单裂隙非饱和渗透荷载分布规律

为探明降雨入渗时裂隙岩体非饱和区渗透荷载分布规律 ,利用自行设计制作的单裂隙渗流实验装置 ,对一垂直单裂隙在有降雨入渗条件下的非饱和区渗透荷载分布规律开展了一系列的实验研究。获得了有实用参考价值的非饱和区渗透荷载分布规律特征 ,弥补了以往采用各种假定进行非饱和区渗透荷载取值所存在的严重不足。这一实验成果为实际岩体工程的渗流稳定分析提供了实验依据和新的有效方法 ,使工程的安全性和经济性这一矛盾问题能得到较合理的解决     

模拟隧道衬砌混凝土湿度演化规律

为了准确分析地下隧道衬砌混凝土内部湿度的演化特征,建立了用以计算江底隧道衬砌混凝土湿度时变规律的湿度模型,并对模拟隧道衬砌混凝土的试件进行了温湿度试验.数值计算与试验结果表明:所建立的考虑胶凝材料水化影响的湿度演化模型可以很好地对地下隧道衬砌混凝土的湿度分布特征进行预测和分析;在距离蒸发面较近的100 mm位置处,衬砌混凝土内部湿含量变化受扩散过程影响较大,在距离蒸发面较远的位置处湿含量时变主要是胶凝材料水化耗水所致;模型还预测了隧道衬砌服役10年时,距离蒸发面为100 mm以内的部分湿度均与环境湿度达到平衡;随着地下衬砌混凝土服役年限的延长,其内部湿度梯度逐渐向饱水面推进.     

裂隙对含孔洞砂岩力学及损伤演化特征的影响

为研究裂隙对含孔洞岩体力学及损伤演化特征影响,利用颗粒流模拟程序,对存在不同裂隙形态的含孔洞岩样在单轴压缩下的力学性质进行数值试验研究,分析岩样破裂与力学特征随裂隙形态的变化情况,对其损伤演化特性进行探讨。研究结果表明:裂隙的存在会改变原有含孔洞岩样沿孔洞贯通的破坏模式,大多数岩样会形成贯通裂隙的主破裂带;但当裂隙存在于距原主破裂带较远,且倾角较大或长度较小时,岩样依沿孔洞形成主破裂带;岩样的峰值应力随裂隙距孔洞距离或裂隙倾角的增大而增大,随裂隙长度的增大逐渐减小;含孔洞岩样周边存在距孔洞距离越远,长度越大的裂隙,在相同应变下损伤越小;含孔洞岩样的损伤修正系数取值为0.77～0.90。     

岩溶区地下工程裂隙渗流突水数值模拟研究

随着岩溶区地下工程的大量建设,岩溶裂隙突水频发并逐渐成为制约地下空间建设发展的瓶颈问题.采用简化的裂隙非饱和渗流计算方法,通过多场耦合分析数值模拟软件COMSOL Multiphysics研究了裂隙岩体的非饱和渗流特征及裂隙对渗流的影响.通过对复杂的溶洞-裂隙系统进行科学简化,建立了一种岩溶区地下工程裂隙导通突水模型,并采用此模型开展了裂隙渗流突水数值计算.结果表明:裂隙对岩体渗流产生显著影响并会造成渗流强烈的各向异性;地下水大都将沿着优势渗流通道运移,而较少渗流到其他阻渗性强区域,因而形成相对集中的突水点.研究结果可为岩裂隙渗流和连通提供思路,为岩溶区裂隙突水理论和防治提供参考.     

岩体饱和非饱和渗流有限元分析及应用

针对裂隙高度发育的岩体,把裂隙岩体等效为连续介质来处理,建立了考虑地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数学模型.采用有限元方法作为数值模拟手段,编制了考虑地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流有限元计算程序.最后介绍了文中分析方法在一实际工程问题中的应用.     

广西宁明花山岩画本体表层岩体开裂机制分析

花山岩画本体表层岩体开裂是对岩画造成直接破坏的主要病害类型之一.为进一步研究开裂成因,本文通过对岩画本体表层岩体特征进行调查统计分析,并与光照度、开裂体与完整岩石的温度、岩石内部温度梯度监测数据关联性进行了分析研究,对开裂体裂隙间的盐类进行了取样检测,从地质构造、岩石温度场及水盐作用3个方面分析了花山岩画本体表层开裂的原因.结果表明:断层的构造运动作用使岩画表层岩体产生隐性裂隙,是表层岩体开裂的内因;温度场及其应力作用是诱发隐性裂隙开裂发展的外因;岩体温湿度的变化在裂隙间形成的凝结水造成裂隙间芒硝、泻利盐、石膏的形成、积聚和相态的变化,加剧了表层岩体的开裂过程.本研究深化了对花山岩画本体表层岩体开裂病害形成的影响因素及机理的认识,为花山岩画保护提供理论依据.     

强蒸发地区受路面覆盖效应的路基温湿度场表达

为阐明受路面覆盖效应影响的强蒸发地区路基温湿度分布特性,通过理论分析和现场试验分析,全天监测三个典型地区的沥青路面,研究了受路面覆盖效应影响的路基温度场和湿度场分布特性。研究结果表明:路基内部温度随着大气温度的变化呈正弦或余弦变化,其相位角随深度位置和升降温过程而变化;受外界环境温度影响较大的区域深度≤120 cm范围,在低温季节最大温度梯度在90～150 cm范围内,并基于升降温阶段提出了路基温度预估模型。路基含水量随路基深度发生变化,路基内部湿度场随路基深度变化分为三个阶段,路基内部40～80 cm范围内湿度最大,在此范围外,路基深度≤40 cm或≥80 cm湿度均呈递减趋势;提出了水汽迁移预估模型和基于湿度指数(TMI)和土组特性指标(wPI)的路基湿度预估模型,并以此为基础提出采用Fredlund-Xing模型对强蒸发地区路基湿度预估。     

基于光学窥视的破碎顶板岩层动态破裂特征

宽沟煤矿处于我国西北强地震区域,地质和地球物理特征以及岩体结构复杂.利用钻孔光学窥视装置及系统,探测了E1142轨道平巷顶板岩层动态破裂特征,统计分析了裂隙分布规律.结果表明:顶板岩体裂隙以纵向裂隙分布为主,主要集中在顶板浅部,在巷道肩窝处的裂隙较为集中,这对巷道的控制与加固具有指导意义.     

岩体微震能量演化规律及渗透系数评估

基于大岗山水电站右岸边坡开挖过程中的微震监测数据,分析卸荷引起微震能量释放的时空规律,研究渗透系数增量的空间分布。结果表明:微震能量逐月累积等值线空间分布图可初步定量地识别和圈定边坡深部岩体损伤的区域及程度,微震能量沿软弱结构面易形成积聚带,并遵循能量的累积、释放和转移的规律。岩体因损伤而释放的微震能量与岩体渗透系数变化的趋势具有一致性。两卸荷裂隙带和断层外侧附近渗透系数改变量约为0.03~0.05 cm/s,而两卸荷裂隙带和断层之间的岩体的渗透系数约为0.04~0.097 cm/s。渗透系数的改变在软弱结构面交界处附近最为显著,表明在卸荷条件下,岩体的渗透特性受结构面的影响极大。利用开挖过程中岩体释放的微震能量,并结合开挖前边坡不同岩体的渗透系数,可对开挖后岩体的渗透系数进行评估。     

软硬互层边坡降雨失稳过程力学响应研究

为研究缓倾顺层软硬互层岩质边坡在间歇性循环降雨条件下的破坏过程及内部力学响应规律,结合叠加雾化降雨系统,进行了大型室内降雨地质力学物理模拟试验.通过总结强降雨工况下模型边坡内部特殊位置处孔隙水压力的力学响应规律,并依据坡体实际破坏过程监测资料,探究坡体内部力学性质与坡体破坏之间的内在联系.结果表明:间歇性循环降雨是边坡岩体强度及裂隙变化的一个动态损伤过程的诱因,降雨不均匀入渗导致裂隙的不均匀切割效应,致使坡体浅表层不均匀开裂.随着降雨入渗,裂隙不断扩展延伸,岩层面抗剪强度逐渐下降,坡体内部逐渐形成固定的给、排水通道.缓倾顺层软硬互层边坡的破坏模式可概括为3个阶段:前缘切层裂隙贯通-滑移阶段;中-后部岩体拉裂,后部裂隙发育阶段;后缘滑面贯通-失稳阶段.此外,孔隙水压力数值突变时刻较坡体整体失稳时刻提前约6 min,建议可根据孔隙水压力监测数据对软硬互层边坡进行失稳预警.     

神木矿区大柳塔矿开采沉陷损伤有限元分析

针对神木矿区大柳塔矿的实际情况,从岩体损伤力学角度出发,对神木矿区大柳塔矿的开采沉陷进行了损伤有限元分析.程序中考虑岩体损伤时,在充分采动的条件下,模拟采空区形成冒落带和裂隙带,研究地表移动变形规律,为矿区土地复垦和可持续发展提供理论依据.     

赵家梁煤矿上行开采可行性研究

上行开采在赵家梁矿应用是否可行,通过物理材料相似模拟实验及计算机进行数值模拟,结合理论分析,得到5-2煤层采后覆岩运动规律及"三带"特征,冒落带高度18m,为采高6倍,裂隙带高度49m,为采高16.3倍,4-2上煤层及其顶、底板岩层裂隙最大10cm,8cm,7cm.裂隙在下沉带盆底闭合得出可实现上行开采的结论。     

岩体结构面的渗透性网络模拟研究

通过对裂隙岩体露头处的裂隙进行调查统计,根据备结构面的分布特征,进行计算机裂隙网络模拟.利用数值计算方法求解等效岩体渗透张量,通过对服从莱分布的裂隙网络进行多次抽样,得到该分区岩体渗透性的系列等效值,进而可以评价研究区岩体的渗透性状况,同时为合理评价工程岩体的稳定性提供科学依据.图3,参7.     

革命文物的保护修复技术研究——以延安革命纪念馆藏一级文物“毛泽东骑过的马”为例

延安革命纪念馆馆藏一级文物“毛泽东骑过的马”是军功马，属川马，1960年制成标本(简称小青马)。保存中，曾遭受洪水浸泡，多次修复材料的老化，馆藏环境不稳定等因素，导致小青马出现了各种病害，其中裂隙病害最为严重，共8处，严重的长42 cm,宽1.5 cm,危及小青马的保存。通过模拟粘接实验，筛选20%牛皮胶为主要粘接剂，在20℃,湿度30%～40%环境下，借助内窥镜监测，清除裂隙周边泥土，背衬纱布或羊皮，从裂隙边缘注射胶料，用5 cm×10 cm的镀锌防锈铁片按压，纱布绑缠固定48 h后，去除铁片和纱布，对裂隙处进行简单修整，还原小青马开裂前原貌，提高了裂隙处抗老化强度，达到了小青马的整体稳定性。为了解革命时期转战陕北的历史事件，宣扬革命精神和红色文化提供实物标本。     

早龄期混凝土内部湿度发展特征

早龄期混凝土内水分含量是监控混凝土结构开裂的重要参数之一。该文采用数字式温湿度传感器,研究了早龄期普通与高强混凝土内部湿度随浇筑龄期的发展规律。实验结果表明,随浇筑龄期的增长,混凝土内湿度逐渐降低。湿度随龄期的发展规律可描述为早期的水汽饱和期(阶段I,相对湿度100%)及随后的湿度逐渐减小期(阶段II,相对湿度<100%)。阶段I的长短及阶段II中湿度降低的幅度与混凝土水灰比及所在位置有关。早龄期混凝土内水分含量沿高度分布不均,存在明显的湿度梯度。     

单向冻结条件下裂隙岩体冻胀特性试验

单向冻结条件下寒区隧道围岩不均匀冻胀性是产生隧道冻胀力的主要原因之一.为研究寒区隧道含裂隙围岩不均匀冻胀特性,进行了单向冻结条件下裂隙岩体的冻胀试验,分析了裂隙岩体在单向冻结时的冻结过程及变形规律.试验表明,裂隙处冻胀与岩石自身冻胀存在明显差异,裂隙岩体在冻胀过程中表现出明显的不均匀冻胀特性.在裂隙较深的工况下,随裂隙宽度的增加,裂隙法向的线冻胀率增加.对于含裂隙饱和砂岩,岩石自身线冻胀率随冻结温度的降低明显增大,而裂隙法向的线冻胀率明显减小.凝灰岩孔隙率较小,岩体的冻胀变形以裂隙处的冻胀变形为主,岩石自身在低温条件下表现为冷缩.根据试验结果,在岩体不均匀冻胀系数中考虑了裂隙的影响,计算了含裂隙饱和砂岩的不均匀冻胀系数.裂隙平行于温度梯度方向时,随裂隙宽度的增加,含裂隙饱和砂岩的不均匀冻胀系数有所减小.随温度梯度的增加,含裂隙饱和砂岩的不均匀冻胀系数增加,且增幅相比岩石不均匀冻胀系数明显增大.试验初步反映了裂隙岩体的不均匀冻胀特性,为寒区隧道裂隙岩体冻胀变形计算提供了试验依据.     

考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流影响因素分析

为了研究考虑裂隙-岩块间水交换时单裂隙非饱和渗流的影响因素,应用分形几何法生成裂隙开度分布,根据毛细吸持理论和入侵准则形成充水域,基于水量平衡方程,建立了能考虑裂隙-岩块间拟稳态水交换的单裂隙非饱和渗流分析模型.进行了不同岩块孔隙率、不同岩块渗透系数及不同岩块初始饱和度情况下的单裂隙非饱和渗流数值模拟,以单裂隙非饱和渗透系数为评价指标,分析了各因素的影响程度.结果表明:岩块孔隙率对裂隙渗透性影响甚微;岩块渗透系数和岩块初始饱和度对裂隙渗透性存在较大影响,岩块渗透系数越大,裂隙-岩块间的水交换越剧烈,裂隙渗透性变化越明显,裂隙非饱和渗透系数随岩块初始饱和度的变化而变化.因此,在岩块渗透性较好或裂隙与岩块干湿差别明显的情况下,不能忽略裂隙-岩块间的水交换.     

低裂隙密度条件下三维裂隙岩体的有效渗透性

裂隙岩体的渗透性是许多地下工程的重要参数之一。低裂隙密度下岩体渗透性特征与目前广泛研究的高裂隙密度显著不同,并且具有强烈的不确定性。该文首先提出了一种裂隙多孔介质渗流数值方法,该方法建立在等效离散裂隙网络模型之上,采用二维三角形单元网络等效描述三维岩体的孔隙基质和裂隙,推导了等效单元导水系数的解析表达式。该方法自然考虑了裂隙与基质之间的流量交换,且无需添加额外的参数。随后,对不同裂隙密度、不同研究尺度的裂隙岩体渗透性进行了Monte-Carlo模拟。结果表明:裂隙网络是否贯通研究区域对有效渗透性影响巨大;裂隙岩体的有效渗透性在低密度区间内存在独有的尺度效应;将岩体的渗透性依据网络是否贯通分类后,两类渗透性平均值依据样本尺度呈现规律变化,该规律能够用帮组建立不同尺度下岩体有效渗透性之间的关系。     

西南水电工程坝址峨眉山玄武岩卸荷分带研究

岩体卸荷及其产生的变形现象已成为水电工程建设中一个突出的问题.在分析西南水电工程中峨眉山玄武岩岩体卸荷划分方法的基础上,采用已被大多数工程所运用的岩体的张开裂隙条数、裂隙张开度和纵波速度作为卸荷带划分量化指标,对白鹤滩水电站卸荷带进行了划分,证明了此量化指标作为卸荷带划分的统一标准的可行性.进一步结合卸荷带的地质特征,探讨了峨眉山玄武岩岩体卸荷带划分的统一标准问题,提出了卸荷带划分的建议方案.     

冻融裂隙砂岩三轴压缩破坏特征宏细观试验研究

裂隙岩体在冻融作用影响下在其内部产生损伤,为研究不同裂隙砂岩冻融作用下的力学特性、破坏模式及细观孔隙结构,采用三轴压缩试验和核磁共振试验开展冻融裂隙砂岩三轴压缩的宏细观损伤破坏规律的研究。结果表明：冻融后砂岩的峰值强度、弹性模量降低,泊松比呈倒“V”形,峰值强度随着裂隙倾角的增大呈现出逐步递减的趋势,裂隙倾角为90°时为最不利情况;破坏后岩样内部中孔升高,大孔大幅提升,宏观上表现为砂岩在三轴压缩过程中出现明显裂缝,且裂隙砂岩在冻融作用后的破坏模式趋于复杂;核磁共振谱面积随裂隙倾角的增大而增大,破坏后谱面积进一步增大,T₂谱出现新的第三峰,大孔隙占比增大。冻融作用下寒区裂隙岩体的宏细观破坏规律的研究对寒区岩体工程稳定性评价具有重要意义。