深切河谷岩体结构的表生改造

岩体结构的表生改造是指河谷下切过程中 ,由于应力释放 ,岸坡岩体将向临空面方向发生卸荷回弹变形 ,谷坡应力场产生新的调整 ,伴随这一过程岩体结构所产生的一系列新的变异或变化。岩体结构的表生改造一般具有两类形式 ,即原有构造或原生结构面的进一步改造 ,或新的表生破裂体系的形成。其结果是在河谷岸坡一定深度范围内 ,形成类似于地下硐室围岩“松动圈”的岸坡卸荷带 ,从而恶化岩体的工程性状 ,降低结构面强度 ,对工程具有明显的影响和作用。该文采用有限元法模拟了某水电站坝区岩体结构的表生改造 ,探讨了地应力在表生改造中的作用 ,分析了表生改造对岩体结构的控制作用 ,为深入研究坝区岩体结构奠定了基础     

摩岗岭滑坡成因机理

摩岗岭滑坡位于泸定县境内的大渡河右岸一级支流磨西河口,为18世纪四川西部强震诱发的巨型地震高位滑坡.研究揭示,该滑坡发育于高烈度区的康定杂岩中,河谷走向与区域最大主应力方向垂直,河谷下切过程中斜坡经历了强烈的浅表生卸荷回弹,形成高陡斜坡后,谷坡在河谷应力场(重力场)的长期作用下坡体浅表层沿与缓倾坡外的结构面、走向北北西的陡倾结构面(与坡面走向一致)分别发生滑移和拉裂,当河谷切穿得妥断裂后,断裂带塑性变形,牵动上部坡体表层发生压缩-剪胀错动变形;周期性强震的反复作用,滑移和拉裂成脉动式和累进性式发展,最终使上述两组结构面接近贯通状态,上下游北东和北向侧裂面的切割,为坡体大规模失稳奠定了基本条件.1786年强烈的地震、高位地形放大效应、背坡效应等因素叠加最终触发摩岗岭滑坡的发生.     

西南某水电站河谷应力场数值模拟与岸坡卸荷分析

通过西南某水电站河谷演化的三维数值模拟,从时间和空间上展示了随着河谷下切演化,高边坡,尤其是左岸高边坡内部应力的演化过程,客观地揭示了岸坡卸荷过程与深裂缝的形成机理.计算结果表明,左岸深裂缝是高陡河谷岸坡在地应力释放情形下,受坡体内部岩体结构控制而产生的深部拉裂所致,是高地应力区深切峡谷强烈卸荷的典型表现.     

一种典型岸坡集中卸荷带发育特征的工程地质研究

在对区域地质背景、构造演化特征及河谷演化历史分析的基础上,对宽阔盆地峡谷岸坡形成的深部拉裂、卸荷带发育分布特征、成因机理进行了研究。结果表明,岸坡集中卸荷带发育的拉裂缝均陡倾坡内或倾坡外,属岸坡卸荷变形的范畴,是在早期区域性垂向卸荷的基础上伴随峡谷岸坡形成过程中应力释放、在原有构造结构面基础上形成的浅表生改造的产物。     

顺倾岩质高边坡开挖变形机理及计算

为了进一步分析顺倾岩质高边坡开挖变形机理及变形计算方法,以卸荷岩体力学及弹性力学理论为基础,对顺层岩质边坡开挖前后边坡岩体的力学状态进行了分析,对边坡变形机理及变形计算方法进行了研究．研究结果表明,顺倾岩质边坡在开挖过程中岩体受力状态发生改变,岩体力学参数劣化,造成边坡发生较大变形;顺层岩质边坡变形主要由浅表松弛变形、卸荷回弹变形及顺层滑移变形组成．并以弹性力学为基础提出了边坡卸荷回弹变形的计算方法,依据能量守恒定律推导了顺层滑移变形的计算方法．     

皖南某高速公路四号边坡变形机理及稳定性分析

皖南某高速路高边坡地质条件复杂,从坡中部至坡顶处均出现明显的倾倒变形迹象,并在边坡左侧发生过垮塌.通过对该边坡的地层岩性、岩体结构和边坡开挖等因素的分析研究,阐述了其变形机理,揭示了其弯曲-倾倒和滑移复合的变形破坏模式.这一变形机理的产生是由于原始地形较陡和坡体强烈卸荷,在开挖的触发下引起上部陡倾岩体向坡外弯曲变形,沿顺坡向结构面滑移拉裂.采用二维有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力和变形的特征及其变化规律,以验证上述的破坏机理模型.     

基于连续介质的裂隙岩体流固耦合数值分析

基于库区水位涨落或暴雨入渗,经过演变易造成滑坡,研究渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,通过理论推导,提出裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型;以湖北潘口水电站进水口边坡为研究对象,建立基于连续介质的裂隙岩体流固耦合渗流数值计算分析方法。研究结果表明:边坡在开挖过程中变形以卸荷回弹变形为主,回弹变形范围随开挖逐级增大,各级边坡开挖对邻级边坡变形的影响最显著,对较远坡段的影响逐步减弱;边坡开挖面基本处于小拉应力状态,边坡浅表层拉应力区分布范围及量值均很小;边坡全部开挖完成后,边坡的塑性区主要沿近坝的开挖马道外缘分布,分布范围小,在表层岩体内;裂隙岩体流固耦合模型的三维数值计算能够较真实地模拟边坡开挖过程位移场、应力场、塑性区、拉应力区的分布规律。     

深切河谷应力场分布特征研究

利用数值模拟分析软件,研究了构造应力及卸荷带存在情况下深切河谷应力场分布特征及应力场分带标准。结果表明:1)结合初始应力场特征,可自自重应力与构造应力角度提出应力场分区标准。2)对于无卸荷带的均质弹性边坡,无构造应力作用时,可分为应力释放及应力平稳2个区。有构造应力作用时,可分为应力集中及应力平稳2个区。3)对于存在卸荷带的边坡,则从坡表到坡里可分为应力降低区、应力升高区及应力平稳区3个区。4)由于构造应力场的存在,使得河谷内应力集中的水平明显提高,集中的范围明显变大。5)随着卸荷带厚度的增加,应力集中区向坡体内部相应移动。     

陡高边坡节理岩体卸荷岩体力学的物理基础

指出运用卸荷岩体力学 ,研究三峡工程永久船闸岩石陡高边坡节理岩体特性的重要性 ,与岩体由原所受地应力作用到卸荷减压致拉的 (反 )应力应变的机理 阐明卸荷过程中 ,若体抗拉强度、变形模量、泊桑比等参数不是常量 ,是随岩体分化衰变的变量及其物理基础 ;形变显现弹性恢复应变、扩容 ,扩容蠕变的演绎特性 提出卸荷节理岩体的弹 -扩 -粘形状的本构方程     

高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟

高地应力下脆性岩体工程开挖变形机理、稳定性评价及灾害控制技术研究一直是岩石力学和工程地质研究的难点问题。基于高应力下脆性岩石卸荷力学试验分析,明确了卸荷过程中的岩石力学参数及变形破坏演化规律,发现高应力下脆性岩石的破坏具有较明显的应变强度特征。分析了高应力下脆性岩石卸荷破坏采用张拉屈服的Griffith应变强度准则的合理性,建立了考虑卸荷屈服引起岩体力学参数变化的弹脆塑性数值计算方法,并在实际工程中得以验证。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

溪洛渡库区河口滑坡变形特征和形成机制

溪洛渡库区河口滑坡位于金沙江下游溪洛渡水电站东南岸坡上,永善县城至大兴集镇、莲峰镇公路横穿滑坡。滑坡一旦失稳将切断两个镇的生命线,甚至对库区形成危害。论文在现场地质测绘、勘察和数值模拟的基础上,对河口滑坡的变形特征和形成机制进行了研究。研究表明:河口滑坡是一个大型深层岩质滑坡;变形特征上可分为强变形区、弱变形区和松弛区;破坏模式上可分为前缘倾倒破坏模式和中后部滑移破坏模式;滑坡整体变形模式为倾倒-滑移-拉裂-剪断模式。滑坡主要影响因素有库水作用、地质构造、卸荷作用;河口滑坡若继续在库水作用和卸荷作用的影响下将继续变形。     

基于改进遍布节理模型的岩石基坑开挖稳定性数值分析

为解决现有研究针对开挖于层状岩体中且边坡含高倾角外倾结构面的岩石深基坑开挖稳定性的研究相对欠缺的问题,本文依托徐州市地铁3号线南三环站基坑工程,通过对FLAC3D中既有遍布节理模型的改进,得到了可同时考虑层状岩体变形和强度各向异性的横观各向同性弹塑性遍布节理模型,基于该本构模型采用数值模拟分析的方法对不同岩层倾角条件下基坑及围护结构的变形情况进行了模拟分析。结果表明：地面沉降最大值和围护桩的最大水平位移均受岩层倾角影响,当岩层倾角为50°时上述量值最大。为定量分析岩层倾角影响下围护桩的变形规律,对模拟结果进行了数据拟合,获得了围护桩最大变形与岩层倾角的理论关系。强度折减计算结果表明,岩层倾角为50°时基坑开挖完成后的安全系数最低,并获得了不同岩层倾角下基坑开挖完成后边坡的安全系数分布及基坑边坡的潜在破坏面形式,给出了依托工程围护桩的桩间距优化建议。     

长壁法开采缓倾斜极薄铁矿体围岩变形破坏机理

提出用长壁法开采缓倾斜极薄类铁矿体.建立了相似材料模型,借助全站仪、应变计和数码相机等仪器监测了模型围岩的变形、应力以及破坏情况,研究了坚硬围岩垮冒规律、应力变化、变形变化和围岩破坏特征.实验结果表明:围岩的破坏具有明显的间歇性和突变性,顶板断裂步距基本相同,断裂方向相互平行;在垂直方向上,处于不同位置的围岩断裂步距不同.得到了围岩的来压周期与移动规律.     

基于修正莫尔-库仑准则的围岩瞬态卸荷塑性变形分析

将卸荷视为动态过程,采用包含拉伸截断和帽盖模型的修正莫尔-库仑准则,对不同开挖形状和应力状态条件下围岩瞬态卸荷塑性区进行了分析.研究结果表明:瞬态卸荷可导致自由面附近产生塑性变形,造成围岩损伤弱化甚至破坏;拉伸应力是造成围岩动态卸荷破坏的重要因素;塑性变形随着埋深的增加而增大;最大压应力方向易于产生塑性变形,以拉伸变形为主,当初始应力满足一定条件时,最小压应力方向将产生严重压剪塑性变形;从卸荷的角度考虑,巷道断面曲率较大为宜,尽量避免直线形边界.     

软弱夹层倾角对巷道围岩稳定性的影响

为研究软弱夹层的倾角对巷道围岩稳定性的影响,通过相似原理配制了含不同倾角软弱夹层的物理模型,利用模具对其施加位移边界条件,试验机对其施加垂直载荷,模拟地应力,对物理模型进行模拟开挖。结果表明:含不同倾角软弱夹层的巷道顶部均出现应力集中,呈现塑性变形并最终局部出现冒顶现象。巷道围岩的稳定性和软弱夹层的倾角有一定的关系,软弱夹层的角度越大,夹层和主岩体的结构面越容易发生滑移,整个巷道围岩的稳定性越差。可见软弱夹层的倾角严重影响巷道围岩的稳定性。     

60 m大跨度洞室最小矢跨比研究

大跨度洞室的最小矢跨比是大跨度洞室尺寸设计的重要参考依据,基于能够考虑岩体软化、剪胀、体胀、密度变化等开挖响应特征的Cavehoek本构模型和能够反映不同岩体质量、岩石单轴抗压强度条件下的极限应变标准,对不同地质强度指标GSI、埋深、侧压力系数、结构面等条件下的60 m大跨度洞室的最小矢跨比进行了研究.结果表明,GSI、侧压力系数、埋深3个因素中,GSI对大跨度洞室的最小矢跨比影响最大,侧压力系数和埋深次之;岩体质量越好,最小矢跨比越小,最小矢跨比与侧压力系数和埋深之间并非线性关系.结构面和岩石单轴抗压强度对大跨度洞室最小矢跨比有较大的影响,尤其是缓倾结构面非常不利于大跨度洞室成拱.     

开挖卸荷对三峡左岸坝段节理裂隙岩体的影响

首次用卸荷非线性岩体力学理论研究了三峡工程左岸坝段开挖卸荷对节理裂隙岩体的影响,提出了在逐级确定的卸荷带中,进一步寻求破坏单元,从而再赋于相应卸荷参数的新思路．所得成果较常规算法有较大差别,但与实际监测成果较吻合．