高围压岩石三轴流变试验仪研制

 TLW -2000型岩石三轴蠕变试验仪是经科技部资助对原流变试验设备进行技术升级与改造项目的主要成果,能自动稳压、自动记录并能进行高围压三轴流变试验。介绍了该仪器的升级改造、各项性能指标校准及通过三轴流变试验对设备进行测试的情况。该设备稳压系统升级改造采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组合,达到了良好的稳压效果。     

高应力下岩石非线性强度特性的试验验证

 深埋工程岩体开挖后围岩的强度特性表现出明显的非线性特征。基于室内岩石三轴加载及卸荷力学试验成果,对高应力下岩石的非线性强度特性予以验证,并开展高应力下应力路径对强度参数影响规律研究。采用已有的二次抛物线型、双曲线型、幂函数型等型式的包络线来研究强度特征的非线性,结果表明,幂函数型Mohr准则能够作为在高应力加载和卸荷应力路径下的岩石破坏的强度判据。在低围压下(＜10 MPa),三轴卸围压破坏强度要小于常规三轴强度;而在高围压下,前者略高于后者。内摩擦角的正切值与等效法向应力的函数关系表明岩样的实际内摩擦角并不是一个不变值,具有幂函数关系的非线性特征,在低应力下卸载破坏内摩擦角要比常规三轴压缩剪切内摩擦角略大,在高应力下则相反;根据Mohr准则中内摩擦角与理论破裂角之间的关系,随着应力增加它们的破裂角均呈非线性衰减并趋向π/4。     

应用PLAXIS有限元程序进行渗流作用下的边坡稳定性分析

为了进行渗流作用下的边坡稳定性分析,必须考虑 渗流场与应力场之间的相互耦合作用。目前对渗流作用下边坡稳定性的分析一般都是通过自 编程序进行的,通常都是先对渗流进行有限元数值模拟,然后再对边坡采用条分法进行稳定 性分析。目前国际上关于渗流作用下边坡稳定性的分析方法发展较快,已经可以采用有限元 强度折减法来进行分析计算,尤其是PLAXIS有限元程序对于这方面有较好的适用性。应用PL AXIS有限元程序采用有限元强度折减法,进行了渗流作用下的边坡稳定性分析,并用ADINA 和GEO -SLOPE程序进行了验算。     

DDA块体接触开-闭迭代研究

非连续变形方法是一种隐式求解的动力学计算方法,且采用在块体界面加减刚硬弹簧的方式来满足块体界面无张拉和无嵌入的接触准则。基于建立的DDA块体接触分析模型,推导了静力条件下块体的接触位移理论公式,并且通过接触力的计算,验证了该公式的正确性。运用此公式,定量研究了块体变形模量、弹簧刚度、时间步长和接触位移之间的相互关系,并绘出了当块体变形模量和弹簧刚度一定时,接触位移随时间步长变化的关系曲线。通过建立简单的块体系统力学分析模型,剖析DDA中开-闭迭代完整的实现过程,证明了石根华博士在DDA计算中采用时间步长来调整和加快开-闭迭代收敛的策略是合理、高效的。该研究也揭示了DDA各参数取值应依据的基本规律,可以推动DDA的实际工程应用。     

唐家山堰塞坝形成机制DDA模拟研究

为了研究唐家山堰塞坝的形成机制，采用了兼有真实时间和非连续大变形分析于一体的非连续变形分析方法（DDA）。以DDA方法为基本研究手段，以唐家山滑坡完成后形成的堰塞坝形态和位置作为目标函数，对唐家山滑坡过程进行复演； 通过对滑床强度参数、地震荷载以及河床泥沙等滑坡过程的主要影响因素进行深入研究，探讨了地震荷载下高速滑坡的形成机制。研究结果表明，唐家山滑坡原因是汶川强地震载荷作用，使得滑坡滑床强度参数由静强度参数降低为动强度参数，由此引发高速滑坡。滑坡从启动到停止，其速度变化曲线具有显著的非线性特征。滑坡滑动总的持续时间约37 s，其中，在0 ~25 s内滑坡速度较大，最大滑速达25 m/s, 平均滑坡速度15 m/s。滑坡体高速滑到河川后，形成堰塞坝，在滑体中下部主应力方向发生偏转，最大主应力与河床边界近于平行，量值达6~7 MPa。在滑体前缘与后缘一定范围，滑体被解体，应力较小。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。     

某水电站引水隧洞突水数值模拟

 离散元软件 UDEC 可以用来模拟裂隙岩体的开挖以及进行水力全耦合分析。采用 UDEC 来模拟裂隙岩体开挖后在水力耦合作用下渗流流量与其对应水压力的变化过程并预测可能发生的突水灾害。结果表明开挖洞室以后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量三者相互作用、相互依赖。裂隙隙宽的减小使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加。裂缝隙宽增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低。在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。西南某水电站在深部裂隙岩体中开挖引水隧洞,该处地应力高且外水压大,容易引起突水灾害,对其进行了突水数值模拟,提示了一些可能发生突水的位置。     

确定软岩岩体承载能力方法研究

根据重庆市及川东地区软岩的试验研究成果 ,从实际工程岩体应用问题出发 ,分析了软岩岩体的破坏特征和力学性态 ,提出了确定其承载力的方法     

Windows环境下块体理论工程分析软件的初步开发

 简要分析了国内外块体理论研究与工程计算分析程序的发展状况,采用Visual Basic语言、OpenGL与API技术,进行了Windows软件开发,并增加了最新研究成果。初步开发的工程分析软件具有赤平投影、包括凹形块体在内的块体形态分析、块体稳定性分析与锚固支护建议、洞室内最大块体形态分析、随机块体分析等工程应用中必备的功能。软件通过人机交互界面或文件形式进行数据输入、计算结果图形化显示、并与AutoCAD或PostScript等通用图形软件接口,可方便地实现软件的操作使用。目前的软件已在一些工程中得到应用。     

高地应力钻孔岩心饼裂特征研究

对锦屏深部高地应力环境下的钻孔岩心饼化现象进行了调查统计分析,在总结已有的研究成果基础上,对岩饼端面宏观破坏特征、饼化数量、厚度及钻孔特征进行了描述,通过数值方法模拟开展了钻孔岩心应力特征及饼化机理研究,并总结钻孔岩心饼化的应力场条件。研究结果表明:①钻孔过程中,岩心径向所形成的拉应力贯通区是岩心饼裂的主导因素,岩饼形貌受岩心中拉应力影响;②足够的应力场是岩心饼化的首要条件,应力场越高,钻孔岩心中拉应力越大,岩心裂纹触发与扩展的应力条件更加充分,所形成的岩饼厚度越小;③钻孔径向应力场增长对钻孔岩心内部拉应力有促进作用,钻孔轴向应力场作用效果相反;④定义了岩心中最大拉应力贯通线均值,与岩石抗拉强度相比较作为岩心饼裂判据,推导了岩心饼裂地应力场关系式,并算得锦屏T_2b大理岩饼化的临界地应力场条件为钻孔径向应力场>34.44 MPa。研究成果对高应力条件下地应力场的预测、钻孔取心等工作具有一定的借鉴意义。