爆破扰动下露天矿边坡岩体力学参数确定

 在矿山巷道工程和边坡工程稳定性分析中,岩体力学参数选取会对结果产生重大影响。通过现场大型原位试验方法可以确定出符合工程实际的岩体力学参数,但存在工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制。一般采用Hoek-Browm准则对室内岩块试验获得的力学参数进行工程处理,常用的Hoek-Brown准则在处理边坡岩石力学参数都是忽略爆破震动对露天矿边坡的影响,而爆破扰动是影响稳定性和岩体力学参数的主要因素。利用非线性方程来表征受扰动修正系数K_m、K_s与完整性系数K_v之间的关系,建立了Hoek-Brown准则经验参数m_b、s的一种改进取值方法。以新疆东戈壁露天矿东边坡为例,采用Hoek-Brown准则爆破扰动下的修正公式及前人公式进行分析计算,结果表明,由该方法确定的介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数更符合实际。     

基于岩体损伤的Hoek-Brown强度准则修正应用

对2002版Hoek-Brown强度准则中扰动系数D和地质力学指标GSI的估值进行统计了分析,发现D的估值较GSI的估值离散性大。指出了有关改进公式对岩体扰动性量化的缺点,建立了以岩石强度损伤指标Ds、岩体完整性损伤指标Dv和岩石平均泊松比珔μ为参量来量化扰动系数D值的非线性公式。提出的量化公式考虑了三种指标间的耦合作用,减少了单一指标量化的不确定性风险。以利比里亚邦矿岩体力学参数研究为例,分别用提出的改进公式和其他方法对工程岩体参数的进行估算,计算结果表明所提出的公式更能反映岩体受到的不同扰动程度。对比计算结果,进一步论证公式的合理性,以期为同类工程提供借鉴。     

基于GSI的岩体变形模量和扰动系数估计

地质强度指数GSI是近些年广泛采用的岩体特征描述系统,其主要应用是结合霍克-布朗强度准则获取裂隙岩体的强度及变形参数.本文概括了GSI的几种量测、估算方法,探讨了应用中存在的问题,根据Hoek-Diederichs公式建立了直观的岩体变形模量估算表.以搜集的50组现场原位试验成果为基础,分析了不同扰动系数下估算结果和试验值的关系.结果表明,当采用在勘探平硐内获得的GSI估算岩体变形模量时,岩体扰动系数D取0.25能够获得与试验结果高度吻合的预测值.表明此条件下岩体受扰动程度可用D=0.25来反映,这一结论是对如何选取扰动系数D的重要补充.     

岩体物理力学参数测定及其工程处理方法的研究

在巷道工程和边坡工程稳定性分析中,力学参数的测定与选取会对计算结果产生重大影响.确定岩体力学参数的现场大型原位试验方法工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制.因此,本文采用Singh法、Kalamaras法和Hoek-Brown法等多种工程处理方法对由室内岩块试验获得的岩块力学参数进行了工程处理,考虑了岩块与岩体之间的差异,得到了符合工程实际情况的岩体力学参数.     

RMi岩体指标评价法优化及其应用

为了克服传统岩体质量评价方法(RMR法、Q法等)中评价参数难以确定、对质量较差岩体评价结果精度不够等缺陷,介绍RMi法中岩块单轴抗压强度σc与节理裂隙参数Jp的确定思路,对其进行优化,并将其与Hoek-Brown失效准则进行有效结合.结合工程实例对得到的围岩类别及岩体力学参数予以验证.研究结果表明:该方法参数确定简单,应用范围广,可精确地实现对不同岩体质量评价及力学参数的估算,其研究成果可为工程设计施工提供重要依据.     

基于块体体积和岩体波速的岩体力学参数估算方法

岩体力学参数的准确取值是岩土力学与工程领域关键科学问题之一.首先引入可考虑节理间距与数量的块体体积（Vb）参数,提出了基于Vb的地质强度指标（GSI）的计算公式,并将基于岩体波速（Vp）的岩体扰动参数（D）代入Hoek-Brown强度准则,提出了基于Vb和Vp的岩体力学参数估算方法.然后通过与已有GSI计算方法对比,验证了基于Vb计算GSI的正确性,并将基于Vb和Vp的岩体力学参数估算方法应用于田西高速的参数取值,同时将数值计算结果与现场调查、监测结果进行对比分析,验证了所提方法的可行性和准确性.该方法推广了Hoek-Brown强度准则的适用范围,并为工程建设初期试验资料不足情况下的参数取值提供了一种新的思路.     

大尺度垂悬岩体力学参数的确定

以柿竹园多金属矿为工程背景,研究确定该矿垂悬部分岩体的岩体力学参数.在工程现场进行实地的节理裂隙调查,对调查结果进行统计分析,利用科学和工业研究委员会(CSIR)地质评价体系对岩体进行质量分级;系统研究了各种岩体抗拉强度、抗压强度、变形模量、粘聚力以及内摩擦角的确定方法,最终主要以Hoek-Brown准则为基础,结合其他方法,综合评判确定岩体力学参数.结果表明,大尺度垂悬岩体质量好,不同方法得到的力学参数值有所差别,综合评价能够较合理地得到适合于工程实践的岩体力学参数.     

基于正交试验的隧道开挖面位移释放分析

针对目前关于位移释放系数的计算方法比较复杂的问题,基于二次回归正交组合试验设计方法,提出了位移释放系数公式构建方法,应用该方法对静水应力场中圆形隧道进行了一系列数值试验,建立了考虑多个因素的开挖面位移释放系数拟合公式,比较了各影响因素的敏感性大小.通过数值算例和工程实例分析,初步验证了该方法的有效性.研究结果表明:对于不同级别岩体,同一因素对开挖面位移释放系数的影响程度不一;地应力水平、岩体扰动、地质强度指标、H-B常数和泊松比对开挖面位移释放系数的影响较大,而岩石单轴抗压强度和变形模量影响较小.     

基于岩体波速的强度参数预测与边坡稳定性评价

为有效利用岩体波速信息快速确定边坡稳定性问题,首先根据国标BQ法(岩体分级标准)提供的岩土体物理力学参数表,建立了由岩体波速估算强度参数的数学关系式,并根据工程实验数据验证了强度参数预测公式的适用性;然后通过数值模拟实验,构建了基于岩体波速的新型岩质边坡稳定性图表;研究发现坡角和坡高等坡形参数对坡体稳定性的影响几乎与岩体质量无关,进而提出坡形影响因子来量化坡形对边坡稳定性的影响程度。分析了标准坡形条件下(坡高25 m,坡角45°),波速与边坡安全系数的关系,发现安全系数随岩体波速的增大而增大,近似呈"S"形变化趋势,通过回归分析建立了标准坡形条件下波速与安全系数的关系式,最终结合坡形影响因子提出一种基于岩体波速预测边坡稳定性的方法,并且通过算例验证了该方法的可行性。     

工程岩体质量分级的数量化理论Ⅱ判别模型及应用

为快速准确地对岩体质量进行分级，采用数量化理论Ⅱ建立了工程岩体质量判别模型。案例一中选取岩石单轴抗压强度、岩体声波纵波速度、体积节理数、节理面粗糙度系数、节理面风化变异系数和透水系数作为评价指标，案例二中选取回采巷道巷道埋深、巷道跨度、直接顶与煤层厚度之比、围岩单轴抗压强度、围岩节理裂隙发育程度和围岩松动圈尺度作为评价指标，分别对案例一、案例二中不同工程岩体实测样本进行训练，构建相应的线性判别函数，确定各类岩体样本在6维空间中所对应的样本中心点；用建立的模型对训练样本进行判别并对未知样本岩体质量等级进行了预测。案例一中判别正确率为100％，且10个预测样本中只有1个发生误判，案例二中判别正确率为93.3％。研究结果表明：该模型判别过程简单，具有较高的判别正确率，可以作为一种行之有效的岩体质量分级方法在岩体工程中推广应用。     

节理岩体的随机剪切破环

提出的节理岩体剪切强度准则,考虑了节理面、岩桥提供的强度分量和相邻节理面形成的起伏角提供的强度分量。讨论了节理面和节理岩体发生剪切破坏时某些关键应力状态必须满足的物理约束条件。此外,强度准则中的参数可以是随机变量,所以可以用于随机模型中的破坏概率分析和工程的风险分析。     

典型岩石单轴压缩变形及声发射特性试验研究

声发射是岩石在受力变形和破裂过程中的重要物理现象,也是反映岩石力学特性的一个直接参量.通过对某矿山矽卡岩、石英闪长岩、蛇纹岩和粉砂岩单轴应力-应变全过程变形特性和全过程声发射特征研究,并作了对应分析,结果表明岩石的变形速率与岩石声发射事件出现的频率有较好的对应性.     

老虎台煤矿冲击地压显现规律

随着开采深度的增大 ,老虎台煤矿冲击地压显现剧烈。根据该矿发生的2 63次冲击地压的显现规律的分析 ,总结出 :井下放炮是冲击地压的主要诱发因素 ;井田的覆岩类型为软岩 ,是弱冲击地压次数较多的地质因素 ;第一分层开采时 ,冲击地压发生的次数最多 ;断层影响 30米的范围内为应力陡变区 ,该范围内冲击地压发生的次数占全部次数的 90 %。     

义马千秋煤矿冲击地压危险性分析

通过试验测定了义马千秋煤矿2#主采煤层的冲击倾向性，具体分析了发生冲击地压的影响因素，并据此划定了千秋煤矿可能发生冲击地压的危险区域。     

切削具的“后部效应”对岩石破碎的影响

本文通过一个光弹实验和静压卸载实验,着重讨论了钻井中做回转运动的切削具后部的岩石表面上出现张裂纹和卸载破坏的问题。光弹实验表明,运动的切削具(如金刚石颗粒)在其后部的岩石中诱发出一个张应力区,最大张应力是在岩石表面上,在此表面上极易形成微小张裂纹。卸载实验表明,对某些脆性岩石(如花岗岩),载荷只要达到其压碎载荷的60％以上,就可以通过卸载方式破坏岩石。     

穿层锚杆作用效果的DDM数值建模及分析

根据穿层岩石锚杆作用特点,通过建立以层面粘结力C、内摩察角Φ等效表述的数值模型,将位移不连续方法（DDM）应用于深部硐室层状岩石顶板锚杆支护效果的分析,探讨了不同锚固条件下硐室顶板的铅垂位移特征;通过DDM计算结果与传统梁理论所得结果的比较及顶板围岩应力分布特征的分析,指出了利用梁理论进行锚杆支护设计的不合理性,结果表明,合理的地下层状岩石锚杆支护参数设计应在考虑锚杆与围岩的共同作用条件下计算。     

三向应力下长石石英砂岩凯塞尔效应试验研究

用单轴压缩试验测试岩石凯塞尔效应特征 ,进而确定岩体地应力状态的方法 ,在岩体工程实践中得到广泛的应用。然而实际岩体几乎都处于三向地应力状态 ,岩石在三向压缩下的凯塞尔效应特征如何 ,直接关系到利用该方法测定的岩体地应力的可靠性。作者根据长石石英砂岩在三向压缩下的凯塞尔效应测试资料 ,对长石石英砂岩的三轴凯塞尔效应进行了分析 ,得到了长石石英砂岩凯塞尔效应与围压的关系 ,三轴压应力状态和单轴压缩应力状态下该类岩石凯塞尔效应的区别     

地下巨型采空区顶板岩石的破坏与冒落

理论分析和计算机模拟以及工程实践都表明,人为地扩大采空区的面积可以诱导顶板岩石的崩落,而且可使冒落分阶段发生,大片的采空区可以很快地扩散岩石冒落产生的冲击气浪,从而降低冲击气浪的危害,对于保证大采空区下采矿的安全性,扩大采空区的暴露面积是行之有效的。     

在日沟火山岩区杂岩体的岩石特征及其含矿性分析

阐述了在日沟火山岩区地质概况;研究了花岗岩杂岩体的岩石特征和含矿性;认为成矿物质来源一是侵入岩浆带来的成矿物质;二是火山活动带来了含矿的气热液;三是热液与围岩交换来的成矿物质。矿化显示出石英钾长石—钼矿化、石英绢云母泥化—铜矿化、青盘岩—铅锌银砷矿化等三个分带,具有斑岩型矿床的矿化分带特征,深部找矿前景可观。     

层状岩体各向异性损伤模型及验证

为推导层状岩体各向异性损伤模型,研究损伤对层状岩体力学参数的劣化程度,通过层面局部坐标系下的两组损伤变量对横观各向同性弹性本构方程进行修正,经坐标转换形成整体坐标系下的损伤本构方程,采用室内单轴压缩试验和三轴压缩试验结果验证该损伤模型的合理性。研究结果表明:(1)通过层状岩体损伤模型计算所得的强度和变形参数均可较好地反映试验结果,并具有各向异性,计算出的应力-应变曲线与试验结果吻合较好;(2)通过该损伤模型,仅需层面倾角为0°和90°时的两组变形参数即可求解各倾角下的应力-应变关系;(3)通过对摩尔-库伦屈服准则中的参数进行损伤劣化修正,可对试件破坏后的力学行为进行预测。研究结果对于层状岩体的试验研究、理论计算和工程建设具有一定的指导意义。