裂隙岩体有效弹性模量估计的一种方法

在裂隙随机分布和不考虑裂隙闭合效应的前提下，提出将单个裂隙置于Taylor介质中，以此为基础分析单个裂隙的力学行为，进而分析裂隙相互作用效应对岩体有效弹性模量的影响．根据Betti能量互等定理和断裂力学理论推导出裂隙岩体有效弹性模量、剪切模量、体积模量和泊松比的理论表达式，探讨了3种有效模量随裂隙密度参数变化而变化的规律，并与Taylor方法和自洽方法的计算结果进行对比，分析表明本文方法的计算结果更合理．     

用人工神经网络方法辨识岩体力学参数

研究了用人工神经网络辨识岩石工程岩体力学参数的基本原理、网络结构、网络训练样本的获得及网络训练方法·在此基础上,提出了用人工神经网络辨识岩石工程岩体力学参数的方法和步骤,并给出了一个参数辨识实例·结果表明,依据巷道变形观测,用神经网络辨识岩石工程岩体力学参数是可行的·该方法为研究岩体物理力学性质参数和岩石工程初始地应力条件提供了一个有效途径,尤其适用于软岩情况下岩体力学参数的辨识·     

考虑地应力修正的岩体损伤评价

传统的岩体质量评价体系不考虑或仅从破坏角度考虑地应力的影响.为了反映岩体损伤演化过程,针对深部岩体在自重应力场和构造应力场的作用情况,提出地应力的修正计算方法;根据Mohr-Coulomb准则,引入破坏接近度的概念,提出修正地应力造成的岩体损伤评价方法,并与岩体损伤破坏评价5个等级对应,建立了Q值与岩体损伤等级对应关系.     

损伤导致的节理岩体渗流模型

岩体内部含有大量节理裂隙，当岩体受到扰动后，这些节理裂隙将张开、扩展并贯通，形成渗流通道，这使得岩体渗透性发生急剧变化。为了描述这种由节理裂隙扩展导致的岩体渗流场发生的变化，将这些节理裂隙看作岩体内部损伤，假设渗透张量与损伤张量主轴重合。在渗透张量主空间内，认为岩体在一个主方向上的渗透系数决定于其它两个主方向上的损伤，建立了相应的损伤与渗透系数之间的关系。在外部荷载作用下，损伤将发生演化，从而导致渗透系数也发生演化。为了描述这种渗透系数演化过程，采用已有的损伤演化方程，通过渗透系数与损伤之间的定量关系，来刻划岩体扰动过程中渗透系数的变化规律。通过与已有数据对比分析，本文所发展的损伤导致的岩体渗流模型是合理的，能有效地反映节理裂隙发育对岩体渗透性的影响。     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

裂隙岩体损伤的注浆加固效果试验

为了研究岩体的裂隙损伤及注浆加固恢复效应,基于损伤力学理论,引入损伤变量,构建综合岩体损伤和超声波测速定量评价裂隙岩体注浆加固效果的方法。通过室内试验模拟岩体裂隙损伤及注浆加固过程,应用超声波检测技术测定岩体在不同裂隙宽度下的声波传播速度,进而推算岩体动弹性模量,并对比分析注浆前后裂隙岩体的损伤变量与动弹性模量的变化程度及规律。结果表明:注浆前后岩体损伤变量均与裂隙宽度成正相关;同一裂隙宽度下,泥岩的损伤变量最大,为0.89;灰岩最小,为0.57;注浆后,裂隙岩体损伤变量明显减小,且岩体动弹性模量明显增大,其中砂岩动弹性模量增加幅度最大,为354.82%;泥岩次之,为174.15%;灰岩最小,为85.75%.根据实验室结果对比分析,提出注浆加固变量,建立分级分岩性定量评价注浆效果的新方法,并应用于现场实践。     

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。     

基于岩石节理分形特性的岩体稳定性智能辨识

 调查国内大量矿山地质资料,分析其矿岩节理裂隙数据,采用分形理论揭示岩体节理间距和产状分布的分形特性.采用混沌算法优化神经网络,建立矿岩稳定性与其岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、岩体节理间距分形维数和节理产状分形维数的智能辨识模型,寻求岩体判别新方法.研究表明,岩体节理间距分形维数和产状分布分形维数可反映岩体节理空间分布的整体信息;节理间距分形维数越小,岩体完整性越好;产状分布分形维数越低,节理分散程度越小;即二者分形维数越小,岩体稳定性越好.智能辨识模型可以根据矿岩力学参数、岩体节理分形特征,预测不同地质条件下的岩体质量,为工程支护设计及施工提供依据.     

单孔示踪方法测定裂隙岩体渗透性研究

论述了单孔中测定裂隙岩体渗透系数、等效水力了隙宽及静水头的方法与有关的井流理论,单孔稀释定理推广到测定岩体渗透流速、流向等参数方面,推导了钻孔揭露多裂隙组稳定流混合井流理论,分别对吸水、涌水及单裂隙（组）的情况进行了讨论,并且介绍了试验仪器与方法,将单孔示踪方法应用于群孔之中,结合裂隙岩体的走向、倾角、裂隙分布等,确定出研究区域的裂隙岩体中的渗流场分布,该茂成果已应用于对家峡左坝肩裂隙岩体流场的研     

裂隙岩体渗流场与损伤场耦合模型研究

基于能量互易定理并考虑裂隙扩展过程中的能量转换和裂隙扩展过程中的相互作用，探讨了裂隙岩体在复杂应力状态下本构关系与损伤演化方程，给出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系，从而建立了多裂隙岩体渗流场与损伤场耦合分析模型，在此基础上，对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析，结果表明，左边坡相对于右边坡有更大的损伤演化区，应适当考虑左边坡的锚固和防渗措施。     

地应力对岩体爆破特征影响规律分析

为研究地应力对岩体爆破的影响,本文通过颗粒流软件（PFC2D）建立计算模型,进行数值模拟,从模型内部应力变化、裂纹分布、裂纹数量和能量场多个角度来分析爆破效果。结果表明：地应力严重影响岩体的爆破效果,尤其是压碎区,地应力每增长1 MPa,峰值应力就会大约增长26 MPa;地应力会抑制裂纹发育,对岩体裂纹分布状态和裂纹数量的抑制效果在3~6 MPa时最明显;地应力每增长1 MPa,岩体内部应变能会大约增长250 kJ;摩擦能和动能的能量变化峰值会随地应力的增加而稍微增加。     

地应力及岩石抗拉强度对双孔爆破的影响

为研究地应力和岩石抗拉强度对爆破效果的影响,本文利用颗粒流程序（PFC2D）开展数值模拟实验,用单孔爆破实验效果验证了模型的合理性。考虑炮孔间的相互影响,从裂纹形态、应力场及能量场三个角度来分析双孔爆破实验结果。结果表明:（1）双孔爆破在地应力为40~60 MPa时裂纹才会受到明显的抑制作用,当地应力小于40 MPa时,随着地应力的提高,平行于炮孔方向的裂纹受到的抑制作用较小,而垂直于炮孔连线方向的裂纹受到抑制作用较大。（2）地应力在0~5 MPa时,摩擦能和动能衰减最严重;地应力在20~40 MPa时,岩体内部应变能峰值最高。（3）抗拉强度每增长10 MPa,裂纹数量会减少约80%,同时,岩石抗拉强度对能量场的影响也较严重。     

含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验

依据工程地质结构制作含软弱夹层的层状岩体试样，采用全自动三轴流变伺服系统进行三轴流变力学试验，研究含软弱夹层的层状岩体的流变变形规律及加速流变特性，依据岩体各级应力水平下的稳态流变速率确定岩体的长期强度，为工程岩体流变数值试验参数辨识提供参考。根据流变试验结果，提出反映不同岩层流变力学性质的层状岩体流变模型，在模型中引入损伤变量，使流变模型可以准确反映多层状岩体在不同应力水平下的损伤流变特性。对提出的非线性损伤流变模型进行参数辨识，拟合曲线与流变试验结果较吻合，验证了非线性损伤流变模型对层状岩体的适用性。     

灵新煤矿西天河下安全开采技术综合分析

为了研究灵新煤矿河下开采引起的覆岩破坏规律和地表移动规律,采用工程地质调查、彩色钻孔孔电视、钻孔冲洗液漏失量法、物理与数值模拟、地应力测量及地表监测等多种研究手段,获得了矿区地应力分布规律、工作面开采的垮落带和导水裂缝带的高度、岩层移动规律及矿压显现规律,实现了L3414综采工作面安全开采和环境保护的双重目标.     

卸荷岩体损伤断裂力学分析及其参数研究

研究了岩体在拉剪应力作用下裂缝尖端的亚损伤区大小,以及亚损伤缝的长度－ 通过损伤分析,给出了损伤岩体的变形模量,以及损伤扩展的变形模量,并且将岩体的连通率与变形模量联系起来,这是对岩体力学损伤分析的有效补充－     

含孔岩体破裂过程的无单元法数值模拟

根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的一个重要因素,内水压力增加可以使原来停止扩展的裂纹重新扩展或者使原来闭合的裂纹重新张开,而且裂纹张开度的变化将导致裂纹内的渗流特性发生改变.     

透明类岩石内蕴裂纹扩展变形试验研究

采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机理是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于真实岩体内部裂纹无法直接观察其扩展过程,通过自行研制的透明类岩石材料在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩力学试验,观察研究透明类岩石内部三维裂纹的扩展贯通机理。这一方法克服了真实岩体不透明的特点,更方便地观察岩体内部裂纹萌生扩展不同阶段的形状。通过对透明岩石内部布置不同长度和角度的裂隙,模拟不同长度和角度的原生节理裂隙对岩体破坏失稳的影响。研究结果表明:含预制裂纹的透明类岩石试件在压缩过程中三维裂纹的起裂扩展要比二维条件下复杂,大致经历了压密,弹性变形,裂纹扩展,脆性破坏四个阶段。含预制裂隙的试件其峰值强度和峰值轴向应变比完整试件均有明显降低,且预制裂隙的长度对峰值强度和峰值轴向应变的降低幅度有一定影响。试验成果无疑对分析真实岩体的破坏失稳机理有着重要的参考价值。     

单轴压缩条件下消落带岩体应变及声发射特性研究*

为掌握消落带岩体在加载过程中其应力-应变和声发射特性,分析其变形破坏过程中各阶段的阈值,在单轴压缩、有CT断面扫描的辅助条件下,运用MST岩石力学试验系统和PAC声发射信号采集处理系统,对消落带3个高程岩体进行试验测试。获得了岩石轴向应力与轴向应变、横向应变和体应变之间的关系特征曲线,以及加载过程中压密、启裂、损伤(破坏)各阶段的声发射信号数量、能量(振幅)等特征。两方法均可得到试件启裂、损伤阈值和峰值强度,但结果有一定差异性。通过两方法联合分析,可预判其岩体启裂强度和损伤强度分别为峰值强度的0.4倍左右和0.8倍左右。试验间接反映出消落带岩体改造强烈程度中部区域大于顶部和底部区域,与实际情况较一致。     

岩体损伤度的点荷载强度计算及分析

根据现场点荷载强度试验的统计结果和损伤力学原理,提出了一种新的岩体损伤度计算方法,即点荷载强度计算方法.为了验证该方法的可靠性和准确性以及这种方法计算的岩体损伤度与岩体完整性指数之间的关系,进行了一系列理论推导和现场岩体声波测试与实验室岩石声波测试.结果表明:该方法计算的损伤度与岩体完整性系数表现出很好的一致性,并且该方法计算的损伤度与巷道松动圈内岩体损伤度的变化趋势一致.实测值与理论值之间的误差都在7%以内,说明通过该方法计算岩体损伤度有较高的准确性和可靠性.     

二滩水电站右坝肩纤闪石化玄武岩软弱岩带流变特性的研究

通过对二滩水电站右坝肩纤闪石化玄武岩软弱岩带的实地调查,并结合室内及现场流变试验结果,建立了该软弱岩带的流变模型——三参数固体模型。应用曲线求参及有限元反演方法获得两组流变参数,并在此基础上对现场岩体的流变参数进行预测,从而确立了该软弱岩带的本构方程。随后,引进金属材料研究领域的成果,利用“转换法”求得各级正应力下的长期抗剪强度,并对现场岩体的长期抗剪强度参数进行了预测。