巷道围岩注浆加固体性能实验

介绍注浆加固前后破裂岩块的力学性能试验,结果表明注浆可以提高破裂岩块的残余强度,同时改善其侧向变形和径向变形的协调性能,从而在较大变形范围内保持稳定的承载能力,并有利于形成承载结构。试验结果进一步揭示了巷道围岩注浆加固机理。     

蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用，套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形。通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式，并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上，采用有限单元法，分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷。结果表明，非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降，提高固井水泥性能，切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力。     

新型注浆材料力学特性及微观特征试验研究

为研究水玻璃-聚氨酯复合新型注浆材料的力学特性,基于水玻璃-聚氨酯(S-P)和水泥-水玻璃浆液(C-S)两种浆液的试验结果,对比分析了上述两种注浆材料的黏度时变性、不同龄期固结体强度以及固结体孔隙结构特征。分析表明：S-P、C-S两种浆液黏度与时间均呈非线性关系;S-P浆液固结体强度远高于C-S,可更好地满足地层原位改性要求;不同养护期的S-P浆液固结体孔径分布基本一致,内部孔隙结构稳定。然后,以顾桥矿东区-1 000m车场巷道软岩底鼓注浆治理为工程背景,选用S-P浆液进行注浆,采用瞬变电磁法及震电磁三场法探测注浆效果,结果表明：S-P浆液的渗透性、封水性及固结体强度均优于常规水泥浆液,对岩体微隙空间充填效果良好,可作为应急抢险类工程的优选注浆材料。研究结果可为类似注浆工程浆液材料选取提供一定参考。     

基于FLAC3D的大断面软弱围岩隧道注浆加固数值分析

大断面软弱围岩隧道,因其开挖面积大、岩石强度低、围岩赋存环境差、岩体破碎等特点,使其力学性能与一般围岩存在较大差异.为避免隧道开挖时可能产生的大变形甚至坍塌破坏,对大断面软弱围岩隧道进行注浆加固处理尤为重要.本文应用有限差分软件FLAC3D对不注浆、拱部注浆、全环注浆三种方案进行数值分析,研究隧道注浆加固后围岩的应力分布和位移的大小以及围岩稳定性.结果表明,注浆加固能够有效改善注浆区围岩的力学性能,提高注浆区围岩的强度,减小围岩的位移,增强隧道的自稳能力.     

含裂纹岩石试件注浆模拟测试系统研制及试验研究

针对当前注浆实验多使用相似模拟材料制备类岩石试样,导致注浆加固效果评价不准、机理探析困难等问题,设计研发了一种含裂纹岩石试件注浆性能测试系统,该系统由三联同步注浆加压系统、岩石测试系统以及数据采集系统组成。首先,对同一岩性的多个岩石试件进行单轴压缩试验获得基准参数,并得到含裂纹岩石试件;其次,利用三联同步注浆加压系统进行注浆加固,并再次开展力学性能测试获得对比参数;最后,通过对注浆前后岩石试件力学性能及破坏形态进行对比,获得围岩注浆加固效果。利用该系统对淮南谢桥煤矿某巷道岩石进行测试分析,结果表明：注浆岩石试样强度性能取决于岩石强度和浆体材料中的较小值,注浆试件强度为原岩力学性质的70%～85%。该试验系统能够进行岩石裂隙注浆试验,并对揭示围岩注浆加固机理、指导现场注浆效果具有重要意义。     

酸性环境冻融循环对花岗岩剪切蠕变特性影响研究

为了研究酸性环境冻融循环对花岗岩剪切蠕变性能的影响，以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象，对中性、酸性环境中经历不同冻融循环次数的花岗岩试件进行细观特征分析和剪切蠕变试验.试验结果表明：(1)随着冻融循环次数的增加，岩石表面损伤程度加剧，酸性环境下的损伤明显大于中性环境下的损伤；(2)酸性溶液对试样蠕变性能影响显著，随着冻融循环次数的增加，试样的剪切蠕变变形和稳态蠕变速率逐渐增大，而平均瞬时剪切模量和长期强度呈现明显降低趋势；(3)试样的总损伤因子随着冻融循环次数的增加逐渐增大，冻融循环50次时试样的阶段损伤因子最大，并且酸性环境下的总损伤因子和阶段损伤因子均大于中性环境下的值.根据试验结果，以西原模型为基础，构建了一个考虑化学-冻融耦合损伤和应力损伤的蠕变模型.基于试验结果，利用1stOpt数学优化分析软件对模型参数进行辨识，将蠕变试验曲线和理论模型拟合的曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性，研究结果对于酸雨侵蚀的寒区工程长期稳定性研究具有指导意义.     

水泥土桩加固航道边坡稳定性分析

水泥土桩作为水平向增强体用于航道土质边坡的加固工程中,加固边坡的稳定性计算没有相关规范参考,目前国内外对水泥土桩加固边坡的稳定性研究也鲜见文献报道。计算分析了水泥土桩加固航道土质边坡的稳定性,结果表明在桩土分算的情况下,极限平衡法计算的安全系数要大于有限单元法计算的结果,而桩土合算的情况下,极限平衡法和有限单元法将得到相同的结论。通过分析认为,桩体发生剪切、弯曲和转动等破坏模式,是极限平衡法与有限单元法计算结果产生差异的根本原因,当涉及土与结构物相互作用时,有限单元法与极限平衡法相比,前者结果更符合实际。水泥土剪力墙加固结构,可以防止桩体产生弯曲、转动等破坏,使加固边坡呈整体剪切破坏模式,有效发挥了水泥土桩的抗剪强度,从而提高边坡的稳定性。     

蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用,套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形.通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式,并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上,采用有限单元法,分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷.结果表明,非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降,提高固井水泥性能,切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力.     

基于变参数西原模型的膨胀土剪切蠕变试验研究

为研究干湿循环作用下膨胀土的剪切蠕变特性,分别在50KPa、100KPa、200KPa法向压力下,对广西百色地区膨胀土进行了干湿循环作用6次后的土体剪切蠕变试验,得到了不同应力条件下土样应变-时间曲线及应力-应变等时曲线,采用西原模型对剪切蠕变进行了参数拟合。结论表明在同级剪应力荷载作用下,弹性模量G1和屈服强度τs随着法向压力的增大而增大;在同级法向压力荷载作用下,G1随着剪应力的增大而减小,G2先增大后减小;采用西原模型来描述干湿循环作用6次后膨胀土的剪切蠕变变形是可靠的。     

损伤层状盐岩蠕变-渗透的流固耦合实验研究

以湖北云应盐矿地下600~700 m含泥岩夹层的氯化钠盐岩试件为研究对象,进行层状盐岩的蠕变-渗透试验。研究结果表明:单轴压缩条件下层状盐岩的衰减蠕变、定常蠕变阶段显现,定常蠕变率保持在7.05×10-6/d左右;在定常蠕变阶段,盐岩层微裂隙稳定扩展,盐岩层与泥岩夹层蠕变特性的差异诱发盐岩-泥岩夹层出现剪切损伤破裂,这种层状盐岩的蠕变破裂为渗流提供了通道;未扰动的层状盐岩致密,渗透性差,而蠕变损伤状态下的层状岩盐透气系数呈数量级增加,而且渗透性能的流固耦合效应十分显著,渗透系数随体积应力与渗透压的变化而发生变化,定常蠕变阶段损伤层状岩盐的渗透系数k与有效体积应力Θe遵循负指数函数规律,其流固耦合方程为:k=2.046 2×10-10exp(-0.061Θe),这可对层状盐岩油气储库的渗漏安全评价提供参考。     

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase~2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。     

松散岩体的分形特征

构造了松散岩体的块体颗粒分形模型,用分形理论研究了松散岩体的块体颗粒分维、孔隙分维、孔隙度及它们之间的关系,得到相应的计算公式,该模型得到了工程实例的验证。     

基于结构面粗糙度随机场表征的抗剪强度变异性

岩体结构面抗剪强度参数具有变异性是客观事实,而受限于室内外直剪试验成本而导致抗剪强度变异性指标获取困难是目前制约岩质边坡可靠度评价发展的主要原因之一。鉴于此,本文提出了一种利用少量实测结构面粗糙度曲线样本和岩块物理力学参数,结合JRC-JCS剪切强度模型、随机场理论和非侵入式离散元数值试验,获取结构面抗剪强度参数变异性指标的方法。将此方法应用于某隧道进口段岩质边坡可靠度评价中,研究发现：（1）该岩质边坡主控结构面粗糙度纵坐标方差为0.012 5 cm2,相关距离为0.75 cm,生成的随机粗糙度曲线与实测样本相似;（2）结构面粘聚力和内摩擦角均值分别为0.427 MPa和54.9°,标准差分别为0.229 MPa和4.47°,变异系数分别为53.63%和8.14%;（3）此边坡稳定性系数服从正态分布,失稳概率为2.8%,可靠度为1.52。     

闽南小净距隧道中夹岩力学特性与加固措施

为研究山区浅埋偏压小净距隧道开挖对中夹岩力学特性的影响,以福建三明莆炎高速公路布盂隧道为工程背景,采用Midas GTS有限元软件建立三维数值模型,分析了浅埋偏压小净距隧道中隔壁法施工条件下中夹岩柱的力学特性,并提出了采用中空注浆锚杆的中夹岩注浆加固技术。结果表明,隧道浅埋偏压条件下采用中隔壁法施工,围岩与初支变形相对较小,但拱腰位置中夹岩变形应加强监控;小净距隧道开挖施工,中夹岩柱会产生水平位移,拱腰位置左右线隧道平均水平位移为 4.25 mm;采用小导管注浆加固的中夹岩柱正应变和塑性区显著减小,左右线隧道拱腰位置中夹岩应变分别减小77%和81%,拱脚位置应变分别减小85%和80%;结合数值模拟分析结果和现场设计,采用 5 m长中空锚杆对小净距段中夹岩进行注浆加固,提高了中夹岩柱的整体稳定性,保证了隧道施工安全,为后期类似工程提供了较好的借鉴意义。     

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.     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

均匀受力的混凝土深梁抗剪性能

主要通过有限元软件模拟研究混凝土深梁在均布荷载作用下,纵筋配筋率、混凝土强度等两个因素对其抗剪性能的影响。结果表明：随着纵筋配筋率的增大,深梁的产生切应力不断减小,随着混凝土的强度的增大,深梁的产生切应变不断减小,说明纵筋配筋率和混凝土强度的增大对提高梁的抗剪性能有利。     

渗流损伤耦合模型在三峡工程中的初步应用

利用流体扩散能量叠加原理,建立了裂隙岩体介质的渗透张量数学表达式综合运用断裂力学和损伤理论,探讨了复杂应力状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则,建立了裂隙岩体在压剪、拉剪应力状态下损伤演化方程,给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程在此基础上,编制了平面有限元计算程序以对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析     

基于加载与卸荷理论的某地下厂房围岩变形稳定分析对比研究

分别应用加载力学理论与卸荷力学理论的原理,采用二维有限元方法,分别对某地下厂房在自然、开挖、卸荷和加固4个工况下围岩的变形稳定进行了研究,并将计算值与监测值进行了比较.结果表明:两种不同方法计算值与监测值趋势基本相同,基于卸荷岩体力学理论的计算值更接近于实际情况,设计采用的锚索加固方案效果较好.