龙游石窟5号洞室的破坏机理研究

龙游大型古地下工程洞室群具有大跨度、超浅埋的特点,其独特的结构形式和高超的施工工艺是我国古人智慧和创造力的结晶,也是世界地下空间开发利用的一大奇迹。已对外开放的5号洞室多处出现了开裂,且裂缝不断扩展。为了深入了解石窟围岩的破坏机理,为石窟的保护工作提供理论依据,基于三维地质扫描技术建立5号洞室的几何模型,利用RFPA-3D数值计算软件,对构成5号洞室的顶板、岩柱、洞口围岩的应力场分布规律以及变形破坏特征进行分析。研究发现,在洞口顶板产生拉伸裂缝,岩柱产生压剪裂缝。数值模拟结果中洞室顶板和岩柱的裂缝分布情况与现场调查结果吻合较好。研究结果可为5号洞室围岩力学行为的科学分析、预测及石窟的保护等提供依据。     

基于模糊综合评价和数值模拟方法的石浦港岸坡稳定性分析

由于影响港岸边坡稳定性的因素较多,且许多因素难以量化,因此分析和评价港岸边坡稳定性一直是个难点。为查明石浦港岸坡稳定性,基于现场地质调查情况,选取岸坡坡度、地层岩性、岸线类型、波浪作用、人类工程活动５个评价指标,构建评价指标体系,分别采用模糊综合评价法和数值计算法对石浦港岸坡进行稳定性分析。结果表明,石浦港岸坡１９个研究区块,其中有７个稳定性相对较差,主要分布于港区水下岸坡坡度较大,软土厚度较厚岸段,评价结果与实际情况较为吻合;石浦港岸坡部分岸段的数值计算结果与模糊综合评价结果一致,表明模糊综合评判方法的可行性和合理性。该研究对于港口边坡稳定性评价、灾害预测预报及后续工程治理具有一定的参考价值。     

含水率对红砂岩瞬时和蠕变力学性质影响的试验研究

水是影响岩体工程稳定性的重要因素。为了全面分析水对岩石瞬时及蠕变力学特性的影响,设计了两类试验：单轴压缩强度试验和蠕变试验。通过吸水试验分析红砂岩的吸水特征,并以此为依据制备不同含水率的标准试件。首先对9组不同含水率的试件进行单轴压缩强度试验。利用体积应变法和LSR法(Lateral Strain Response)确定红砂岩在单轴压缩条件下的4个特征应力：闭合应力、启裂应力、损伤应力和破坏应力, 从而得到了含水率与红砂岩力学参数的定量关系。结果表明,应力应变曲线上各阶段特征应力随含水率增大而服从负指数规律衰减,并且当试件达到饱和后,各特征应力趋于稳定。由于高孔隙率的特性,导致红砂岩的特征应力在短时间内显著降低。启裂应力σi与闭合应力σc之差随着含水率的增加而减小。这说明水的增加导致红砂岩非线性特征增强。强度和弹性模量损失系数随含水率呈指数函数增长的趋势,饱和红砂岩的强度和弹模总损失系数分别是0.484和0.334。此外,将5组不同初始含水率的试件持续浸在充满水的环境试验箱中,开展荷载与水共同作用下的蠕变试验,从而得到长期水环境对红砂岩蠕变力学特征的影响。结果表明,试件的瞬时应变和稳态应变率随含水率增加呈指数形式增大,蠕变应变和破坏时间随含水率增加而减小。当含水率趋于稳定时,红砂岩的蠕变特性仍然有显著的变化,其原因在于环境中的水沿蠕变新生成的裂缝进一步运移到裂缝尖端,初始裂纹进一步扩展。实验结果不仅强调了短时间内水对高孔隙率岩石瞬时力学性质的急剧弱化作用,而且强调了环境中的水对饱和岩石蠕变力学性质的持续影响作用。此外,实验数据和拟合方程将为岩体工程长期稳定性的评估提供一定的参考价值。     

荷载与水共同作用对红砂岩蠕变特性的影响

在岩体工程中，岩石往往受到荷载和水的共同作用。为了研究岩石在荷载和水共同作用下的蠕变力学性质，将红砂岩试件浸没在水中并施加不同应力水平，进行单轴压缩蠕变试验。通过比较浸水试件和表面密封的饱和及干燥试件的蠕变力学参数，研究了荷载与水共同作用对红砂岩蠕变特性的影响。结果表明，浸水试件的长期强度最小，饱和试件次之，干燥试件最大；而且浸水试件稳态应变率最大，饱和试件次之，干燥试件最小。从损伤力学及裂纹扩展的角度来看，环境中的水分持续运移到由于蠕变变形产生的新裂隙中，加剧了水对岩石的物理力学作用是导致浸水试件的蠕变特性更加显著的原因。试验结果对岩体工程的监测及稳定性分析具有一定的指导意义。当对岩体工程进行稳定性计算分析时，建议依据荷载与水共同作用条件下的试验结果选取岩石力学参数。     

基于长期强度的节理岩体洞室蠕变特性研究

为了进一步探究节理岩体蠕变特性,摆脱传统意义上从宏观弹塑或粘弹塑本构的角度分析岩体流变特性的方法,将细观单元视为弹脆性的本构关系,采用考虑岩石长期强度的岩石破裂过程分析系统,通过对不同工况下的节理岩体洞室数值模拟,得到了节理间距和节理夹角对围岩蠕变特性及其破坏特征的影响规律。结果表明：节理岩体洞室围岩的蠕变量随着节理面间距的增大而减小;当节理面的水平夹角小于45°时,节理岩体洞室围岩蠕变量随着节理面夹角的增大而增大,但当节理面倾角大于45°时,蠕变量反而随着节理面倾角的增大而减小,当节理面倾角等于45°时,围岩出现大量破坏,并表现出加速蠕变的特征。