讨不同观测误差对滤波过程及参数识别结果的影响,数值试验表明该算法具有较强的抗噪声干扰能力,为解决岩石力学参数识别中的不确定性问题提供一个有效的理论方法。     

金山店铁矿地下开采引起地表变形规律的离散元模拟研究

用离散单元法对金山店矿山进行了二维模拟研究，得到了围岩变形规律，且计算结果为圈定地表的移动和陷落范围提供了可靠的依据；同时，对离散元方法的应用，特别是参数选取进行了有益的探讨。     

高地应力下岩石的真三轴试验研究

通过真三轴试验模拟高地应力条件下地下工程开挖引起的复杂的应力路径的演化。在设定的加载方式下，针对拉西瓦新鲜花岗岩的试验结果表明：当卸载最小主应力时，岩石发生回弹变形，声发射计数率比卸载前显著增加，增加的幅度随中间主应力的增加而逐渐提高。岩石的应力一应变关系为弹脆性，峰值强度随中间主应力的增加有所提高，峰值强度的提高值与中间主应力的比值随中间主应力的提高逐渐减小。声发射计数率峰值与应力水平有关，峰值的次数与破坏后主裂缝的条数相对应。最后，分析了岩石的破坏机制。     

基于模式搜索的岩石流变模型参数识别

介绍一种根据岩石蠕变试验资料识别流变模型参数的方法,该方法是模式搜索与非线性最小二乘法的有机结合,避免了曲线拟合中由于流变参数初值选取不当、迭代不收敛的困难。用该方法对某工程粘土岩室内单轴压缩蠕变试验进行了研究,识别出了不同应力水平下的流变力学参数。研究表明,采用伯格斯模型描述该类粘土岩的流变力学特征比广义开尔文模型更为合适。     

岩体动力系统独立主变量的数学模型研究

选取或构造合理的状态变量，对于建立正确的岩体动力系统的非线性动力学模型是至关重要的。针对传统理论和方法中存在的系统变量之间的非独立性问题，建立了“岩体动力系统的独立主变量”模型，并讨论了相应的算法，从而完善和发展了岩体非线性动力学理论。计算实例表明，所建立的独立主变量可以更精确地描述岩体动力系统的非线性演化过程。     

应力–水流–化学耦合下岩石破裂全过程的细观力学试验

自行研制了应力–水流–化学耦合下岩石破裂全过程的细观力学试验系统，可以进行应力–水流–化学耦合下的多项岩石力学细观试验，实现了应力–水流–化学耦合下岩石破裂全过程的显微与宏观实时监测、控制、记录与分析的岩石力学试验。对不同化学溶液腐蚀的多裂纹灰岩试件，应用该系统进行了应力–水流–化学耦合下单轴压缩破坏全过程的试验。试验过程中试件一直浸泡在流速为513 mm/s的相应的化学溶液中，对NaCl溶液(0.01 mol/L，pH = 7)作用下裂纹的起裂、发展及贯通破坏过程进行了分析研究。与未受化学溶液腐蚀的相同裂纹排列方式试件的试验结果比较，受化学溶液腐蚀与未受化学溶液腐蚀试件裂纹扩展破坏过程差异的主要原因为化学溶液对试件产生了腐蚀及软化作用，而未受化学溶液腐蚀试件的破坏则为脆性破坏。试验研究结果证明了该系统的科学性和先进性。     

凹形圆弧断裂构造的简化力学模型及其解析分析

从分析潘一矿的煤与瓦斯突出分布规律及其附近控制性断裂构造特点出发，建立了求解竖向凹形圆弧断裂周围构造应力的简化的二维力学模型。导出了断层上盘中水平应力和垂直附加构造应力的解析解，由此推得在断层的上盘中存在一个范围较大的垂直应力升高区，升高后的垂直应力为自重应力的2-3倍，且垂直应力升高区的峰值距断层很近，这与数值模拟的结果完全一致。这一结论较好地解释了发生在断层上盘和发生在地壳浅层的煤与瓦斯突出现象，将有助于进一步深入研究煤与瓦斯突出机理和提出新的预测方法。     

高应力地下交叉洞室爆破诱发掉块的微震活动及震源机制研究（英文）

岩体掉块是在地下洞室开挖过程中容易遇到的破坏灾害之一。为客观评价爆破开挖引起的地下交叉洞室岩体掉块的微震活动及震源机制,在白鹤滩水电站母线洞安装了6个单轴加速度计和8个单轴检波器,开展原位微震监测试验。在时域上,生产爆破的微震活动响应表明,爆破后3 h内,微震活动处于活跃阶段。在空间域上,随着工作面的推进,开挖区周围的应力集中分布,岩体的破坏和劣化逐渐加剧。微震事件的活动区域与应力集中区域一致。基于矩张量反演法分析破裂机理可知,地下交叉洞室岩体掉块的破裂机理以拉张断裂为主。研究结果可为类似地下洞室围岩的稳定性分析、爆破开挖及支护优化等问题的重新思考提供重要参考依据。