锦屏电站坝区Ⅰ类结构面地质－力学特征研究

根据四川锦屏Ⅰ级水电站坝区岩体结构弱面（带）实地调查、测绘资料，对结构面类型，主要结构面分布特征、形态特征及结构面隙间物质结构和物理力学特征进行了分析，获得了许多重要成果。这些成果为坝区岩体分类、质量评价、各类岩体物理力学参数的确定、坝区高陡边坡变形破坏及稳定性评价提供了重要依据     

基于三维点云的岩体结构面自动分类与参数计算

结构面间距是岩体稳定性和力学特性分析中的一个重要参数，在岩石力学、采矿工程、边坡监测等领域的数值计算中广泛应用.本文以岩体边坡露头为研究对象，基于非接触测量获得的三维点云数据，提出一种基于密度聚类的结构面细化分类方法；在结构面粗略分组提取的基础上，通过投影变换、散乱点拟合等算法，求得结构面间距和岩体体积节理数.设计开发了结构面细化分类及间距等参数计算与分析原型系统，实际案例分析表明，本文方法可有效实现结构面的自动细化分类，并能够计算出间距等相关参数，可为岩体质量分级和岩体稳定性分析等提供方法支撑.     

房柱式开采矿房跨度的可靠度设计

确定矿房跨度的传统的设计方法———安全系数法，参数建立在不确定因素的基础上，未考虑岩体本身具有的弱面和缺陷所造成的岩体性质、力学性质的非连续性和不均匀性。可靠度理论充分考虑了岩体的不确定性，其设计矿房跨度更加合理，为一种新的可靠的设计理论体系     

岩体弱面注浆对边坡稳定性影响的模型及数值分析

针对实际工程中岩体边坡加固技术的不足,从边坡稳定内因出发,基于提高边坡岩体自身抗剪强度的思想,提出了压力注浆加固的方法.从力学机理出发,研究了注浆胶结体对加锚弱面力学性能的影响,在力学基础上为注浆工艺提供了论证.通过ANSYS建立数值模型,利用本文自编ANSYS-FLAC3D转换程序导入FLAC3D进行数值分析,在分别改变弱面抗剪强度参数c、φ值的条件下,得到c、φ与安全系数K之间的关系.分析结果表明,通过注浆提高弱面的c、φ值,能够从本质上提高边坡的稳定性.研究结果为岩体边坡压力注浆加固方法提供了可靠依据.图9,表1,参10.     

层状岩体沿原生结构面滑移的稳定分析

在人工建造的岩石工程周围,岩体往往沿天然弱面滑移或脱离,使应力、位移不连续.采用传统的弹塑性力学研究这种破裂、失稳现象,有很大的局限性.对非连续体进行了力学研究,计算了巷道支架上的荷载与岩层结构的关系,以及采空区上方岩体的移动与岩层结构的关系,计算结果符合实际.     

受控于软弱结构面的矿山软岩边坡稳定性

为了解决沉积岩体露天开采时的边坡稳定问题，根据岩体中软弱结构面的力学特性，分析总结了受软弱结构面控制的矿山软岩边坡稳定性的研究方法。探究了受控于软弱结构面的边坡的滑坡模式、计算方法以及强度指标的选取原则。对伊敏煤电公司露天矿南帮边坡稳定情况进行了实例分析，变形区边坡稳定性主要受四个泥岩弱层控制，采取内排压脚等控制开采的方法是有效的。     

岩体隧道施工诱发的关键块体三维模型及其验证

在岩体隧道工程岩体结构面的观测基础上,研究了结构面三维模型及网络模拟技术,通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,讨论了两种块体搜索方法,即根据确定结构面参数搜索确定块体和根据节理面网络图搜索随机块体的方法.引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,采用蒙特卡罗法和面向对象的编程技术,给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法.建立了岩体工程适用的块体搜索和计算模型,实现岩体隧道工程的关键块体计算机搜索、三维显示和旋转等.     

岩体扰动深度估算的应力场方法

针对开挖导致岩体应力场改变、扰动深度估算这一岩体力学的难题,从岩体应力场的变化出发,结合岩体结构面力学特点,推导出岩体卸荷破坏导致岩体破坏的判别公式,为岩体强开挖扰动带深度的确定推导出理论估算公式。以小湾坝基岩体开挖为例,结合判别公式和数值分析结果,对坝基岩体的强开挖扰动带、弱开挖扰动带及应力调整带进行了分析。结果表明,在坝基底部,强开挖扰动带深度为3~5 m,弱开挖扰动带深度为4~10 m,应力调整带深度为10~25 m,其结果与现场钻孔电视探测结果基本吻合。     

带软弱结构面岩体的弹性有限元分析

通过分析指出，用近似于矩形或长方体的常规实体单元描述平面或空间岩体问题中的软件弱结构面，春精度比简化的节理单元或夹层单元要高。在计算效率上，由于简化的节理单元或夹层单元的劲度矩阵元素与常规实体单元相同，因而简化的节理单元中夹层单元并无优越性，对岩体中软弱结构面的描述可采用常规的实体单元而无需进行特殊处理。     

基于钻孔摄影方法的岩体中结构面连通性分析

将钻孔摄影方法推广到多孔结构面连通中，从结构面产状、地质特征等角度提出了连通性判别依据，并运用龙江特大桥桥基摄像勘察结果检验了该方法的可行性.其中，选择了位于大桥一侧的3个钻孔，在对孔内的结构面地质特征、产状等参数进行分析和计算的基础上，根据结构面连通原理进行对比和筛查，共得到3组2孔连通结构面和2组3孔连通结构面.结果表明，所有可连通结构面产状相似、空间位置满足共面的要求，并且组成结构面的岩体及周围环境岩体特征相似.将基于钻孔摄影技术的结构面连通方法用于该工程中可行.
     

裂缝对石油井壁力学稳定性影响

在石油钻井工程中,影响井壁稳定性的因素较多。利用三维有限元数值分析方法,模拟分析裂缝对直立井井壁力学稳定性的影响。模拟结果表明,所有裂缝都对井壁的稳定性产生负面影响,但影响程度随裂缝的类型、产状、密度、组合特征及埋藏深度的不同而各异,一般规律如下：水平裂缝＞倾斜裂缝＞直立裂缝,即随着倾角的增大,裂缝对井壁稳定性的影响程度减小;多组裂缝组合比单一裂缝对井壁稳定性的影响大;密度越大,越容易造成井壁失稳;埋藏深度越深,裂缝对井壁稳定性的影响就越小。     

构造控制性裂隙分布对巷道稳定性影响的初步分析

本文从巷道围岩裂隙的分布特征角度,初步探讨了裂隙因素以及地应力状态对巷道围岩稳定性的影响规律,指出今后应进一步着重研究的方向。     

腰部创伤后腰椎稳定性的X线评价

目的 :X线评价腰部创伤后腰椎稳定性。方法 :对 12 8例腰部创伤患者摄腰椎正侧位片 ,应用Denisi等人创伤生物力学实验研究原理方法进行 X线分析 ,对腰椎稳定性作出评价。结果 :腰部创伤后引起椎体及附件骨折 2 0例 ,其中胸 1 1 2例 ,胸 1 2 4例 ,腰 1 2例 ,腰 2～ 5 8例 ,腰椎横突骨折 2例 ,其他附件骨折 2例。腰椎椎体移位 ,全部发生在腰 3～ 5 。腰椎不稳定 8例均有椎体压缩性骨折改变。结论 :腰部创伤除引起椎体及附件骨折外 ,也可致腰椎不稳定。     

页岩气地层纳微米孔隙结构特征及封堵实验评价

目前水平井段井壁失稳是制约页岩气资源钻探开发进程的主要技术难题之一。针对上述技术难题,采用低压氮气吸附与高压压汞实验,分析了硬脆性页岩的微纳米孔隙结构特征,探讨了微纳米孔隙结构特征对页岩气地层井壁稳定性的影响。利用压力传递实验,开展了页岩微纳米尺度裂缝封堵评价实验。研究表明,页岩气地层的井壁失稳与其自身的微纳米孔隙结构特征具有密切关系,微纳米尺度裂缝发育是导致页岩气地层井壁失稳的内在主要因素;在此基础上,提出了页岩气协同稳定井壁钻井液技术对策,其中强化封堵页岩微纳米尺度裂缝是解决页岩气地层井壁失稳的关键技术措施。进一步优选了新型微纳米封堵剂,其粒径在80~200 nm之间呈"单峰"分布,能够有效封堵页岩微纳米尺度裂缝,阻缓压力传递与滤液侵入,增强裂缝性页岩井壁稳定性。     

岩石裂隙中非恒定渗流与变形耦合作用的DDA方法

由于渗流作用,会在岩石裂隙中形成非稳定流,非稳定流作为裂隙表面荷载会使岩体产生变形,变形又会影响岩土结构的渗流特性,从而产生渗流和变形耦合的作用.根据最小能量原理构造出单元DDA(不连续变形分析)瞬时平衡方程.编制了基于DDA的岩石裂隙中稳定渗流和不稳定渗流压力水头的有限单元计算程序,通过对实验结果与计算结果的比较,验证了计算程序所使用的数学模型的可靠性.地下水是影响边坡受力变形及稳定性的一个重要因素.通过对某隧洞破坏过程的模拟,用这种渗流-变形耦合DDA法研究了地下水对裂隙边坡稳定性的影响.模拟结果与实际发生的结果一致,验证了本文方法的可靠性.     

辉绿岩地层井壁垮塌机理及主控因素实验研究

新疆A井区深部辉绿岩地层井壁垮塌严重,多次引发井下复杂,阻碍了该地区深部油气资源的勘探开发进程。通过开展辉绿岩微观组构、水理化性能及力学特性实验研究,揭示了辉绿岩地层井壁岩石垮塌失稳机理及主要控制因素。实验结果表明,辉绿岩岩体微细观裂缝十分发育,裂缝间主要为长石充填,含有少量黏土,部分裂缝为无充填缝,且裂缝纵横交错,连通性好;发育有裂缝的辉绿岩岩体力学强度远低于均质无裂缝岩体,仅为后者的10%~20%;水化效应对辉绿岩岩体力学强度影响不明显,影响幅度为2%~7%。理论计算结果表明,裂缝的力学弱面效应对辉绿岩地层坍塌压力影响最大,影响幅度为21%;裂缝间的渗流效应影响次之,影响幅度为11%,水化效应影响不明显,仅为2%。因此,考虑辉绿岩地层裂缝的力学弱面效应影响,准确设计钻井液密度是稳定辉绿岩地层的关键。其次,结合辉绿岩微裂缝缝宽尺寸大小,优化设计钻井液防塌封堵材料尺寸,增强的钻井液防塌封堵性能可有效改善辉绿岩地层井壁稳定性。现场应用实例表明,合理设计钻井液密度和增强钻井液防塌封堵性可有效提高辉绿岩地层井壁稳定性,井下垮塌遇阻复杂情况大幅好转。     

硅酸盐钻井液稳定井壁机理分析

以硅酸钾或硅酸钠为主要处理剂的硅酸盐钻井液体系近年来应用较多,该类体系具有很强的稳定井壁能力和环境相容性,其稳定井壁机理不同于其它常用水基泥浆体系。文中在介绍该类泥浆体系及应用情况基础上详细分析了其稳定井壁机理,认为有四个方面:①快速在近井壁堵塞孔隙和微缝,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;②抑制页岩中粘土矿物水化;③硅酸盐和粘土矿物发生反应;④其它无机盐的协同稳定作用。     

远端联动叶片自锁髓内钉治疗股骨骨折的生物力学研究

设计了一种可以远端自锁的髓内钉。对股骨干骨折行远端联动叶片髓内钉固定和交锁钉固定后,对其生物力学进行测试。了解髓内钉治疗股骨骨折的生物力学性能。选6个青壮年男性尸体取双侧完整股骨,中间做成横断骨折,然后用远端联动叶片自锁髓内钉和国产传统交锁髓内钉固定。对股骨-髓内钉复合体进行力学测试。实验结果用SPSS17.0统计软件进行分析。在三点弯曲及扭转实验方面,远端联动叶片自锁髓内钉较国产交锁髓内钉无明显差异。抗轴向载荷时较国产交锁髓内钉差,但满足在肢体非负重状况下生物固定。说明股骨型远端联动叶片髓内钉力学稳定性好,在治疗股骨简单骨折有一定优势。     

远端联动叶片自锁髓内钉治疗股骨骨折的生物力研究

目的:我们新设计了一种可以远端自锁的髓内钉,对股骨干骨折行远端联动叶片髓内钉固定和交锁钉固定后,对其生物力学进行测试,了解髓内钉治疗股骨骨折的生物力学性能。方法: 选6个青壮年男性尸体取双侧完整股骨,中间做成横断骨折,然后用远端联动叶片自锁髓内钉和国产传统交锁髓内钉固定。对股骨-髓内钉复合体进行力学测试,实验结果用SPSS17.0统计软件进行分析。结果:在三点弯曲及扭转实验方面,远端联动叶片自锁髓内钉较国产交锁髓内钉无明显差异,抗轴向载荷时较国产交锁髓内钉差,但满足在肢体非负重状况下生物固定。结论:股骨型远端联动叶片髓内钉力学稳定性好,在治疗股骨简单骨折有一定优势。     

虎跳峡地区区域构造稳定性数值模拟分析

通过二维有限元对滇西北虎跳峡地区区域构造稳定性进行了系统研究。研究结果表明在现今区域应力场作用下区内不同方向的断裂活动性差异较大：北西向中旬-永胜断裂活动性最强，北东向丽江-小金河断裂次之，近南北向断裂如楚波-白汉场断裂最弱。