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。     

基于ANN-RBF方法对边坡岩体抗剪强度的预测

抗剪强度参数的选择对于边坡稳定性分析至关重要.为了保证数值分析的可靠性,建立了RBF神经网络模型预测边坡岩体的抗剪强度参数,并且收集了大量的工程数据修正和验证了这个模型.该模型可以预测任意一个边坡岩体的抗剪强度参数,并且计算结果非常接近于实测剪切实验结果,这证明了该模型的有效性和合理性.     

大理岩裂隙岩体流变特性试验研究

该文提出并运用地质作用分析与力学过程模拟、力学参数控制相结合的岩体试件制备与试验技术方法,将取自某大型水电工程深埋引水隧洞围岩的典型大理岩块标准试件制备成含有裂隙的岩体试件,通过单轴压缩蠕变、单轴压缩松弛、单轴压缩卸荷和三轴压缩蠕变试验,揭示了大理岩体的流变特性。试验结果表明:该大理岩体的流变特性可用西原模型来表征,并据此求解了流变参数和长期强度;岩体的强度存在显著时效弱化特征,与瞬时强度参数相比,c_∞降低了60%,φ_∞降低了14%;岩体抗剪强度的时效弱化效应与岩体应力有关,低应力下的强度时效弱化效应比高应力下更为显著。这些成果与方法可供工程与同类研究参考。     

片岩三轴蠕变特性及蠕变模型研究

在云南澜沧江流域,发育了大量的倾倒变形体。软硬岩互层的岩体结构是该流域形成倾倒变形体的重要原因。软岩的岩体力学参数是研究倾倒变形体的关键点。为了研究其变形机制,采用YSJ-01-00岩石三轴蠕变实验机,在恒温条件下,对片岩进行三轴蠕变实验;采取Burgers模型对其流变曲线进行辨识,并确定模型参数。试验结果表明,该种岩石长期强度只有瞬时强度的0.71倍。通过对实验曲线的研究,本文系统分析了片岩在蠕变条件下的变形特征和力学特征。着重探讨了加速蠕变阶段的轴向应变-应变率-偏应力关系特征。为预测和评价倾倒变形体的长期稳定性提供了重要依据。     

基于剪切波速与含水率的抗剪强度测量方法*

抗剪强度是土的重要特性。根据剪切波速与抗剪强度关系提出了一种基于剪切波速与含水率的抗剪强度可实现野外长期现场测量的方法,并设计了实现该方法必要装置,对实验土样建立了剪切波速-含水率-抗剪强度模型,将模型与实测数据比较,证明该模型可以满足测量需求。     

含水率及夹层厚度对软弱夹层强度影响分析

软弱夹层对斜坡及围岩稳定性影响较大,对其剪切力学特性的研究具有实际工程意义。巴东组第三段（T2b3）特殊岩体特性使风化后的软弱夹层和地下水中含有较多CaCO3,使软弱夹层力学性质发生改变。基于此,以三峡库区巴东组第三段泥灰岩和层间软弱夹层为研究对象,对土-岩剪切试样进行室内直剪试验及微计算机断层扫描试验、电镜扫描试验,从宏微观角度重点研究含水率、夹层厚度及CaCO3含量对软弱夹层抗剪强度的影响规律及动态特性。研究表明：CaCO3通过降低土体孔隙率和改变土颗粒形态提升内摩擦角,通过增强土体胶结能力提升内聚力,从而增大其抗剪强度。低CaCO3含量下,试样抗剪强度随含水率的增大而减小;高CaCO3含量下,18%含水率以下时,抗剪强度随含水率的增大而增大,而到22%时抗剪强度突降。低轴向应力下,试样抗剪强度受夹层厚度影响较小且随CaCO3含量的增大而增大;高轴向应力下,从高夹层厚度低CaCO3含量到低夹层厚度高CaCO3含量,试样抗剪强度逐渐变大。     

砂砾软岩室内化学灌浆试验系统的研制及应用

化学灌浆是改善软弱岩体岩性的有效办法,可以降低吸水率、提高变形模量、弹性模量,提高抗压、抗拉和抗剪强度。结合某水利工程现场砂砾软岩的实际情况,研制了一套用于砂砾软岩室内化学灌浆的试验系统;配制了多种试验用环氧树脂浆液;制定了相关的试验方法及步骤。采用外敷材料及试模成型的措施,解决了试验用软弱岩石不易钻孔及成型的难题。通过试件切割及显微镜下微观观察,验证了浆液在砂砾软岩中的可注性。试验结果表明,所研制的砂砾软岩室内化学灌浆系统的灌注性能可靠;对砂砾软岩进行化学灌浆加固具备可行性;灌注及加固效果显著。     

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.     

露天煤矿边坡中软弱夹层的蠕动变形特性分析

软弱夹层非线性蠕动变形特征分析,明确了其力学强度的变化、本构关系的非线性特征·根据老化理论提出了软弱夹层的一般流变方程,确定由等速蠕变向加速蠕变过渡的临界应变量作为破坏时刻的破坏应变量,从而建立长期抗剪强度与应力作用时间变化的关系,对于非稳定蠕动变形,等速蠕变阶段的应变速率与剪应力超过长期极限强度的程度有关,对软弱夹层抗剪强度随时间降低的特性研究为蠕动边坡动态稳定性理论分析提供了依据     

基于GSI的水库高边坡岩体抗剪强度参数计算

为研究某水库高边坡的节理岩体抗剪强度参数,选取37个调查点进行统计计算,引入GSI地质强度指标,考虑岩体结构、结构面特征、岩块的抗压强度值,岩性的情况四个方面对其评分.采用了普遍适用的Hoek-Brown经验准则对边坡的白云质灰岩和灰岩材料参数进行计算,通过回归分析方法计算出了两种节理岩体的抗剪强度参数.结果表明GSI指标对强度参数值影响较大,尤其是粘聚力,白云质灰岩及灰岩的风化程度越强,粘聚力和内摩擦角及抗压强度值越小,并且得出了两种岩体强度参数的分布规律,其结果可为边坡的稳定性分析及防治提供可靠的依据.     

流变荷载试验曲线的模型识别及其应用

基于粘弹性理论,建立了流变荷载试验的Maxwell、广义Kelvin和Burgers3种流变模型的位移反演模式,并给出了根据现场试验流变曲线进行流变模型识别的简便方法。分析了岩体流变荷载试验曲线,给出了能反映试验区域内岩体变形规律的最佳流变模型,反演获得了试验区域内岩体的瞬时弹性模量、长期弹性模量、粘弹性模量和粘弹性系数。结果表明,描述试验点岩体在不同荷载级别情况下的最佳流变模型均为广义Kelvin模型,但其弹性模量有所差异,其量值范围为4194～5235MPa,平均弹性模量为4900.316MPa;平均长期弹性模量为3081.65MPa。计算表明所建立的反演公式是正确的,模型及参数识别过程简便、实用。     

考虑黏聚力与内摩擦系数的岩石黏弹塑性流变模型

基于在岩石剪切流变仪上得到的泥板岩剪切流变试验结果,采用库仑强度准则获得了岩石长期强度参数(长期黏聚力和长期内摩擦系数),与瞬时强度参数进行对比,结果表明,岩石黏聚力对时间的敏感程度高于内摩擦系数对时间的敏感程度.提出了一个考虑黏聚力和内摩擦系数随时间变化的塑性元件,将其与线性黏性元件并联起来,得到一个新的考虑黏聚力和内摩擦系数的非线性黏塑性体(CF-NVPB),同时将CF-NVPB模型与三元件线性黏弹性流变模型串联起来,建立了一个新的考虑黏聚力和内摩擦系数的岩石非线性黏弹塑性流变模型,并推导了该非线性流变模型的蠕变方程与松弛方程.     

基于六向压应力传感器流变应力恢复法的地应力测量

流变应力恢复法是针对深部具有流变性的软弱围岩而提出的一种地应力测量方法,该方法采用在巷道围岩中钻孔埋设压应力传感器的方式来实现围岩原岩应力和扰动应力的测量。本文基于最新研发的光纤光栅式六向压应力传感器以及本安型光纤光栅解调仪,开展了传感器的室内标定试验。依托平煤股份八矿深部软岩巷道,开展了流变应力恢复法现场地应力测量,并与传统套芯应力解除法地应力测试结果进行对比分析,验证了基于六向压应力传感器流变应力恢复法地应力测试的准确性和可靠性。     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.     

岩石抗钻强度与地层压力关系模型及其应用

在石油钻井施工过程中 ,岩石的抗钻强度主要受井下地层岩石性质的影响 ,地层孔隙压力则是影响岩石抗钻强度的一个重要参数。根据室内模拟实验和对大量现场实钻数据进行分析 ,建立了岩石抗钻强度与地层孔隙压力的关系模型。在钻井施工过程中 ,可利用该模型根据井下地层岩石抗钻强度的变化来监测地层压力的变化。所建模型在中国南海莺歌海盆地进行了初步应用 ,取得了良好的效果。     

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。     

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。     

大岗山深埋硬岩公路隧道岩爆预测

位于川西和青藏高原接触带的长大深埋硬岩公路隧道建设面临极大的岩爆危害，对其岩爆倾向性的准确预测是解决这一瓶颈问题的关键手段。以泸石高速大岗山隧道为工程背景，基于地勘中地形地貌、地质构造、岩石力学参数和地应力实测数据资料，采用数值模拟和数理统计相结合的方法，反演分析隧址区全线初始地应力场，系统分析了大岗山隧道各断面开挖洞周围岩二次应力，基于应力判据法对其岩爆发生情况进行了综合预测。结果表明：隧道全线地应力场分布规律以竖向应力为主，竖向应力量值最大达33.25 MPa，且局部地应力复杂，水平构造作用明显，以NWW-SEE向挤压作用为主，具备发生岩爆条件；隧道埋深大于408 m时有中等、强烈岩爆活动，中等岩爆段长度占隧道全长的13.8 %，强烈岩爆段长度占隧道全长的39.7%，且埋深大于450 m时岩爆在边墙部位发生；岩爆发生受地形地貌、地质构造影响显著，由于地应力在软弱岩体中得到释放，断裂带、辉绿岩脉内部无岩爆活动，而断裂带和沟谷地形会使其附近完整花岗岩段内出现地应力集中现象，从而加剧其岩爆烈度。     

一种改进的岩石黏弹塑性加速蠕变力学模型

为了全面描述岩石蠕变全过程,克服线性牛顿体不能准确描述加速蠕变的不足,在引入非线性蠕变体模型基础上,结合流变力学模型理论,定义应力与试件长期强度的比值为加速蠕变速率幂级数n,模型发生加速蠕变时的总蠕变量为蠕变特征长度εc,进而得到一种改进的能够描述岩石黏弹塑性加速蠕变的力学模型。结合东乡铜矿砂质页岩单轴压缩下分级增量循环加卸载蠕变试验,对模型参数的辨识进行解释,并将该模型的蠕变拟合曲线与实验的蠕变曲线进行对比。研究结果表明:该模型能很好地描述了岩石的加速蠕变特性。