边坡JRC-JCS极限平衡安全系数的计算

为了采用极限平衡法计算节理粗糙度系数JRC与节理压缩强度为JCS的岩质边坡安全系数,建立JRC-JCS准则下简化Bishop极限平衡计算公式,并分析JRC-JCS参数对于边坡安全系数的影响.研究结果表明:随着JRC的增大,黏结力c和内摩擦角φ呈非线性增大,并且黏结力受影响的敏感度增大,而内摩擦角受影响的敏感度降低;黏结力c和内摩擦角φ均随JCS的增大呈非线性增大;随着JRC和JCS的增大,边坡的安全系数F逐渐增大,JRC 越大,节理面越粗糙,岩体的稳定性越高;JCS越大,岩石颗粒排列得越紧密,岩体的压缩强度越大,岩体的稳定性越高,边坡整体安全系数也越大;F与JRC和JCS的关系呈现非线性特征,可通过指数方程进行拟合.     

隧道岩体稳定性的非线性单元安全系数分析

为了采用非线性准则(巴顿准则)定量描述隧道岩体的稳定性,首先通过理论分析,推导巴顿非线性准则和摩尔库仑线性准则之间的关系,得到采用巴顿准则参数节理粗糙系数JRC和岩体压缩强度JCS表征的岩体剪切强度参数黏结力c、内摩擦角φ和巴顿准则参数表征的单元安全系数Ke;然后,利用有限差分软件FLAC3D建立隧道开挖计算模型,基于其内置的FISH语言,编制巴顿准则下非线性单元安全系数Ke计算程序,并对比Ke≤1的区域和FLAC3D塑性区分布。研究结果表明:Ke≤1对应的区域和由FLAC3D计算得到的塑性区域大致相同,从而验证了所推导的基于巴顿准则参数的单元安全系数公式的正确性以及所编制程序的可行性;单元安全系数Ke能够表征各个单元的破坏程度,优于塑性区判定标准。     

基于可拓理论的边坡强度指标

基于可拓理论,从3个层次5个指标建立了边坡稳定性评价指标体系,研究了内摩擦角和黏聚力对边坡稳定性的影响,给出了抗剪强度参数与安全系数之间的数量关系.研究结果表明:随内摩擦角和黏聚力的增大安全系数呈线性增大,且内摩擦角对安全系数的敏感性明显大于黏聚力对安全系数的敏感性.最后,基于安全、经济、高效的原则,采用锚杆措施对辽宁省小盘岭边坡进行加固处理.     

温、湿度对粉砂质泥岩边坡岩体抗剪强度的影响

为研究粉砂质泥岩边坡受温、湿度影响后的岩体抗剪强度参数变化规律,总结了基于Hoek-Brown准则的岩体抗剪强度参数的计算方法,并开展一系列单轴力学试验,得到粉砂质泥岩试样在不同温、湿度条件下的单轴抗压强度σ_c、劈裂强度σ_t及纵波波速V_(pi),根据试验结果及Hoek-Brown准则计算粉砂质泥边坡岩体抗剪强度参数并分析其变化规律。结果表明:温、湿度变化后σ_c、σ_t、V_(pi)均降低,且降幅与变温温差ΔT、变温循环次数n及含水率w相关;温度单独变化时,岩体抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角φ均衰减,且其衰减幅度均随温差幅度|ΔT|、变温过程平均温度、变温循环次数n增大而增大;岩体在恒温浸水时仅湿度变化,其含水率增速在前期较快而在后期趋缓,岩体抗剪强度参数c、φ与含水率w呈指数函数的递减关系;当温、湿度同时变化时,岩体抗剪强度参数c、φ均比天然状态时大幅衰减,且因温度变化影响了湿度变化,使得c、φ在降温循环时随温差幅度|ΔT|增大而增大,在升温循环时随温差幅度|ΔT|增大而减小;在相同变化时间下,湿度变化对岩体抗剪强度参数的影响大于温度变化,温、湿度同时变化对岩体抗剪强度参数的影响大于温度、湿度单独变化时的影响之和,表明温度与湿度之间存在协同增效作用;岩体抗剪强度参数中黏聚力c的衰减幅度大于内摩擦角φ。     

基于Hoek-Brown非线性极限平衡法的边坡安全系数

为了建立Hoek-Brown非线性准则下边坡安全系数计算的极限平衡法,通过理论推导与Hoek-Brown参数相对应的等效黏结力和内摩擦角,得到Hoek-Brown准则中简化Bishop极限平衡法计算边坡的安全系数公式,并分析Hoek-Brown参数对于边坡安全系数的影响,研究结果表明:岩体材料的等效黏结力与弱化因子D呈线性关系,而与岩体地质强度指标IGS、完整岩石单轴抗压强度σci和完整岩石参数mi呈非线性关系;等效内摩擦角与各Hoek-Brown参数均呈非线性关系.随D的增大,边坡安全系数F线性减小;随IGS的增大,F非线性增大;当σci较小时,F和σci关系呈现一定非线性特征,当σci较大时,二者呈现线性关系特征;F随mi的增大,呈先减小后增大的趋势.     

基于非线性破坏准则的岩体剪切强度参数确定方法

剪切强度预测是岩体稳定性分析的重要内容,为了采用Hoek-Brown非线性准则描述岩体的剪切强度参数,利用理论推导和数值拟合的方法,探讨了Hoek-Brown参数到Mohr-Coulomb参数的转换过程,并分析了非线性准则中各个参数对于剪切强度参数的影响.结果表明.通过大量数据拟合回归的方法可确定剪切强度参数与Hoek-Brown准则参数之间的关系;随着地质强度指标GSI的增大,岩体的剪切强度参数c和φ均不断增大,黏结力较内摩擦角对于岩体地质强度指标的变化更为敏感;二者随mi的变化幅度均不大,GSI对于岩体强度的影响大于mi.     

重塑玄武岩残积土抗剪强度的试验研究

文章以重塑玄武岩残积土为研究对象,采用直剪试验测定了不同干密度、含水率下土体的抗剪强度及其强度指标,得到了黏聚力和内摩擦角随含水率的变化规律;通过滤纸法测定了不同干密度条件下残积土的土水特征曲线,结合直剪试验结果,分析了基质吸力对抗剪强度的影响规律。结果表明:随含水率增大,黏聚力呈先增大后急剧减小趋势,内摩擦角呈逐步减小趋势;在试验所得基质吸力范围内,随基质吸力增大,抗剪强度先增大后不变,非饱和抗剪强度参数φ~b逐步减小且最终趋于0°,即基质吸力对抗剪强度的贡献是有限的;竖向荷载对φ~b有较大的影响,竖向荷载越大,φ~b越大。     

基于冻融-干湿作用的非饱和重塑黄土强度试验

冻融循环和干湿交替作为两种典型的风化作用,对土体强度有着显著的影响.为了探讨二者对土体强度影响的差异及吸力机制,对不同含水量的非饱和重塑黄土开展冻融及冻融干湿耦合作用下的直剪试验,同时测试基质吸力.结果表明:冻融条件下,黏聚力随冻融次数呈指数函数减小,内摩擦角随冻融次数呈指数函数增大,抗剪强度随冻融次数增加而增大.冻融干湿耦合下,黏聚力和内摩擦角均随着冻融干湿耦合次数呈指数函数减小,抗剪强度随冻融干湿耦合次数增加而减小;干湿路径对抗剪强度具有一定的影响,先吸湿后脱湿的抗剪强度和强度参数大于先脱湿后吸湿的抗剪强度和强度参数.基于试验数据分别给出黏聚力和内摩擦角随冻融-干湿耦合次数变化的定量表达式.     

考虑基质吸力影响的非饱和均质边坡稳定性分析

控制吸力条件下非饱和土的强度特性主要基于膨胀土,文章针对侯禹高速公路某边坡黄土进行控制吸力固结不排水三轴剪切试验,主要研究了有效应力强度参数黏聚力c和内摩擦角φ随基质吸力的变化规律,并基于强度折减法对一定基质吸力影响下的该边坡进行稳定性分析。结果表明:黏聚力c随基质吸力的增大变化明显,而内摩擦角φ随基质吸力的增大基本不变;随基质吸力的增大安全系数增大;在低吸力阶段,增大幅度较大,随基质吸力的增大,增大幅度变小。     

基于Barton-Bandis非线性破坏准则的岩体强度预测

为了采用Barton-Bandis模型描述岩体特征,并将其参数应用于数值计算中,探讨Barton-Bandis参数到Mohr-Coulomb准则参数的转换,研究Barton-Bandis参数对Mohr-Coulomb参数的影响.研究结果表明:Barton-Bandis参数到Mohr-Coulomb准则参数的转换方法方便有效;随着节理粗糙系数JRC和节理压缩强度JCS的增大,Mohr-Coulomb参数粘结力c和内摩擦角φ均呈现非线性增大,可通过指数方程对其关系进行拟合;JRC的变化对粘结力的影响大于其对内摩擦角的影响;JRC对岩体剪切强度的影响大于JCS对岩体剪切强度的影响.     

考虑岩体损伤和注浆加固效应的单元稳定性

为了研究注浆对节理岩体损伤的加固效应,从微观角度出发,引入岩体修复因子的概念,构建考虑岩体损伤和注浆加固效应的单元安全系数,以判断岩体的稳定性;然后,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,采用FISH语言二次开发单元安全系数程序,得到隧道开挖后围岩不同部位的单元安全系数,将其与FLAC3D软件所得的的塑性区分布进行对比.研究结果表明:单元安全系数Fs≤1的区域与FLAC3D计算得到的塑性区分布范围一致,验证了所推导的单元安全系数计算公式以及自编程序的正确性.     

喷锚初期支护——围岩稳定性强度折减有限元分析(英文)

岩石隧道施工阶段具喷锚初期支护的围岩稳定性评价对隧道施工安全是非常重要的。根据一施工中的岩石隧道Ⅳ级围岩地段地质条件为基础,选用ABAQUS程序双曲线型D-P材料模型为岩土体破坏准则,建立了考虑喷射混凝土与岩体之间,锚杆与岩体之间相互作用的3-D有限元计算模型,以此模型利用强度折减技术研究了具锚喷初期支护的围岩稳定性安全系数。分析表明采用所提出的极限状态确定具喷锚支护的围岩稳定性安全系数是合理的。     

索风营水电站Dr2危岩体稳定安全度有限元分析

采用边坡稳定分析的非线性有限元混合解法对索风营水电站Dr2危岩体的稳定性进行了分析,即由强度折减法搜索其可能滑动面,确定危岩体最可能的破坏方式和滑动面位置,然后重新建立模型,加入搜索得到的滑动面和加固措施,由有限元迭代解法求得其滑动面的安全系数.通过该法确定了Dr2危岩体最危险滑动面,并计算得到了每项加固措施对危岩体抗滑稳定安全性的贡献度,为加固措施的优化提供了一个很好的参考依据.     

深埋隧道围岩滑移面验证及稳定性分析

为了采用安全系数分析深埋圆形盾构隧道稳定性,以隧道围岩弹塑性区域的应力分布为基础,采用变分方法验证围岩滑移面的分布形态.将围岩简化为理想弹塑性材料,结合弹塑性区域应变分布获得围岩极限塑性半径.基于Mohr-Coulomb准则,选取隧道安全系数为极限塑性半径内沿隧道滑移面围岩的抗剪强度与剪切力之比,获得以安全系数为隧道稳定性指标的分析方法.通过算例分析得出极限应变与屈服应变比值、围岩力学参数和支护参数与隧道相对塑性半径和安全系数的关系.研究结果表明:增加围岩内聚力、内摩擦角及支护压力能有效抑制隧道塑性区半径发展与提高隧道安全系数;围岩变形协调能力越好,整体越稳定.     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,本文通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

基于重度增加法的岩坡破坏过程流形元分析

考虑岩体边坡滑动大变形破坏特性和现有研究分析手段,提出利用第一作者团队开发研制的Geo SM A-3D,在现场岩体结构信息采集的基础上,建立岩体边坡空间数值模型,实体表征岩体三维模型;利用现代数值流形法(NMM)模拟岩体大变形破坏分析手段,在块体理论的基础上,运用有限元分析中经常用到的重度增加法,不断增加岩体的重度,直到岩体边坡中的"关键块体"产生滑动,使边坡发生大变形破坏;同时以最危险"关键块体"水平位移随重度增加发生突变为破坏依据,对边坡的安全系数进行评定.实例分析某边坡工程的破坏过程,实现了岩体边坡大变形数字表征,为边坡支护提出解决方案,为工程施工和边坡灾害的处置提供参考和借鉴.     

块体运动矢量分析法

大量岩体失稳,是结构面和临空面组合切割成的岩块的岩块或岩体系统发生运动造成的,应用块体理论和运动学矢量分析,导出了各种受力条件下岩块或岩块系统的稳定性安全系统算式和满足给定安全系统所需加固抗力的算式,编制出计算机软件。     

非稳定渗流作用的岩体边坡稳定非连续变形分析

建立了分析边坡非稳定渗流场的有限元模型;考虑库水位降落的非稳定渗流的影响,应用非连续变形分析方法分析了岩体边坡的变形规律,并确定了边坡断层的极限内摩擦角;利用传统安全系数的概念,分析了某水库水位降落时边坡的稳定性,得到了该边坡稳定安全系数随库水位降速的变化关系.结果表明,在现行水库运用方式下该边坡是稳定的.     

岩体声发射检测技术在采场顶板安全分级中的应用

岩体在破坏过程中，必然产生声发射现象。岩体声发射的频度、强弱及高能事件与岩体的破坏过程密切相关。根据岩体声发射的特点及其相关参数将岩体声发射检测技术应用于采场顶板安全等级划分，为采矿安全管理提供技术指导。矿山实际应用情况表明该方法是可行的。