粗糙节理的峰值抗剪强度准则

采用3组具有不同表面形貌的节理试件分别在0.5,1.0,1.5,2.0,3.0 MPa的法向应力下进行直剪试验,研究常法向应力条件下峰值抗剪强度与节理表面三维形貌特征参数之间的定量关系。选用有效三维平均倾角、最大可能接触面积比作为表征节理三维形貌特征的参数;在分析剪胀角与法向应力关系的基础上基于试验结果提出双曲线形式的经验剪胀角模型,进而建立新的节理峰值抗剪强度公式。与Barton公式、Son公式进行了对比,在分析计算偏差的基础上对新公式做出简要评价。     

非静水压力场中考虑应力释放的圆形隧道黏弹性解

在非静水压力场中考虑应力释放的圆形隧道弹性解基础上,先利用对应性原理求解应力释放率λ为常数时隧道的黏弹性解。然后考虑到施工过程中应力逐步释放,隧道内壁(r=R0)处边界条件随开挖面和研究断面之间距离x变化,距离x取决于掘进速度v和时间t,从而边界条件可以表示为时间t的函数。采用斯蒂尔杰斯积分法将常应力释放率时黏弹性解中的λFi(t)(i=1～11)转换为Fi(t)对应力释放率导数dλ(t)的积分形式,可得非静水压力场中考虑应力释放的圆形隧道黏弹性解。该解在侧压系数k0=1时,可转化为静水压力场中考虑应力释放的黏弹性解;在λ=1时,可以转化为非静水压力场中不考虑应力释放的黏弹性解,所以后2种解均为非静水压力场中考虑引起释放圆形隧道黏弹性解的特例。考虑非静水压力场,求解边界条件能较好地反应工程实际中原岩应力分布;考虑应力释放能够反应隧道掘进过程中围岩应力及变形分布情况。故所提出的黏弹性解能够为隧道设计、施工阶段及长期变形及稳定性预测提供理论依据。     

单向冻结时开放条件下饱和砂岩冻胀试验及THM耦合冻胀模型

为研究寒区岩石在梯度温度场中补水条件下的冻胀变形规律,进行了单向冻结时开放条件下饱和砂岩冻胀试验。试验结果表明,单向冻结时开放条件下饱和岩石冻胀过程中,沿冻结方向的冻胀位移变化过程可分为冷缩阶段、原位冻胀阶段、分凝冻胀阶段3个阶段。分凝冻胀阶段冻结锋面趋于稳定,冻胀变形持续增长,与时间基本呈线性关系。此外,分凝冻胀阶段补水量换算的迁移水分凝冻胀位移与冻结方向冻胀位移比较接近。随着平均温度梯度增大,分凝冻胀变形速率增大,且分凝冰位置与平均温度梯度线性相关。然后,建立了考虑孔隙水原位冻胀与迁移水分凝冻胀的THM耦合冻胀模型。模型中,孔隙水原位冻胀计算基于未冻水含量,并引入约束系数表征岩石骨架对孔隙水冻胀约束程度;迁移水分凝冻胀计算基于分凝势理论,水分迁移速率与冻结缘处的温度梯度成正比。模型计算结果与试验结果对比表明,建立的THM耦合冻胀模型能够比较准确地计算单向冻结时开放条件下饱和岩石冻胀位移,并能够模拟出分凝冻胀时分凝冰层引起的位移突变及分凝冰位置,可用于寒区冻胀敏感性岩石开放条件下冻胀变形计算。     

节理表面形貌的室内和现场量测及其应用

本文介绍了室内和现场岩石表面形貌量测的仪器和方法。为满足大范围现场原位节理表面形貌的量测需要,提出了表面形貌的分段测量理论.评述了表面形貌特征参数在节理闭合和剪切模型中的应用及节理表面形貌特征参数的尺寸效应。     

地质雷达在隧道超前预报中的应用

地质雷达是一种用于探测地下介质分布的广谱电磁技术，它主要利用不同介质相对介电常数的差异进行地质预报。由于贵州省崇遵高速公路位于典型的喀斯特地形区，在隧道施工中经常遭遇地质灾害，运用地质雷达成功预报了隧道掌子面前的地质构造，确保了施工安全，取得了良好的经济和社会效益。     

隧道二衬质量检测中的地质雷达探测参数优化

介绍了利用地质雷达进行公路隧道二衬质量检测的原理及方法，主要研究了二衬质量检测时地质雷达探测参数的设置对检测结果的影响，通过试验得出了在进行隧道二衬质量检测时地质雷达参数的优化设置。在按照上述优化参数并考虑误差的情况下，地质雷达检测所得结论与工程实际符合较好。     

鹤上隧道围岩松动圈测试与分析

围岩松动圈是评价围岩稳定性的重要参数之一,文章结合大断面小净距鹤上隧道的工程实践,采用声波法和多点位移计法对隧道围岩松动圈进行了测试分析,获得了整个隧道断面松动圈的分布;基于测试结果,验证了该隧道锚杆设计支护参数的合理性,为围岩松动圈支护参数的确定提供了依据和指导.     

岩石节理剪切-渗流耦合试验系统的研制

对所研制的岩石节理剪切-渗流耦合试验系统的结构和功能进行详细介绍.该系统包括法向和切向力加载系统、水压加载系统和渗流剪切盒3部分.最大法向和切向荷载均为600 kN;试样尺寸为200 mm(沿剪切方向)×100 mm(垂直于剪切方向)×100 mm(高)和300 mm(沿剪切方向)×300 mm(垂直于剪切方向)×150 mm(高),可在渗透压力为0.5 MPa(相当于50 m高的水头)时,在节理剪切过程中,剪切盒保持密封不渗漏.其中法向力加载除了可以实现常法向应力和常法向位移的加载方式外,还可以实现常法向刚度的加载方式,更符合客观实际;水压加载系统是用类似"针筒注射器"的装置完成,在试验过程中可分别测量进水口和出水口处的水压和流量;经特殊设计的渗流剪切盒可以保证节理在进行剪切渗流试验中,一定压力的渗流水会沿指定路径流过节理面,且不发生渗漏.将以上各部分形成系统,可以实现岩石节理剪切-渗流耦合试验的功能.利用研制的系统,对取自雅砻江水电站锦屏二期工程的岩样进行试验,结果表明:所研制的新试验系统可以满足节理剪切-渗流耦合试验的要求,且系统操作方便,试验过程稳定,试验数据精度较高,可用于探索水库、大坝、地下洞室的开挖、矿山深度开采、石油深度开采、深部核废料处理、地热开采等极为广泛工程领域的自然现象与深刻规律,为能源与资源的开发提供研究手段.     

节理剪切应力–位移本构模型及剪胀现象分析

 在法向与切向荷载的共同作用下,节理剪切应力–位移曲线宏观表现为峰前呈剪切硬化、峰后呈剪切软化现象：当微凸体爬坡效应占主导地位时,宏观表现为剪切硬化;当微凸体在剪切过程中磨损累积到一定程度时,宏观表现为剪切软化。剪胀硬化、磨损软化共同控制节理的剪切力学行为。在详细分析已有的剪切应力–位移本构模型的局限性的基础上,提出硬化–软化全剪切本构模型,采用单个函数反映节理剪切位移曲线的变化特征,其优点为：(1) 避免分段讨论剪切位移曲线特征、分段求取拟合参数的麻烦;(2) 在整个讨论区域内存在一个峰值且峰值处斜率为0;(3) 当剪切位移足够大时,强度趋于残余值,体现出节理面材料的力学特征。对不同类型的剪切位移曲线进行分析,该模型均表现出较强的适应性。同时分析现有的剪胀模型,其主要缺陷是不能反映初始剪缩现象与体现真正的剪胀起始点。在分析典型剪胀曲线基本特征的基础上,采用分段函数考虑剪胀特征,能较好地拟合剪胀曲线。     

基于节理精细化描述的隧道围岩变形破坏特征分析

 福州机场高速二期金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩稳定性受节理展布特征影响显著。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面、区段断面及其他出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测;在此基础上,利用非连续变形分析(DDA)法对金鸡山隧道围岩变形、破坏过程进行模拟计算,对隧道围岩变形、破坏的典型阶段进行划分,并指出隧道容易发生变形破坏的部位。最后,将DDA计算分析结果与隧道施工过程中发生的塌方进行比较,两者性态一致,表明DDA法在隧道围岩的稳定性分析基本能够反映隧道真实稳定性,在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。