含裂隙岩石单轴压缩数值试验研究

为探究受压岩石中裂隙数量及倾角对其力学特性的影响,以锦屏二级引水隧洞某洞段岩石的单轴受压实测资料为依据,通过模拟试验反演得到了与之对应的岩石材料模型参数,并以此为基础模拟分析了单轴受压作用下不同倾角单、双裂隙岩样的力学性能和裂纹萌生、扩展及其破坏模式.单裂隙岩样表现出以拉剪破坏为主的渐进破裂模式;由于双裂隙岩石中裂隙间相互作用的影响,其破坏模式较单裂隙岩石更为复杂,表现为拉裂破坏与压剪破坏的组合.与裂隙数量相比,倾角对岩石力学特性的影响更加显著,随倾角增大,单、双裂隙的起裂位置都逐渐由裂隙中央移至尖端,裂纹分别向上下两方向延伸;峰值强度和峰值应变变大,峰后应力"断崖式"下降幅度越大,对应的声发射事件数目也越多.相关研究可为受压裂隙岩体的研究提供参考,也为后续的相关试验与模拟研究工作做了初步探索.     

断续三裂隙砂岩单轴压缩裂纹扩展特征颗粒流分析

节理裂隙对岩石的强度破坏及裂纹扩展特征具有显著影响.为了进一步认识预制裂隙对断续裂隙岩石力学行为的影响,本文在一组经过室内试验标定的细观参数的基础上,进行了断续三裂隙砂岩试样单轴压缩颗粒流模拟.基于模拟结果,分析了岩桥倾角对裂隙砂岩试样应力-应变曲线、强度变形参数以及裂纹扩展特征的影响.研究结果表明:(1)峰值强度、弹性模量、峰值应变、裂纹起裂应力和贯通应力均随着岩桥倾角的增大呈先减小后增大再减小变化趋势,而裂纹损伤阈值与岩桥倾角之间无明显相关性;(2)岩桥倾角主要影响中间裂隙2的起裂模式,当岩桥倾角较小时裂隙2尖端不易萌生裂纹;(3)裂纹贯通模式和程度均与岩桥倾角密切相关.当岩桥倾角为0°、30°和60°时只有2处贯通,岩桥倾角为90°和120°时发生4处贯通,而岩桥倾角为150°时有5处贯通.裂纹贯通形式主要分为7类,而且断续三裂隙砂岩贯通模式是其中一类或多类贯通形式的组合.最后,从细观应力场和位移场角度讨论了岩桥倾角较小时中间裂隙2尖端裂纹较难起裂的原因.     

静载下预制裂隙类岩石材料断裂实验与分析

在伺服控制单轴加载系统下对预制两条贯通裂隙类岩石材料进行加载试验,探索预制裂隙倾角和岩桥倾角对岩桥贯通模式的影响规律.对比实验与数值分析结果发现:随预制裂隙倾角及岩桥倾角的变化,裂隙体呈现出预制裂隙贯通破坏与单裂隙翼裂纹扩展贯通破坏;裂隙体预制裂隙发生贯通破坏时,岩桥倾角对裂隙体微裂纹贯通破坏模式的影响与裂隙倾角有关;裂隙倾角较大时(≥75°),岩桥倾角的影响不明显;裂隙倾角较小时(≤75°),岩桥倾角的影响越来越大,预制裂隙倾角45°附近影响最为显著;预制裂隙倾角较小(25°),岩桥倾角不大时(≤45°),裂隙体呈现出单裂隙翼裂纹扩展贯通破坏现象.裂隙体破坏时,预制裂隙尖端主要发育翼形裂纹和次生共面裂纹.     

卡拉水电站田三滑坡体稳定性敏感因素分析

为了分析卡拉水电站工程区滑坡体的稳定性,以库区内田三滑坡体为例,对其滑坡成因、地形地貌、地质构造等内在因素进行分析。结果表明:滑坡体随着坡面隆起和坡内扩容加剧,在外界作用下更易失稳破坏;其层面与节理裂隙的不良组合为边坡变形失稳提供了边界;陡倾坡内的裂隙为地下水入渗创造了条件。通过对库水位升降、降雨和地震等外在因素的敏感性分析,可知库水位骤升骤降对滑坡体的稳定性影响较大;短期降雨对滑坡体稳定性影响较小,但是随着降雨时间增长滑坡体失稳概率增加;地震峰值对滑坡体稳定性影响较为明显。根据分析结果对滑坡体进行工况及荷载组合,并对各工况组合进行稳定性计算及评价,结果表明,受蓄水和暴雨影响,滑坡体的稳定性变差,在蓄水地震工况下失稳概率较大。     

单轴压缩荷载下不同倾角三维通透裂隙扩展机理研究

采用红砂岩制作分别含有不同倾角三维通透裂隙的圆柱体标准试件,进行单轴压缩试验,并结合实时监控和数值模拟的方法对其断裂破坏机制进行系统分析。试验发现:单轴压缩荷载下,不同倾角预制裂隙主要以翼裂纹和反翼裂纹两种模式扩展,扩展路径均在一定程度上偏离最大主应力方向,当预制裂隙倾角小于等于45°时,裂隙扩展以反翼裂纹为主,且扩展路径偏离程度随预制裂隙倾角的增大而增加,当预制裂隙倾角大于45°时,裂隙扩展以翼裂纹为主,且扩展路径偏离程度随预制裂隙倾角的增大而降低;含裂隙试件的起裂角度随预制裂隙倾角的增大而减小,起裂强度,峰值强度以及弹性模量均随预制裂隙倾角的增大而增大。数值模拟结果发现,翼裂纹的萌生与扩展主要由拉剪应力主导,反翼裂纹的萌生与扩展主要由压剪应力主导,拉应力集中区域随着预制裂隙倾角的增大而逐渐缩小。     

煤层倾角变化对采动覆岩变形规律影响的相似模拟试验研究

为研究工作面开采后顶板变形破坏随煤层倾角变化的规律,以南桐矿区不同倾角的同一煤层开采为工程研究背景,分别选取缓倾斜、倾斜、急倾斜三种煤层倾角进行煤层开采顶板变形破坏规律的相似模拟试验。对相似模型开挖前后图像进行数字散斑相关法处理,得到相似模型煤层开采后顶板覆岩位移及平面总应变等值线云图。通过综合分析顶板位移及平面总应变可知：上覆岩层变形的破坏程度总体上是随煤层倾角的增加呈减小趋势,其下沉剧烈区域和膨胀变形破坏剧烈区域呈逐渐向工作面上山方向发展的趋势;根据顶板位移云图和平面总应变云图中的等值线极值区域特征,确定了缓倾斜、倾斜煤层开采垮落带、裂隙带高度和偏心程度等参数,并根据"压力拱"理论确定了急倾斜煤层开采裂隙带范围;随煤层倾角增大"两带"高度总体上呈减小趋势,且"两带"偏心方向呈向上山方向增加的趋势。     

预制裂隙几何参数对类岩材料破坏模式及强度的影响

采用岩石力学伺服试验机,对混凝土材料预制裂纹试件进行单轴压缩试验,根据试验结果分析裂隙参数(裂隙倾角和岩桥倾角)对试件破坏模式和试件单轴抗压强度的影响规律。研究结果表明,当以岩桥倾角分组时,60°岩桥倾角试件组单轴抗压强度最小;当以裂隙倾角分组时,75°裂隙倾角试件组单轴抗压强度最大。裂隙参数变化对于试件的破坏模式及其单轴抗压强度影响显著,并且不同破坏模式中起主要影响作用的参数不同。对于预制裂隙贯通破坏的试件,其微裂纹的搭接贯通模式及试件的单轴抗压强度主要受岩桥倾角影响;对于单裂隙微裂纹贯通破坏和无微裂纹发育的整体脆性破坏的试件,其破坏模式及单轴抗压强度则主要受到裂隙倾角的影响。     

缓倾斜液化场地地铁车站结构变形分析

为了研究缓倾斜液化场地对地基土-地铁车站结构地震反应的影响,探讨缓倾斜液化场地液化过程中地下结构的位移变形,采用有限差分软件FLAC3D建立缓倾斜液化场地地基土-地铁车站结构的数值分析模型,采用本构模型Finn对所建立的模型进行地震液化分析;通过分析地铁车站结构周围场地液化分布特征、位移云图和地面倾角分别为0°、 1°、 2°、 3°的4种工况下地铁车站的位移时程曲线,探讨地面倾角对周围场地、地铁车站结构的影响,分析4种工况下缓倾斜液化场地中地铁车站结构的位移地震响应。结果表明：在4种工况下,车站周围液化严重,液化分布基本呈对称分布,右侧底部液化程度随地面倾角的增大而增大;车站发生不均匀上浮并且发生逆时针偏转,底板左右两侧最大上浮差值达到6.2 mm;随着地面倾角的增大,土体出现流滑现象,当地面倾角为3°时,土体流滑位移达到1.6 m,并且车站结构发生33 mm的侧向位移;车站层间位移角随着地面倾角的增大而增加,当地面倾角为3°时,层间位移角超过规范限值。     

煤矿巷道顶板宏观单裂隙的力学行为及影响分析

宏观尺度裂隙对岩体完整性和强度影响显著,其赋存形态亦影响巷道顶板的稳定。为了揭示裂隙赋存形态对巷道顶板的影响规律,以"张开率"和"切向滑移度"来表征裂隙(层理)的行为状态,利用FLAC~(3D)中Interface命令构建裂隙(层理),分析了不同裂隙倾角和连通率的单裂隙条件下巷道开挖后顶板裂隙的力学行为、位移、应力及其分布。结果表明:裂隙倾角及连通率影响裂隙开裂宽度及范围、裂隙(层理)剪切位移及范围、层理剪切滑移区分布;裂隙张开率和切向滑移度均与连通率呈"双曲线"关系;裂隙倾角对裂隙的形态与演化有较大影响;顶板下沉与裂隙倾角和连通率呈现单调增(减)关系。因此,控制顶板下沉能有效控制巷道顶板裂隙的扩展与连通,亦有助于预防顶板离层和滑移。     

含孔洞-双裂隙红砂岩宏细观损伤特征数值试验研究

为研究含孔洞-裂隙缺陷岩石损伤的宏细观特征,利用颗粒流程序PFC^2D,对不同裂隙倾角、裂隙开度的红砂岩试样进行了单轴压缩数值试验,分析了不同类型缺陷试样的峰值强度、弹性模量、声发射特征、裂纹扩展特征随裂隙倾角及裂隙开度的变化情况。试验结果表明：砂岩的峰值强度和弹性模量与裂隙倾角间具有正相关关系,而裂隙开度的增加对试样峰值强度和弹性模量影响较小;随着裂隙倾角的增大,声发射累计振铃计数呈现前期缓慢减少、后期迅速增大的变化趋势;随着裂隙开度的增大,声发射累计振铃计数呈现先减小后增加再减小的变化趋势;随着裂隙倾角的增加剪切裂纹数量逐渐增加至与拉伸裂纹相近,破裂模式也由拉伸破坏变为拉剪混合破坏;不同开度砂岩破裂模式均为拉伸破坏;当裂隙倾角水平或垂直时,仅有一条裂隙参与主裂纹的形成;当裂隙倾角非水平或非垂直时,两裂隙之间产生崩落区,且均参与主裂纹的形成;随着裂隙开度的增大砂岩试样的破碎程度逐渐增大,除裂隙开度为1 mm时因开度太小导致裂隙闭合未形成崩落区外,其余试样均产生崩落区,且崩落区范围逐渐增大,4种开度砂岩裂隙均参与主裂纹的形成。     

张开与充填四裂隙脆性砂岩强度和贯通模式研究

利用MTS816岩石伺服系统对张开和充填四裂隙脆性砂岩进行单轴压缩试验,研究了应力应变曲线、峰值强度、破裂过程及最终破裂模式随倾角β_1及充填状态的变化规律.应力应变曲线会随倾角β_1的改变发生较大的变化,与完整试样相比存在较多的应力波动,而充填石膏一定程度上减少应力跌落.峰值强度随倾角β_1的增大呈现先增大后减小的趋势,充填石膏会在一定程度上增加试样的峰值强度,但不会改变其随岩桥倾角的变化趋势.破裂过程中由于充填石膏限制了弹性应变能的释放,导致充填试样破坏前的裂纹萌生扩展较少,峰后破裂较突然.将中间裂隙的贯通模式分为2类,中间与外端裂隙的贯通模式分为5类,说明中间裂隙的贯通模式一定程度上受到外端裂隙的分布状态的影响,试样的贯通模式受到裂隙的空间分布影响较大而充填石膏对其影响较小.     

多组裂隙切割时块体顶煤的冒落失稳力学分析及应用

根据关键块体理论，讨论了多组裂隙的分布特征与块体顶煤的冒落失稳相关变化规律。结论是：裂隙倾角越大、裂隙组数越多、裂隙方位与煤壁夹角越小、裂隙间距和分层厚度越小，块体顶煤越易冒落；裂隙倾角越小，裂隙方位与煤壁夹角变化对块体顶煤的冒落影响越大；裂隙弱面陡立时（９０°），则裂隙方位与煤壁夹角变化对块体顶煤冒落无影响。     

一个平推式滑坡的典型实例——兼论四川某滑坡的成因机制

所研究滑坡位于四川东部某市境内。该滑坡属于缓倾角岩质顺层滑坡,这类滑坡存在识别难度大、隐蔽性很强、成因机理复杂、成灾模式奇特、减灾防灾难度大、风险高等特点。通过成因机制及形成演化分析,再现了一个缓倾角岩层滑坡的变行破坏过程。研究表明:在降雨过程中,滑体节理裂隙发育,岩体被切割成板梁状、块状,水是透过第四系覆盖层沿滑体节理裂隙下渗到相对隔水层,在相对隔水层层面上发生面流;同时软化相对隔水层,降低其岩土力学参数,形成软弱带。当后缘裂隙达到一定的水头高度时,形成强大的静水压力,滑体中部发生平推拉陷破坏;而滑体东部却发生平推倾倒破坏。     

一个平推式滑坡的典型实例

所研究滑坡位于四川东部某市境内。该滑坡属于缓倾角岩质顺层滑坡,这类滑坡存在识别难度大、隐蔽性很强;成因机理复杂;成灾模式奇特、减灾防灾难度大、风险高等特点。本文通过成因机制及形成演化分析,再现了一个缓倾角岩层滑坡的变行破坏过程。研究表明：在降雨过程中,滑体节理裂隙发育,岩体被切割成板梁状、块状,水是透过第四系覆盖层沿滑体节理裂隙下渗到相对隔水层,在相对隔水层层面上发生面流,并同时软化相对隔水层,降低其岩土力学参数,形成软弱带。当后缘裂隙达到一定的水头高度时,形成强大的静水压力,滑体中部发生平推拉陷破坏,而滑体东部却发生平推倾倒破坏。     

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。     

节理岩体中隧洞围岩的损伤破坏机理

结合细观节理形态的变化,在二轴围压条件下,数值模拟了节理岩体中隧洞围岩损伤破坏过程,研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理,分析了岩体中节理倾角对隧洞围岩稳定性的影响规律.结果表明:裂隙的产生和发展延伸主要是拉应力的作用,裂隙延伸方向大致与节理面垂直;节理倾角较小时,岩体中破裂以垂直于节理面的拉裂隙为主;节理倾角较大时,岩体裂隙以沿节理面的滑动裂隙为主;不同倾角的节理面对岩体破坏的脆性也有较大影响;岩体破坏前有大量微裂隙产生,同时伴随着声发射能量的释放,利用微震监测技术抓住这些微破裂前兆信息,能够较好地进行隧洞塌方、冒顶、岩爆等灾害预测,提前做好支护等应对措施,以保障人员、设备安全.     

龙永煤田石坑岽矿区构造特征及找煤方向探讨

本文通过对石坑岽矿区构造特征及其形成机制的分析与研究，初步探讨了主体背斜、正断层、缓倾角断层以及岩浆岩对含煤地层的影响，对今后该矿区的找煤指明方向。     

三峡工程左岸岸边厂房坝段抗滑稳定研究

三峡工程左岸厂房1~#～5~#机组坝段位于左岸山体缓坡地段,原始地面高程110～140m,坝基开挖高程原定98m,厂房建基面高程最低达22.2m,致使坝下基岩下游边坡开挖形成坡度约54°,临时坡高约70余m的高陡临空边坡.此坝段为缓倾角裂隙相对发育区,建基岩体内有多条倾向下游的长大缓倾角裂隙和少量倾向下游的中倾角裂隙,构成了高陡边坡沿缓(中)倾角结构面的深层滑动稳定问题,对坝基和高陡边坡稳定十分不利.应用不同的计算方法对1~#～5~#机组坝段的抗滑稳定进行计算、校核和验证以确保大坝的稳定安全.     

双轴加载下成组裂隙参数对类岩石试件力学性质的影响规律

煤矿深部地层岩巷围岩裂隙分布复杂,裂隙参数对岩体力学性能影响较大。为研究深部地层裂隙岩体在掘进扰动条件下的破坏规律与力学性能,制备不同裂隙倾角和长度的成组裂隙类岩石试件,开展模拟煤矿深部巷道掘进扰动的双轴加载试验,研究类岩石试件力学特性及其影响因素。研究结果表明：成组裂隙试件强度受预制裂隙的倾角影响明显,当预制裂隙倾角为30°～45°时,试件的起裂应力和峰值应力为最小值,当裂隙倾角为90°时,试件的起裂应力和峰值应力最大。在双轴固定比例加载的条件下,裂隙倾角和长度均会对试件的强度产生影响,其中裂隙倾角对试件强度的影响最为明显,裂隙长度的影响较小。     

构造裂隙对巷道稳定性影响的评价方法

地下岩石工程中，构造裂隙分布状况与发育程度对巷道的稳定性影响很大。结合潞安矿区3个矿井的构造理解隙实测结果，提出裂隙因素巷道稳定性的评价方法，为裂隙岩体巷道稳定性的定量化评价奠定了基础。