岩石点荷载试验在隧道动态围岩分级中的应用——以郑万高铁向家湾隧道为例

点荷载试验可以在施工现场简便快捷地获取岩石强度,但现有的点荷载强度和单轴抗压强度经验换算公式在不同地区、不同岩性的岩石中难以具有普适性。本文以向家湾隧道三叠系灰岩为研究对象,开展了大量点荷载与单轴抗压对比试验;并采用数值模拟研究了不同形状岩块在点荷载作用下的应力分布,从理论上印证了点荷载试验在不同形状的岩块中的适用性;在此基础上建立了适用于兴山地区三叠系灰岩的点荷载强度和单轴抗压强度经验换算公式,并以此为依据对向家湾隧道试验段灰岩围岩进行了亚分级,为今后具有相似工程地质条件的地区的工程建设提供借鉴。     

回弹法推定普通混凝土空心砌块抗压强度研究

从3片砌体墙片中随机抽取60个砌块,研究了砌块回弹测试时的回弹仪选取以及回弹仪回弹砌块带肋与不带肋位置时的回弹值大小的差异.通过9个混凝土空心砌块砌体试件中的回弹对比试验,研究了砌块在不同约束条件、竖向压力和混凝土灌孔下的回弹值的关系.通过对砌块回弹值-抗压强度的试验数据进行对比研究和回归分析,提出了回弹法检测砌体中普通混凝土空心砌块抗压强度的一般公式.验证性试验结果显示,该公式检测精度较高,可为相关标准、规范的修订提供依据.     

基于神经网络的岩石强度准则研究

传统的岩石强度预测均使用经典强度准则.该文使用神经网络在单轴及三轴加载情况下对岩石强度准则进行研究,搜集来的各种岩石相关数据随机划分成训练和验证子集.将抗压强度σc和最小主应力σ3作为输入值,最大主应力值σ1f作为输出值训练神经网络.使用训练后的神经网络预测试验岩体破坏时的σ1f,同时使用相同的训练子集反演Hoek-Brown经验公式的常数m.使用测试数据对训练后神经网络预测的目标岩石强度的准确性进行验证,同时将测试数据带入两类Hoek-Brown(m值的取值不同)经验公式预测目标岩石强度(岩体破坏时的σ1f).比较神经网络和Hoek-Brown预测结果表明神经网络预测结果的均方差减小了30%～40%,决定系数增加了0.05～0.08,更接近于1.说明使用ANN对岩石强度进行预测能适应的加载范围较宽,且适合岩石种类多变的复杂非线性情况,灵活准确.     

瓯越大桥混凝土超声回弹综合法专用测强曲线

为解决瓯越大桥混凝土强度无损检测技术,通过试验系统研究单掺、双掺粉煤灰和矿粉对混凝土回弹值、声速代表值与抗压强度关系的影响,分别建立使用普通回弹仪和高强回弹仪时的瓯越大桥混凝土超声回弹综合法专用测强曲线,并通过现场试验验证所建立专用测强曲线的可靠性。研究结果表明:当粉煤灰最大掺量为取代35%的水泥用量,矿粉最大掺量为取代50%的水泥用量时,掺合料类型和掺加方式对混凝土回弹值和声速代表值与抗压强度的关系均无显著影响;使用普通回弹仪和高强回弹仪建立的超声回弹综合法专用测强曲线公式分别适用于对强度等级为C35~C80和C50~C80的同类混凝土进行强度无损检测,使用方便,且具有较高精度。     

真三轴压缩下岩石中超声波衰减的实验研究

使用真三轴压机模拟了水平或缓倾斜矿体采场间柱的受力状态,研究了在这种应力状态下岩石破坏过程中超声波衰减的特性。采用不同时刻频谱比法和标准试块频谱比法计算了岩石的品质因数Q_P值,给出了Q_P值在不同极限应力状态下的实验数据,并对穿过岩石试件的P波进行频谱分析,讨论了超声波在岩石中的衰减机制。     

考虑井眼尺寸影响的小井眼坍塌压力计算方法

针对小井眼井壁坍塌问题,基于岩石强度的尺寸效应理论,采用Hoek等人的强度尺寸效应经验公式建立了岩石单轴抗压强度与试样直径之间的关系;并对此经验公式进行了修正,考虑了黏聚力、内聚擦角等岩石强度参数与试样尺寸之间的关系,建立了考虑岩石强度尺寸效应的Mohr-Coulomb强度准则。得到了考虑井眼尺寸影响的坍塌压力计算方法,并提出了两种评价岩石强度尺寸效应的方法。研究结果表明,坍塌压力存在尺寸效应,相对于常规井眼,小井眼的坍塌压力当量密度较低;而不同性质地层岩石的强度尺寸效应是不同的,岩石的非均质性越强,裂缝越发育,小井眼钻井坍塌压力的尺寸效应越强,这为评估小井眼井壁坍塌风险提供了重要参考和依据。     

露天矿排土场散体岩石粒度分布的分形特征

应用分形几何理论研究了露天矿排土场散体岩石粒度分布的分维特征。研究表明:排土场岩石块度分布具有良好的分形结构,分维数大小随着排土场高度的增加而增加,但不超过3。当分形量测尺度一定时,分维数越大,散体中细颗粒含量越多,平均粒径也越小;当维数D一定时,粒级粗细将随分形量测尺度范围发生变化。分维数与散体剪切强度参数之间存在一定的相关关系。分维数是定量描述岩块粒度粗细含量的一个重要的参数,可用于排土场粒度资料的统计分析。图2,表3,参10。     

无相同类型标准样品下材质的光电光谱法测定

介绍无相同类型标准样品下铁基线材、高铬铸铁及高锰钢的光电光谱定量测定方法。该方法是通过选用分析材质同基体的任一套标准样品绘制校准曲线,采用自编的计算机校正程序,找出试样的光谱分析值和化学分析值之间的关系模型,并将模型拟合到指定的控制样品中,当进行材质测定时,只需在日常标准化操作后将拟合好的控制样品对校准曲线进行控样校正,就可以直接进行无相同类型标准试样的定量分析。该测定方法简单、实用,测定结果基本与化学分析值一致。     

含孔隙流体夹杂岩石的等效弹性常数

一般岩石块体中包含若干孔隙,孔隙中含有不同的流体.孔隙和流体对岩块的弹性特性有较大的影响.本文构建了一种"岩石胞元",该胞元由一个孔隙流体夹杂和岩石基体组成.基于Eshelby等效夹杂原理推导出岩石胞元的等效弹性常数张量的表达式.当岩石胞元的孔隙占比与岩块孔隙率相等时,则岩石胞元布满岩块,此时岩块等效弹性常数与岩石胞元的弹性常数相等.当孔隙占比大于岩块孔隙率时,岩石胞元总体积小于岩块体积,岩块等效为岩石胞元和岩石基体的组合体,此时岩块的等效弹性常数为两者弹性常数的体积加权平均值.分析表明,岩石胞元的孔隙占比取值与岩块基体和孔隙流体的特性密切相关,可由试验确定;岩块等效弹性模量随着孔隙率的增大而减小,随着孔隙流体夹杂弹性模量的增大而增大.本文岩块弹性常数估计结果与已有理论和试验结果进行了比较,具有较好的一致性.     

温压及地层水矿化度变化对岩电参数的影响

阿尔奇公式在实际测井解释中会出现应用效果不理想的情况,不但与阿尔奇公式适用的局限性有关,而且还与在岩电参数确定过程中忽视温度、围压和地层水矿化度变化有关。以D油田多口井的岩心资料为研究对象,从岩石物理实验入手,研究了阿尔奇公式中m值、n值、b值在不同温压、不同地层水矿化度条件下的变化规律;并定量分析了由此引起的含水饱和度计算误差。实验结果表明,在利用阿尔奇公式求取储层含水饱和度时,应模拟实际地层温度、压力水矿化度进行岩电实验来求取m、n、b值,从而提高测井解释的精度。     

反井钻机ZX315镐型镶齿滚刀有效钻压分析

反井钻机在金属和非金属矿山坚硬岩石地层中钻进井筒时,在因反井钻杆和硐室空间问题限制钻机能力的情况下,经常需要采用略高于有效破岩钻压进行钻进,而通过全尺寸滚刀破岩实验或单齿压入实验可以判断有效钻压.选用ZX315镐型镶齿滚刀和单轴抗压强度141.6 MPa的花岗岩,进行直线往复式滚刀破岩实验对.在25～150 kN不同钻压时,通过观察破岩面、称重破碎岩碴、记录实验数据,分析得到钻压与破岩体积关系曲线拐点,进而获得有效钻压为100 kN,根据钻压与滚动力关系曲线得到滚刀的滚动摩擦因数为0.203,通过对岩石单轴抗压强度和有效钻压的拟合,得到单轴抗压强度与有效钻压的关系公式,可计算得到有效扭矩.通过对不同岩石的有效破岩钻压分析,得到有效破岩钻压与岩石单轴抗压强度的关系,并推算得出ZX315镐型镶齿滚刀的有效钻进钻压近似为岩石单轴抗压强度的75.48％.     

合肥地区混凝土超声回弹测强曲线建立及验证

根据合肥地区常用材料,制作了不同强度等级、不同龄期混凝土试块,测量试块回弹值、超声波速值以及抗压强度值,在对国家超声回弹测强曲线在合肥地区使用适用性分析的基础上,建立了合肥地区超声回弹测强曲线,验证结果表明混凝土强度推算精度能较好地满足工程要求。     

基于纤维水泥砂浆加固的后装拔出试验

为利用后装拔出法检测纤维水泥砂浆抗压强度,模拟工程加固情况:分别采用合成纤维(聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维)水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆对素混凝土试块进行加固处理。加固后,对加固薄层进行后装拔出试验,获得拔出力。依据拔出力代表值和纤维水泥砂浆立方体抗压强度代表值之间的关系,采用离散最小二乘逼近方法拟合测强公式。结果表明:测强公式精确度比较高,测强公式检验效果良好、符合实际意义,其中钢纤维的掺入对增加拔出力的作用要高于合成纤维。依据测强公式,后装拔出法可以现场检测推定20~90 MPa的纤维水泥砂浆抗压强度。     

拟发表论文预报：基于多重分形理论的岩石试样破裂过程数值模拟

为了研究岩石破裂过程中的非线性特征，采用有限差分的方法和FLAC软件，建立了服从应变软化关系的非均质二维岩石类材料数值试样，采用多重分形理论分析了在单轴加载过程中的标度不变性，并计算其多重分形谱 f(α)。分析了 f(α)特征参数Δf 和Δα在不同加载阶段的特征，不同均匀程度的岩石试样在峰值强度前 f (α)的顶点 f (α)max和Δα的演化规律。研究结果表明：采用合理的概率算法进行计算，在较大的尺度内标度不变性良好；f(α)曲线呈左钩形，并随着载荷的增加而趋于明显，同时Δα减小；若所有的盒子都存在可测度的参量，则 f (α)max随载荷增长，峰前 f (α)max与Δα随均匀程度的增加而下降，但在均匀性较高以后，趋于稳定。     

SPH法数值仿真三维切削破岩和切削力估算

以Mohr-Coulomb模型描述岩石,在LS-DYNA中用SPH(Smootheed Particle Hydrodynamics)法模拟三维刀齿切削破岩,探讨切削参数和岩石性质对切削力的影响.基于切削力随各切削参数和岩石性质的变化规律,建立切削力估算公式.用所得公式计算切削力,并与实验值进行比较.仿真结果表明:切削厚度、切削前角、切削宽度、岩石的内聚力和内摩擦角对切削力影响显著,切削速度在较低范围内变化时对切削力影响非常小.三维切削仿真能够较好地反映刀齿两侧岩石颗粒对切削的影响,比二维理论模型更接近实际.所得切削力估算公式能准确计算仿真中的平均切向力,且其计算值能与实验吻合较好.验证了基于SPH法的数值仿真用于研究刀齿切削破岩的可靠性.     

基于多重分形理论的岩石试样破裂过程数值模拟

为了研究岩石破裂过程中的非线性特征,采用有限差分方法和FLAC软件,建立了服从应变软化关系的非均质二维岩石类材料数值试样,采用多重分形理论分析了在单轴加载过程中的标度不变性,并计算其多重分形谱f(α)。分析了f(α)特征参数Δf和Δα在不同加载阶段的特征,不同均匀程度的岩石试样在峰值强度前f(α)的顶点f(α)_(max)和Δα的演化规律。研究结果表明:采用合理的概率算法进行计算,在较大的尺度内标度不变性良好;f(α)曲线呈左钩形,并随着载荷的增加而趋于明显,同时Δα减小;若所有的盒子都存在可测度的参量,则f(α)_(max)随载荷增长,峰前f(α)_(max)与Δα随均匀程度的增加而下降,但在均匀性较高以后,趋于稳定。     

用带中心孔巴西圆盘试样测定岩石断裂韧度的研究

提出了一种用带中心孔巴西肋试样测定岩石断裂韧度的方法：首先利用Ｇｒｉｆｆｉｔｈ理论确定径向均布载荷作用下试样沿加载直径与孔边交点发生起裂的充分条件,然后对带中心孔平台加载的巴西圆盘试样采用二维边界元法标定出岩石的最大无量纲应力强度因子Ｙｍａｘ,并利用加载位移曲线获得载荷极小值Ｐｍｉｎ,用提出的方法所获得的一种灰岩的断裂韧度ＫＩＣ值与国际岩石力学迷会建议的人字形切槽试验法获得的该岩样标准ＫＩＣ值基本     

洛氏硬度计示值误差测量不确定度的评定

＂洛氏硬度计检定装置＂该标准主要选用洛氏硬度块作为标准器。该标准器采用仪器结构原理即是以顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为Φ1.588mm的淬火钢球作压头,以规定的试验力使其压入标准块表面。试验时,先加初试验力,然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力,在保留初试验力的情况下,根据标准块表面压痕深度,确定被测金属材料的洛氏硬度值。     

旋挖成孔方式下螺纹状围岩粗糙度量化分析

嵌岩桩是大跨径桥梁工程中常用的一种基础形式。由于钻孔工具等因素,桩-岩界面上会形成系列起伏的三维粗糙体,其对桩基承载性能至关重要。因此准确量化实际三维桩-岩粗糙体的粗糙度特征,是建立基于界面粗糙度的桩基承载力设计方法首先需要解决的问题。为此,依托于马鞍山长江大桥深嵌岩桩基工程,在现场钻取含三维粗糙体的砂岩试样,利用三维激光扫描重塑桩-岩界面数字化模型,对其粗糙度特征值,面积扩展率S、相对平均起伏度Rs和桩-岩界面平均倾斜角θ 等进行量化分析;而后构建桩-岩界面试样开展3组界面剪切试验和3组界面抗压试样以计算试样的JRC3D值,并基于试验结果验证已有JRC3D经验计算方法对桩-岩界面的适用性。结果表明:（1）实际桩-岩界面既有规则的螺纹状凹槽,也有起伏较低的相对平整面,而非室内试验中规则粗糙体或不规则孔洞;（2）实际桩-岩界面粗糙度远大于岩体结构面和室内规则粗糙体,面积扩展率、相对平均起伏度和界面平均倾斜角均明显较大;（3）桩-岩界面JRC3D均值为26.15,大于岩体结构面（标准轮廓线上限值20）和室内规则粗糙体,可近似采用公式7估算。研究成果可为建立基于界面粗糙度的深嵌岩桩设计方法提供科学依据。     

扬子陆块西缘康定杂岩的形成时代和构造环境

攀西麻粒岩是扬子陆块西缘康定杂岩的重要代表.通过对麻粒岩Rb-Sr、Sm-Nd、40Ar/39Ar和铬石U-Pb测年结果的比较,结合麻粒岩的变质演化历史和岩石地球化学特征分析,认为角闪岩相退变质作用对麻粒岩的Rb-Sr、Sm-Nd和40Ar/39Ar同位素计时体系产生了重要影响.多个岩体锆石U-Pb测年结果的一致性,表明康定岩浆-变质杂岩形成于新元古代(860～750 Ma).岩石的地球化学性质还指示了康定杂岩形成于扬子陆块西缘新元古代活动大陆边缘的岛弧环境.