岩石冻融循环试验建议性方案探讨

岩石冻融循环试验是低温岩石力学基础性试验,其主要涉及冻融循环温度、冻融时长、循环次数等3个指标。但目前关于指标的选取,国内外的试验规程或相关学者研究成果,均未给出明确参考依据,对岩石冻融循环试验方案的确定造成较大困扰。本研究旨在明确各指标的确定办法,提出建议性岩石冻融循环试验方案。首先,展开国内外冻融循环试验方案的全面综述,指出目前冻融循环试验方案确定时所存在问题,并藉此明确冻融循环试验方案思路;接着,针对以上三大影响指标,通过设计室内岩石冻融循环试验,详细探讨冻融循环温度、冻融时长、循环次数对岩石物理、力学参数的影响,最终根据试验结果,明确出针对不同岩性、孔隙率所对应的建议性试验方案。本研究将为后期冻融循环指标选取及标准化试验方案建立提供技术借鉴。     

城市地下空间开发利用现状及未来发展理念

城市快速发展出现诸如环境污染、资源短缺、交通拥堵、房价高等“大城市病”问题,破解“大城市病”的最佳选择在于开展城市地下空间开发利用。归纳我国大城市建设存在的“大城市病”特征,提出了城市地下空间开发利用对于城市可持续发展的现实意义,对国内外城市地下空间开发现状进行了综述,明确了当前城市地下空间开发利用存在的核心问题及发展方向;基于国内外现状分析,明确进行了我国未来地下城市空间开发利用的发展原则;提出未来地下城市规划布局发展的若干理念,从法制构建角度倡导树立第四国土、地下红线理念;从规划、设计、建造角度推崇融合设计、规划留白、智慧建造等理念;从空间角度提议采用节点TOD空间布局理念;从可持续发展角度坚持以人为本理念。本研究综述及发展理念旨在为未来大城市立体空间联动利用提供模式借鉴。     

冻融环境下岩体损伤力学特性多尺度研究及进展

岩体因天然缺陷存在易受到冻融环境影响而产生损伤,冻融损伤过程实质上为反复冻胀荷载作用于缺陷引起的疲劳演化过程。但从冻融损伤存在显著的尺度效应,缺陷的不同空间尺度往往决定了冻融损伤评价尺度,如初始损伤以空洞、孔隙、微裂纹等为主的多孔岩石,其冻融损伤多表现为孔隙或微裂隙萌发、扩展、连通等,反映的是微、细观尺度范畴;而初始损伤以节理、裂隙等为主的岩体,其冻融损伤多体现沿宏观缺陷的局部化冻融损伤,属于宏观损伤尺度范畴。着眼于岩石冻融损伤尺度及对应损伤识别尺度两大关键问题,首先,依据岩石天然缺陷空间尺度进行量化分级,明确不同层级下的损伤特征及对应损伤识别方法;而后系统归纳微、细、宏观尺度下岩石冻融损伤识别及评价方法,明确不同尺度条件下冻融损伤识别手段及损伤力学机制。最后,结合现今岩石冻融损伤研究现状,提出岩体冻融多尺度损伤识别及评价机制发展方向,并初步探讨冻融诱发岩体损伤的微–细–宏观的跨尺度认知思路,有望对冻融诱发岩体损伤特性及对应性识别系统认知提供参考。     

冻融–周期荷载下单裂隙类砂岩损伤及断裂演化试验分析

开展冻融–周期荷载下裂隙岩体损伤及断裂演化规律分析,首先通过对0°,45°,90°的单裂隙类砂岩试样开展0,10,20,30次冻融循环;而后对不同冻融次数后的试样进行每级10次加卸载试验,进而关注冻融–周期荷载联合作用下裂隙岩体损伤特征及端部断裂。取得的成果如下:(1)裂隙岩体在冻融–周期荷载联合作用下,其损伤特征与裂隙发育形态、冻融次数、周期荷载作用方式均存在关联,其中,冻融次数与周期荷载存在典型叠加效应;(2)因冻融作用的参与,疲劳破坏强度与裂隙倾角呈现正比关系,该规律明显有别于未冻融加卸载试验结论;(3)随着周期荷载强度提升,裂隙岩体回滞环形态趋于饱满,并依据裂隙倾角差异出现不同迁移方向;此外,回滞环饱满程度呈现"中央小于首尾"典型特征;(4)基于渐进损伤区"缺陷面积"表征累积性损伤,可较好体现冻融–周期荷载作用下裂隙端部三阶段局部化疲劳损伤效应。研究成果对不同形式周期荷载作用下裂隙岩体损伤及断裂演化认知具有一定参考价值。     

西南某水电站地下厂房围岩稳定性分析

采用地下厂房高边墙一个关键点位移的预测方法得出高边墙关键点的位移,并以弹塑性位移相对比值判别法作为围岩稳定性的判据,再分别讨论计算顶拱围岩在有塑性区和无塑性区情况下顶拱的临界沉降量,对西南某水电站地下厂房洞室围岩整体稳定性进行研究和评价。监测数据显示顶拱的位移近似呈阶梯式上升,自09/01/01以后基本保持平稳没有大幅度上升的趋势,围岩的位移值小于计算的临界位移值,与本文分析结果相符合。根据收集的地质素描资料对顶拱和边墙出现的结构面组合切割形成的失稳块体进行稳定性分析计算,对于不稳定的块体进行及时的支护,保证厂房围岩的局部稳定。     

基于可拓学的基坑支护方案优选模型及应用

为了在众多的基坑支护方案中选择出最优的支护方案,实现整个基坑工程的经济性、安全性、环保性和施工便捷性.本文针对深基坑支护的特点,采用可拓学理论中的优度评价法建立评价模型,对各待评方案的优度值进行比较,合理选择基坑支护方案.实际工程证明该方法是切实可行的.     

岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型及试验分析

首先从"地质体-工程体"二元介质材料界面黏结机制出发,探究影响岩石-混凝土界面黏结性能的控制性指标,并构建二元体介质界面黏结强度理论表征;而后,通过内在认知冻融对界面黏结性能的劣化过程,提出岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型。为进一步验证模型准确性及评价效果,以花岗岩-混凝土二元体试样为对象,开展不同界面粗糙度(JRC)及循环次数的界面黏结性能剪切试验,试验结果较好验证了理论模型的可靠性。该模型综合考虑界面表观特征、混凝土C-S-H基团"树根桩"效应及冻融损伤劣化特征,为认知岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化提供了理论参考。此外,为深入认知界面黏结性能冻融劣化理论模型与实测值误差原因,围绕壁面强度分配系数、界面破坏形貌分析特征、NMR分层细观分析技术及界面黏附强度冻融劣化耦合特征予以进一步讨论,拓展了冻融诱发界面黏结性能劣化认知深度。研究成果可为评价冻融诱发岩石-混凝土界面黏结强度劣化提供理论及试验依据。     

基于分析分解模型数值试验的围岩力学参数估算

地下硐室围岩因结构面存在稳定性显著降低,且受结构面影响难以进行力学参数室内试验测定,导致不同围岩力学参数难以准确表示。提出一种采用分析分解模型数值试验估算围岩力学参数的新方法,依据围岩分类体系结果,借助FracSim 3D程序构建不同围岩类别的三维结构面网络模型,并通过x,y,z方向截取二维结构面网络图以反映岩体各向异性特征,实现构建分析分解模型;之后,应用已有试验成果将分别得到的对应的完整岩块及相关结构面的力学参数值作为模型基本输入参数;最后,应用有限元法(Phase 2D程序)建立其对应的岩体结构数值模型,通过有效控制边界条件实现对单轴压缩、三轴压缩等试验的模拟,即实现用宏观等效的岩体模型来预测岩体强度与变形特性,进而完成对不同类别围岩力学参数值的确定。     

冻融循环和围压对岩石物理力学性质影响的试验研究

对饱和红砂岩进行开放系统下的冻融循环试验,记录红砂岩的冻融劣化过程及破坏特征;当试样经历0,5,10,20,40次冻融循环后,分别进行4种设定围压下的力学特性试验,分析了冻融循环和围压对岩石物理力学性质的影响规律。研究表明:红砂岩的冻融劣化模式主要为颗粒剥落、龟裂、脱落及断裂模式。随着冻融循环的进行,岩样的质量和密度呈现先增后减的趋势,而纵波波速持续减小;随着冻融循环次数和围压的增加,岩石的压缩性不断增强,峰值应变逐渐增大,塑性屈服段渐趋明显,残余强度降低速率减慢,破坏形式由脆性转化为延性;而弹性模量、抗压强度及残余强度随着围压的增大不断增大,随着冻融循环次数的增大明显减小。岩石的细观结构经历损伤的非线性演化,显现出宏观力学特性的变化。     

节理平均迹长与统计窗选位关联性分析

 目前常用的统计窗迹长估算方法多假定节理中心在各向服从均匀分布,即认为统计窗的布置点位对平均迹长估算结果无影响。而实际上节理作为漫长地质演化过程的产物,受多期地质建造、构造综合作用,使得其形态及规模已发生较大的改变,呈现典型的地质韵律特征,若随机布置统计窗点位将会产生截然不同的迹长估算结果。为研究节理迹长与统计窗选位的关联性,以大岗山水电站地下主厂房区为例,首先对厂房区下游边墙节理组进行地质演化过程分析,确定厂房区优势节理组为辉绿岩脉及其节理影响带。接着以岩脉?81及其影响带为代表,对其发育地质韵律特征予以详细研究,藉此提出统计窗布置点位、尺寸及估算方法建议。最后采用5种统计窗估算法对研究区各区段节理迹长进行对比分析。研究发现：节理估算迹长与统计窗选位存在较强的关联性,不同的节理发育特征及统计窗布置点位适合于不同的节理组迹长估算方法,在应用统计窗法估算节理迹长时,需充分考虑优势节理发育规律,合理选择统计窗位置,尽可能将不同类型的节理包含其中,使之同时体现切割、交接、包含3种关系,并选取适合于本统计窗的迹长估算方法。