某水电站工程岩体裂隙面抗剪强度研究

水电站工程技术研究中,岩体裂隙抗剪强度参数是岩体稳定性非常重要的参数之一.以某水电站工程为例,为了提供工程边坡和地下洞室围岩岩体稳定性研究所需的裂隙抗剪强度参数,采取钻孔微新状岩体裂隙面芯样,进行室内直剪试验,并据Barton经验公式估算,对此两种方法结果对比分析.试验结果表明,Barton经验公式对平直稍粗糙型裂隙面抗剪强度参数估算结果与室内直剪试验结果基本一致,但对稍起伏稍粗糙型裂隙面抗剪强度参数估算结果与室内直剪试验结果偏差较大,分析认为该经验公式不适用于对高法向应力状态下JRC值偏大的硬性裂隙面抗剪强度的估算.     

利用渗透张量法求取裂隙岩体渗透系数的随机误差分析

利用渗透张量法求取裂隙岩体的渗透系数是目前在求取裂隙岩体渗透系数中运用最广泛的方法之一.作者在分析裂隙岩体渗透张量计算公式的基础上,提出了利用渗透张量求取裂隙岩体渗透系数的误差的主要影响因素,详细论述了各因素对计算结果的影响.以此为出发点,利用误差的传递定律推导出了充填裂隙岩体和张开裂隙岩体的随机误差计算公式,并结合实际工程问题分别对充填裂隙和张开裂隙两种情况下利用随机误差公式进行了的误差分析.工程实践表明,误差分析的结果是合理的、可靠的.该误差公式的提出为修正利用渗透张量计算裂隙岩体渗透系数提供了一种新的思路和方法.     

裂隙岩体注浆结石体收缩变形与抗剪强度

为了提高裂隙岩体的力学性能,保证工程的质量和安全,采用水玻璃-水泥混合注浆液对裂隙岩体进行加固。通过直剪试验、显微镜实时观测试验,研究注浆结石体的强度与变形特性,以此评价水玻璃-水泥混合液作为注浆材料的可行性。试验结果表明,水玻璃-水泥混合注浆液有效的提高了裂隙岩体的力学性能。水玻璃-水泥注浆溶液不但改变了裂隙岩体的微结构、裂隙率和岩体的物质组成成分,使岩体的致密度和强度增加;而且注浆溶液在岩体结构面中凝固后对结构面进行填充加固,有效的提高了注浆结石体的黏聚力c,增强了注浆结石体抵抗外力破坏的能力。裂隙率对注浆结石体的强度影响显著,随裂隙岩体裂隙率的增加,注浆结石体(裂隙岩体与注浆材料经过物理化学变化后形成的结合体)的抗剪强度减小;在裂隙率相差不大时,裂隙岩体的裂隙条数对注浆结石体的抗剪强度有重大影响,随着裂隙条数的增加,注浆结石体的抗剪强度减小。在注浆结石体抗剪强度减少过程中,注浆结石体的黏聚力c不断减小,内摩擦角φ基本保持不变。注浆结石体在第12 d时达到最佳抗剪强度,而水玻璃-水泥质量比为1.3∶1注浆液工程性能最为理想,期最佳抗剪强度为6.243 MPa。     

初始损伤对岩体力学性质影响的试验研究

为获取不同初始损伤量对岩体力学性质的影响规律,通过室内单轴压缩试验,研究了含不同初始损伤试件在不同阶段的破坏规律,从定量及定性角度分析了裂隙数量及裂隙面间距对试件极限强度、弹性模量的影响,并给出了一定裂隙尺度下的经验公式.所获得的成果,对于工程岩体的安全和稳定性具有重要的参考意义.     

断续裂隙岩体在单向压缩应力状态下的强度与能量特征

【目的】三峡库区边坡岩体内常含断续裂隙,研究探讨这些断续裂隙岩体在压缩应力状态下的岩体强度特征和能量特征,可为三峡库区的防灾减灾提供理论支持。【方法】利用RFPA软件对含不同中、缓裂隙倾角和连通裂隙贯通度变化的岩体在单向压缩应力状态下进行数值模拟试验,分析断续裂隙岩体的强度、声发射能量特征及能量损伤系数特征。【结果】1） 断续裂隙岩体的应力 应变曲线在峰值强度后呈现“台阶式下降”现象,它的峰值强度和峰值应变基本呈2个“V”字型,随着裂隙贯通度的增加,峰值强度低值由裂隙倾角20°向30°转变;2） 选取裂隙贯通度25%的中、缓倾角断续裂隙岩样和完整岩样在破坏过程中的声发射能量,发现裂隙倾角小于20°的前期积累能量的低频次很突出,在达到峰值强度后会经历第二次声发射能量爆发;3） 对于岩体变形破坏阶段的能量损伤系数,在应力峰值前,裂隙贯通度25%岩体的值小于0.1,仅完整岩样的值达0.1,峰后阶段该值急剧上升达到0.8,特别是经历峰后能量释放平台后该值陡升。【结论】研究结果揭示了间断裂隙岩体破坏过程中的强度特征与能量特征,可为三峡库区高边坡断续共线裂隙岩体的合理防治提供重要理论依据。     

基于GSI的裂隙化岩体力学参数的确定

裂隙化矿岩体的力学强度特征和参数,主要受到岩块力学参数和岩体的节理裂隙参数的影响。为确定井下开采裂隙化矿岩体的力学强度参数,引入节理间距和节理面粗糙度系数(JRC)对地质强度指标(GSI)系统进行定量化的分级和参数取值,建立了定量化的GSI评价体系,综合采矿活动的影响因子,实现了裂隙化岩体力学强度参数的计算。以锌铜矿体的裂隙化矿岩体结构为研究对象,在进行的岩体工程地质调查基础上,取得了上下盘围岩的节理裂隙间距和节理结构面粗糙度系数,定量确定了上下盘围岩的裂隙化岩体强度力学参数。研究结果表明,运用定量化的GSI方法,可以实现裂隙矿岩体结构强度参数的确定,得到了锌铜矿体的上盘和下盘围岩的强度特征参数,其弹性模量分别为5.749 GPa和4.483 GPa,内聚力分别为3.126 MPa和2.772 MPa,内摩擦角分别为24.56°和23.08°。这些力学强度参数指标为裂隙矿岩体的采矿工程设计提供了基础参数。     

单轴压缩下单裂隙砂岩试件破坏强度特征的数值分析研究

基于摩尔-库伦理论和统计损伤理论,通过数值计算,模拟了单轴压缩条件下单裂隙砂岩试件的破坏过程,得出了不同倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)单裂隙砂岩试件破坏时的单轴抗压强度及影响规律。结果表明:当裂隙倾角α=45°时,岩体试样的强度峰值最低;当裂隙倾角α45°时,随着裂隙倾角的增大,岩体试样的强度峰值呈递减的趋势;当裂隙倾角α45°时,随着裂隙倾角的增大,岩体试样的强度峰值呈递增的趋势;其中,α在15°~75°范围内,岩体试样的强度峰值变化显著。研究对于裂隙岩体工程的稳定与安全具有重要的理论意义。     

动荷作用下非贯通裂隙介质的强度性质

利用裂隙岩体介质的脆性材料模型试验,在MTS810动三轴仪上对非贯通裂隙的半连续岩体介质动强度特性进行了不同动载下,不同裂隙几何特性的试验研究,研究结果显示:(1)非贯通裂隙介质与无裂隙介质的强度均随加载速率的提高而明显提高;(2)高频动荷下裂隙介质的单轴抗压强度具有一定的残余强度;(3)裂隙倾角45°时裂隙介质的强度最小,这些均与静载下裂隙的强度性质不同.     

基于强度参数演化的裂隙岩体峰后应力-应变关系求法

完整岩块峰后应力应变关系的表达不能较好反映裂隙岩体峰后特性,为得到适合裂隙岩体峰后应力-应变关系,在试验数据基础上,基于库伦强度准则,分析裂隙岩体峰后强度参数的演化行为。根据裂隙岩体在不同围压和裂隙倾角时的不同峰后特性,将峰后应力-应变关系简化为A和B两种类型。以应变作为应变软化参数,假设黏聚力、内摩擦角为应变的分段线性函数,给出裂隙岩体峰后两种类型应力-应变关系式的求法。将A和B两种类型应力-应变关系式算出结果与试验结果进行比较,得出用裂隙岩体的应力-应变关系求得峰后应力-应变曲线与试验数据基本一致。     

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase~2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。     

基于H-B强度理论的桩端岩层安全厚度确定

针对岩溶区桩端岩层安全厚度确定中存在的问题,引入能综合考虑岩体质量及三向应力的影响的Hoek-Brown岩体经验强度准则,确定了岩体抗拉强度计算公式,并采用Lambe变换,建立了较为实用的岩体剪切破坏强度公式.基于桩端岩体破坏模式,确定了桩端岩层安全厚度的计算方法.参数分析表明:RMR值对桩端岩层安全厚度有强烈影响,RMR值越高,安全厚度越小,反之越大.对于一般天然下自稳状态的溶洞顶板,安全厚度取3倍桩径较为合理.最后结合工程实例对本文计算方法进行了验证.     

煤岩模拟材料的力学特性

为探究煤岩抗压强度随材料配比变化的关系,满足实验模拟煤壁强度特性的要求,基于不同配比的煤岩试样,开展单轴加载实验.分析不同材料配比下煤岩的强度特征、变形特征及劈裂形态,研究并确定煤岩抗压强度与煤岩材料配比的定量关系.结果表明：在实验研究范围内,随着煤粉与水泥配比的增大,煤岩抗压强度呈指数关系减小,其拟合关系式为σc=92.124e-1.0969ξ.根据煤岩材料不同配比下的强度大小,结合其煤岩坚固性系数关系,可以判别煤岩体类型,为实验模拟煤壁强度特性提供依据.     

基于岩体质量Q系统的隧道围岩分级

岩体质量Q系统未考虑隧道上覆不同地质条件岩土体位置关系的相互影响。阐述了岩体质量Q系统在进行围岩分级时存在的问题,基于摩尔-库伦强度准则,提出了计算隧道围岩松动区和承载区的公式,得出当隧道围岩等级越高,即围岩稳定性越差时,松动区外半径、承载区外半径以及塑性区外半径越大;通过将理论分析方法与数值模拟方法相结合,求出了隧道围岩重要性系数,提出了一种隧道围岩分级新计算公式。     

断裂力学在岩石中的探索

本文从能量平衡观点并通过坐标变换建立了岩石内裂纹的扩展条件;据此,导出了剪切断裂稳定性准则,其结果与文[1]相同。文中试用应变能密度因子理论分析与解释了岩石材料的单轴抗压强度远大于其单轴抗拉强度。并用复应力函数探讨了岩体内闭合裂纹端应力强度因子的表达式。最后,指出了当前岩石断裂力学中存在的主要问题。     

利用神经网络技术建立岩石强度预测模型

本文利用神经网络技术建立了岩石强度参数的预测模型,该模型的非线性关来非常复杂,是一般计算岩石强度的经念公式关来式及统计关系式难以表达的。在已知网络内部表达的情况下,将不同时刻测得的测井参数值直接代入已训练网络,便能够预测出其对应的岩石强度.计算结果表明,预测效果相当好,而且不需要对中问参数进行确定。因此,神经网络模型为岩石力学参数确定提供了一种新的方法和手段     

围压对珊瑚岩动态力学行为影响

珊瑚岩的深层打桩工程提出了研究珊瑚岩在围压作用下动态力学性能的新科学需求. 通过带围压的霍普金森压杆（SHPB）对珊瑚岩开展冲击试验,得到了不同围压下珊瑚岩的力学响应. 研究表明:无围压情况下,珊瑚岩动态抗压强度与常规岩石一样,具有明显的应变率敏感性;随着围压增加,珊瑚岩动态抗压强度不仅有显著的提高,而且其应变率敏感性更强,并归纳出含围压和应变率效应的破坏强度公式. 本文提出的强度公式对深厚覆盖层珊瑚岩地质桩基工程具有重要的参考价值.      

岩石点荷载试验在隧道动态围岩分级中的应用——以郑万高铁向家湾隧道为例

点荷载试验可以在施工现场简便快捷地获取岩石强度,但现有的点荷载强度和单轴抗压强度经验换算公式在不同地区、不同岩性的岩石中难以具有普适性。本文以向家湾隧道三叠系灰岩为研究对象,开展了大量点荷载与单轴抗压对比试验;并采用数值模拟研究了不同形状岩块在点荷载作用下的应力分布,从理论上印证了点荷载试验在不同形状的岩块中的适用性;在此基础上建立了适用于兴山地区三叠系灰岩的点荷载强度和单轴抗压强度经验换算公式,并以此为依据对向家湾隧道试验段灰岩围岩进行了亚分级,为今后具有相似工程地质条件的地区的工程建设提供借鉴。     

反井钻机ZX315镐型镶齿滚刀有效钻压分析

反井钻机在金属和非金属矿山坚硬岩石地层中钻进井筒时,在因反井钻杆和硐室空间问题限制钻机能力的情况下,经常需要采用略高于有效破岩钻压进行钻进,而通过全尺寸滚刀破岩实验或单齿压入实验可以判断有效钻压.选用ZX315镐型镶齿滚刀和单轴抗压强度141.6 MPa的花岗岩,进行直线往复式滚刀破岩实验对.在25～150 kN不同钻压时,通过观察破岩面、称重破碎岩碴、记录实验数据,分析得到钻压与破岩体积关系曲线拐点,进而获得有效钻压为100 kN,根据钻压与滚动力关系曲线得到滚刀的滚动摩擦因数为0.203,通过对岩石单轴抗压强度和有效钻压的拟合,得到单轴抗压强度与有效钻压的关系公式,可计算得到有效扭矩.通过对不同岩石的有效破岩钻压分析,得到有效破岩钻压与岩石单轴抗压强度的关系,并推算得出ZX315镐型镶齿滚刀的有效钻进钻压近似为岩石单轴抗压强度的75.48％.     

脆性岩石全应力应变过程中渗透性突变研究

针对岩体结构与渗透性对应关系的复杂性,直接建立二者的量化关系模型存在极大的技术难度问题,利用伺服渗透试验结果,分析脆性岩石全应力应变过程中渗透性演化和加载变形破坏特征,得出渗透性变化过程中存在跳跃突变点,该点处的应力和临界破坏强度以及岩石体胀点处应力处于同一应力水平;通过岩石统计强度分析,借助重整化群理论,在岩石试样承载能力概率函数基础上推导出脆性岩石临界破坏强度与峰值应力比值的表达式,该比值随围压增大而减小.用该公式预测伺服渗透试验中的渗透性突变点位置.研究结果表明:大多数脆性岩石预测值与试验值较吻合,误差在-0.089～0.058之间,验证了该表达式的合理性.     

单自由面爆破所需最小理论药包量的计算

从埋置在仅有一个自由面的均匀连续岩石中的球形药包出发 ,借助力的平衡 ,推导出了一个包含炸药性质、被爆岩石的极限抗拉强度以及最小抵抗线等主要影响因素在内的计算爆破所需最小炸药量的近似公式