含裂隙类岩石注浆加固后破坏试验研究

采用白水泥预埋抽条法制作类岩石试样,利用邻苯二甲酸二丁酯增韧的环氧树脂浆液进行注浆,分析加固前后裂尖位置的应变场,揭示加固后多裂隙试样的破坏机理。研究结果表明:加固前后的裂纹萌生位置相同,未注浆试样的起裂角与原裂纹面垂直,注浆后的试样裂缝由起裂位置竖直向上下贯通整个试样,类似于完整试样的单轴压缩破坏,注浆加固能够将裂尖的应力集中有效抑制,同时增强试样的完整性。未注浆的单裂隙试样裂尖最大主应变在达到临界时出现首条裂缝,随后会发生应力重分布,注浆加固后,主应变增长均匀,破坏是由于裂隙充填物与类岩石材料之间的变形不平衡引起的。未注浆的双裂隙试样,裂纹萌生后,韧带区附近最大主应变增加至临界值出现贯通裂缝,断裂类型为I型断裂,注浆加固后双裂隙试样,裂尖附近拉应变几乎同时达到最大值,注浆加固可避免由于不连续节理或裂缝形成应力重分布,使试样形成较为完整的整体,影响注浆效果的主要因素是注浆材料的强度以及其与基体材料的黏结情况。     

断续双裂隙砂岩的强度与起裂、贯通模式

对含预制裂隙砂岩试样进行单轴循环加卸载试验,研究循环荷载作用下含预制裂隙砂岩的力学特性与岩桥贯通机理。试验结果表明:单轴循环加卸载作用下,砂岩试样峰值强度与弹性模量呈现出显著的强化现象;与完整砂岩试样对比,含预制裂隙红砂岩试件力学性能表现出明显的降低趋势,且与裂隙几何参数密切相关;试样峰值强度随着岩桥倾角增大呈现出先降低后增加的"V"形波动趋势,而随着裂隙倾角增大,试样峰值强度则表现出了与岩桥倾角相反的增减变化趋势;利用摄像机全程记录了试样裂纹的扩展,揭示了岩桥贯通机理与裂隙几何参数之间的关系。     

断续双裂隙砂岩强度与起裂、贯通模式的研究

本文对含预制裂隙砂岩试样进行单轴循环加卸载试验,研究循环荷载作用下含预制裂隙砂岩的力学特性与岩桥贯通机理。试验结果表明：单轴循环加卸载作用下,砂岩试样峰值强度与弹性模量呈现出显著的强化现象;与完整砂岩试样对比,含预制裂隙红砂岩试件力学性能表现出明显的降低趋势,且与裂隙几何参数密切相关;试样峰值强度随着岩桥倾角增大呈现出先降低后增加的“V”字形波动趋势,而随着裂隙倾角增大,试样峰值强度则表现出了与岩桥倾角相反的增减变化趋势;利用摄像机全程记录了试样裂纹的扩展,揭示了岩桥贯通机理与裂隙几何参数之间的关系。     

破裂岩石注浆固结体的剪切力学性能研究进展

 破裂岩石注浆固结后形成的岩-浆-岩结构面呈现较强的剪切力学特性，且其剪切强度及稳定性是衡量注浆加固效果的关键性指标。基于科学研究的常用方法，从3方面阐述了国内外破裂岩石注浆固结体的剪切力学性能的研究进展：注浆固结体剪切力学性能试验研究，包括剪切强度、刚度及蠕变等性能；注浆固结体剪切强度预测模型研究，主要为理论计算模型和经验模型；注浆固结体剪切变形破坏数值研究，涉及有限差分法、有限单元法和离散单元法等。总结分析了目前破裂岩石注浆固结体剪切力学性能研究存在的主要问题，提出应加强注浆固结体的剪切蠕变性能、长期稳定性以及具有普适性的剪切强度预测模型的研究，以完善注浆加固机理和注浆加固强度强化理论。     

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。     

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.     

脉冲载荷影响岩石动态断裂韧性的有限元分析

依据岩石材料的力学性质以及中心裂纹圆盘试件在脆性材料断裂韧度测试方面的优越性,提出了在霍布金森压杆上使用中心裂纹圆盘试件来测试岩石动态断裂韧度的试验方法。利用有限元分析软件,通过对该试验系统的纯Ⅰ型加载情况下的三维动力学有限元计算,系统的分析了加载脉冲上升沿对岩石类材料动态断裂韧度测试的影响。通过比较中心裂纹圆盘试件动态应力强度因子的近场解和远场解,依据有限元分析结果确定动载荷脉冲上升沿时间对岩石动态应力强度因子的影响,从而选择合理的时间值。     

单轴压缩条件下含闭合双裂纹体岩石类材料的破坏机理

在微型控制电液伺服单轴加载试验系统上,对含倾斜平行双裂纹的岩石类试件进行单轴加载试验研究,推导单轴压缩条件下试件应力强度因子(stress intensity factor,SIF)的解析表达式.分析裂纹表面摩擦系数对试件应力强度因子的影响,应用有限元法（finite element method,FEM）对同一问题进行数值分析,并与解析解进行比较.结果表明,随着裂纹表面摩擦系数的增大,应力强度因子减小,且采用有限元法求解应力强度因子是可行的,能准确预测含裂纹构件的安全性.此外,还对试件宏观裂纹的扩展机理进行了分析.     

透明类岩石内蕴裂纹扩展变形试验研究

采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机理是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于真实岩体内部裂纹无法直接观察其扩展过程,通过自行研制的透明类岩石材料在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩力学试验,观察研究透明类岩石内部三维裂纹的扩展贯通机理。这一方法克服了真实岩体不透明的特点,更方便地观察岩体内部裂纹萌生扩展不同阶段的形状。通过对透明岩石内部布置不同长度和角度的裂隙,模拟不同长度和角度的原生节理裂隙对岩体破坏失稳的影响。研究结果表明:含预制裂纹的透明类岩石试件在压缩过程中三维裂纹的起裂扩展要比二维条件下复杂,大致经历了压密,弹性变形,裂纹扩展,脆性破坏四个阶段。含预制裂隙的试件其峰值强度和峰值轴向应变比完整试件均有明显降低,且预制裂隙的长度对峰值强度和峰值轴向应变的降低幅度有一定影响。试验成果无疑对分析真实岩体的破坏失稳机理有着重要的参考价值。     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

一种新型综合注浆加固试验系统的研制及应用

针对现有注浆加固试验装置难以平衡高压注浆所需密封效果和多功能试验所需空间结构的缺点,研制了一套新型多功能综合注浆加固试验系统.该试验系统的优点为:(1)尺寸适中、结构合理,既具有布设监测元件的试验空间又具有良好的密封效果;(2)适用范围广,可针对不同岩土体介质开展多类注浆加固试验;(3)具备多元物理信息并行采集功能;(4)可同时满足加固体宏观物理力学性质测试及浆-岩界面微观耦合机制的研究需求.该系统成功应用于断层角砾介质注浆加固室内模拟试验,分别从应力响应-传递特征、加固体强度增长规律及加固模式等方面探究了断层角砾介质的注浆加固机理,提出了角砾介质强度增长的经验公式,揭示了加固过程中注浆压力的传递分配机制.     

破碎围岩注浆加固技术研究现状及发展趋势

破碎围岩注浆加固对于巷道支护、煤矿安全生产具有重要意义,对破碎围岩注浆加固围岩分类方法、注浆加固材料的类型、注浆加固理论与注浆理论、注浆工艺、注浆加固效果检测进行了较为详细的论述与分析。同时提出了目前破碎围岩注浆加固技术存在的问题,并针对目前存在的问题,提出了破碎围岩注浆加固围岩分类、注浆材料、注浆工艺、注浆加固效果检测的发展趋势。     

断层带巷道壁后及底板锚注工程技术实践

巷道穿断层施工,围岩变形破碎严重,采用巷道壁后及底板锚注方式对巷道围岩进行加固,能有效控制围岩变形,取得较好的控制效果。     

金沙土遗址裂隙灌浆材料比选室内试验研究

为探究适用于金沙土遗址裂隙加固的灌浆材料,选取了烧料礓石、SH(改性聚乙烯醇)和无机矿物聚合物与金沙遗址试验土拌合制备了三种灌浆材料。通过室内试验,对各种灌浆材料结石体试样的基本物理性能、力学性能及耐久性能进行了详细分析。试验结果表明,无机矿物聚合物灌浆材料具有较低的收缩性,能够有效填充裂隙;同时,其较高的抗折和抗压强度为提升土遗址的力学稳定性提供了可靠保障;在研究的三种灌浆材料中,无机矿物聚合物灌浆材料展现出最佳的耐久性能。因此,建议在金沙土遗址的裂隙注浆加固工程中采用无机矿物聚合物灌浆材料,研究成果将为潮湿环境下土遗址裂隙灌浆材料的选择与应用提供有益的指导。     

基于拉拔试验的GFRP筋与砂浆粘结性能研究

为了获得玻璃纤维筋与砂浆间的合理粘结性能参数,本文采用室内拉拔试验和数值模拟反演分析相结合的手段开展了相关研究.通过开展不同筋材直径与不同砂浆强度下的筋材拉拔试验,得到了不同工况下的粘结强度-滑移量曲线,探明了筋材直径与砂浆强度对GFRP筋粘结强度的影响规律.基于室内拉拔试验结果,采用有限差分软件FLAC~(3D)模拟再现了GFRP筋拉拔试验,对软件中的粘结性能参数进行了反演分析,修正得到了GFRP筋灌浆体刚度和黏聚强度的计算公式.研究结果表明:GFRP筋与砂浆间的粘结强度与筋材直径成负相关,与砂浆强度成正相关;在缺乏筋材拉拔试验数据时,纤维筋锚杆极限粘结强度宜取灌浆体抗压强度的五分之一,以求得灌浆体黏聚强度;纤维筋锚杆灌浆体刚度可采用普通钢筋锚杆灌浆体刚度计算公式获取,但应乘以位于(1/10, 1/15]区间内的折减系数.     

全强风化砂页岩地层压密加固效果试验

全强风化砂页岩地层注浆加固工程中常常伴随着地层压密现象,压密加固后地层的物理力学性能得到显著提升。为了研究全强风化砂页岩地层的注浆压密效果,以压缩模量、粘聚力、内摩擦角、渗透系数作为表征地层物理力学性能的主要指标,通过开展室内试验,获得了不同注浆压力与含水率条件下地层力学性能的提升规律,建立了可定量化描述不同含水率条件下注浆压力与地层物理力学参数的关系模型。研究结果表明：通过提高注浆压力可显著提高全强风化砂页岩地层压缩模量,高注浆压力作用下,地层压缩模量最大增长近10倍。当注浆压力处于较低水平时,加固后地层粘聚力的提升受含水率和注浆压力影响明显。当注浆压力处于较高水平时,加固后不同含水率情况下地层土体粘聚力基本趋于一致,地层粘聚力的提升不再受含水率的影响。地层内摩擦角在注浆压密后的提升程度始终受自身含水率的影响。注浆压力的提升可进一步提高地层的抗渗能力。采用建立的注浆压力-地层物理力学参数关系模型对某工程实例进行计算分析,给出了满足地层加固要求的注浆压力设计值,注浆治理后开挖揭露浆脉清晰、地层稳定,所提出的模型可为全强风化砂页岩地层注浆治理参数设计提供参考。     

套筒水平灌浆缺陷复灌前后对套筒钢筋受拉性能的影响

为检测灌浆套筒由于灌浆不密实对套筒钢筋的受力影响,设计制作了灌浆率为100％、80％、70％、60％的4组不同的套筒进行了拉伸受力试验来验证缺陷对受力的影响程度.结果表明:无缺陷灌浆套筒连接的屈服强度和抗拉强度均满足标准要求,和钢筋力学性质完全一致.对灌浆率为80％灌浆套筒连接的屈服强度能够满足标准要求,但时最大应力只相当于钢筋的屈服强度.对灌浆率为70％灌浆套筒连接未达到屈服强度就被拔出,最大强度仅为钢筋标准屈服强度的33％.对灌浆率为60％灌浆套筒钢筋加载初期就被拔出,最大强度仅为钢筋标准屈服强度的9％.采用高强无收缩灌浆料(GWL)和套筒高强灌浆料(TGL)进行复灌对比试验,采用GWL的套筒不能满足受力要求,其原因是流动性不能满足要求,采用TGL的套筒的力学性能满足规范要求,在工程检测中如发现灌浆缺陷,采用复灌方法是可以解决的,其中灌浆料的选择尤为重要.     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例分析

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算,同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证,研究结果表明：(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。