基于孔内波速的Hoek-Brown准则预测断裂带力学参数方法与工程应用

以玉曲河某水电站工程区内怒江断裂带分支F_(1-6)为研究对象,探究地质强度指标GSI和岩体扰动参数D与岩体声波波速的关系.首次将基于波速的Hoek-Brown准则应用于断裂带,预测断裂带的力学参数.结合浅部断裂带的原位试验验证该方法的可行性,研究表明基于波速的Hoek-Brown准则预测断层破碎带(声波波速大于2000m/s)的力学参数与原位试验成果接近,可以用该法预测断裂带岩体的力学参数.以孔内实测波速为纽带,将该方法应用于深层断裂带,预测深层断裂带的力学参数,以解决深部断裂带力学参数无法直接试验获得的难题,为隧道工程的设计、施工提供指导依据.     

利用钻孔岩芯 RQD 估算岩体变形模量

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一。相比原位测试法,运用建立在原位测试、相关岩体地质特征和室内岩石力学试验基础上的经验关系方法来确定岩体变形模量则显得更为方便快捷,更适合于中小型工程实际应用。本文探讨了采用极易获取的钻孔岩芯RQD来估算岩体变形模量的可行性,以山东某核电基地为实例,在Zhang和Einsten估算公式的基础上,对RQD在0～60％区间内,提出了预测变形模量的估算公式,改善了Zhang和Einsten估算公式在此RQD区间样本数据较少的缺陷,结果表明两种公式具有较好的一致性;最后利用实测的岩体不同方向变形模量,探讨了不同方向变形模量比值与RQD的关系。     

利用钻孔岩芯RQD估算岩体变形模量

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一。相比原位测试法,运用建立在原位测试、相关岩体地质特征和室内岩石力学试验基础上的经验关系方法来确定岩体变形模量则显得更为方便快捷,更适合于中小型工程实际应用。本文探讨了采用极易获取的钻孔岩芯RQD来估算岩体变形模量的可行性,以山东某核电基地为实例,在Zhang和Einsten估算公式的基础上,对RQD在0~60%区间内,提出了预测变形模量的估算公式,改善了Zhang和Einsten估算公式在此RQD区间样本数据较少的缺陷,结果表明两种公式具有较好的一致性;最后利用实测的岩体不同方向变形模量,探讨了不同方向变形模量比值与RQD的关系。     

岩体声波特性分析及其受损评价分析

岩体声波探测接收到的信号中含有大量岩体物理力学性质和结构特征的信息.该文通过对裂隙发育程度不同的岩体进行声波探测试验,采用小波分析及频谱分析处理声波数据,分析声波特性,获得声波探测的各种影响因素,建立声波与岩体的参数关系,并对岩样受损位置及受损程度做出定性分析.     

水库泄洪洞岩体力学参数研究

通过室内岩石力学性质试验，现场原位岩体抗剪、变形试验和波速测试等研究，分析了水库泄洪洞洞室岩体的力学特性和变形特性．结合洞区岩体结构、构造特征及其风化程度，提出洞室区岩体力学性质基本参数，为洞室稳定性分析和工程设计施工提供了可靠依据．经施工开挖验证，所采用的工程岩体参数客观合理．     

尖山磷矿边坡岩体爆破开挖损伤测试研究

通过岩体声波测试,确定了岩体的损伤范围,并确定了损伤区岩体的损伤因子。根据损伤因子的确定结果,利用Hoek-Brown强度准则将岩块力学参数进行折减,确定出岩体力学参数。将确定的岩体力学参数用于边坡稳定性分析,分析结果与现场实际是一致,说明岩体损伤测试结果符合工程实际的。     

煤层断层形成的岩体综合强度分析

主要讨论在构造应力场相似条件下，煤层项底板岩体力学性质与煤层断层之间的关系。文中利用了岩体综合强度表示方法，提出了煤层断层的形成受构造应力场和煤层顶底板岩体力学性质两个因素的控制，在岩体综合强度为某一区间时有利于煤层断层的发育，该方法可用于分析多媒层开采矿井或区域构造比较简单的矿井中煤层断层的形成。     

川东北飞仙关组岩石动力特性的试验

以川东北飞仙关组岩石(砂岩、灰岩)为实验试件,利用自行设计的声波测试装置,应用声波测试技术对川东北飞仙关组岩石的动力特性进行了室内试验研究,测出了岩石试件的弹性波速(纵波波速Vp、横波波速Vs),并获得该类岩组的一系列动弹性参数(动弹性摸量Ed、动泊松比Vd、动剪切模量G、动体积模量K).并根据试验结果分析了岩石的物理力学性质.结果表明,该实验的原理和方法可为相关工程所利用.     

兰右山边坡岩体力学参数研究

通过单轴压缩试验、三轴压缩试验、岩体现场声波测试和软层现场PANDA测试得出了兰右山边坡岩体基本质量值和地质力学权值,按Hoek-Brown强度准则估算了岩体力学参数,并以此参数作为兰右山边坡工程设计和施工的参考依据．     

基于声波信号预测Kaiser应力点的水平地应力

声发射实验测试地应力方法需从地层原位取得的全尺寸岩样上钻取4个小尺寸岩芯,分别进行加载实验下的声发射测定.该方法将造成地层岩样损失,地应力评价成本较高.为此,根据岩石声学性质与力学特性具有较好的相关性特征,基于大量岩石试件的声波时差实验数据和加载条件下的声发射实验数据,构建声波时差与岩样Kaiser应力点的关系模型,并...     

利用超声波确定敦煌英莫空窟洞壁力学特性

利用超声检测技术确定出莫高窟北区洞窟的岩壁力学参数。结果表明，洞窟岩壁的纵波波速、横波波速、动弹模随着洞深的增加而增加；洞窟窟顶的力学参数低于洞窟侧壁的力学参数；顺岩层波速高于切层方向波速。     

光面爆破对边坡保留岩体损伤规律分析

边坡开挖爆破必然造成边坡保留岩体的损伤。通过对边坡岩体取样岩芯的数量、位置以及岩芯声波速度的测试分析,认为光面爆破线装药密度对这种损伤作用有较大影响,同时岩体本身的缺陷(层理、片理、断层、节理等)也会增大这种影响作用,在选择边坡位置时应尽量选择岩体强度大,本身缺陷小的岩层。所得结果可为爆破设计和边坡稳定分析和维护提供参考。     

Study on estimate method of wave velocity and quality factor to fault seals

Based on ultrasonic test of fault rocks, the responses for wave velocity and quality factor （Q value） to lithology, porosity and permeability of fault rocks and mechanical property of faults are studied. In this paper, a new quantitative estimate method of fault seals is originally offered. The conclusions are as follows： （1） Wave velocity and Q value increase and porosity decreases with the increase in stress perpendicular to joint; （2） In compressive and compresso-shear fault rocks that are obviously anisotropic compared with their original rocks, the wave velocity and Q value are greater in the direction parallel with foliation, and usually less perpendicular to it. In tensile and tenso-shear fault rocks that are not obviously anisotropic, the wave velocity and Q value are under that of original rocks; （3） In foliated fault rocks, the direction with minimal wave velocity and Q value is the best direction for sealing; on the contrary it is the best for flowing; （4） Structural factures develop mainly along foliation, the minimal wave velocity and Q value reflect the flowing capacity in parallel direction to foliation, and the maximal wave velocity as well as Q value reflect the sealing capacity in normal direction to foliation. The new estimate method is based upon contrast of wave velocity and Q value between fault rocks and their original rocks, and is divided into three parts that are respectively to identify rock＇s lithology, to judge mechanic property of faults and to Judge sealing capacity of faults. Although there is vast scale effect between ultrasonic wave and seismic wave, they have similar regularity of response to fabric and porosity of faults. This research offers new application for seismic data and petrophysical basis for seismological estimation of fault seals. The estimate precision will be improved with the enhancement of three-dimensional seismic prospecting work.     

高温后花岗岩密度及波动特性的试验研究

测试了25块花岗岩试件在经历不同高温前后的密度、纵波波速等物理特性常数，并由测得的纵波波速间接计算出花岗岩的弹性模量，同时应用力学的常规压缩方法直接测试计算了岩石的弹性模量，分析了经历不同高温后花岗岩密度、纵波波速和弹性模量的变化情况．测试结果表明，经历高温后花岗岩的密度和纵波波速等物理特性常数与常温相比均有不同程度的减小，而且随加热温度的升高，减小的幅度增大，但是纵波波速的变化幅度要比密度的变化幅度大得多；根据物理特性常数计算的弹性模量的变化幅度要远大于根据力学常规压缩方法测试计算的弹性模量的变化幅度，这说明经历高温后岩石物理性质(纵波波速等)的变化比力学性质的变化更剧烈．     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

利用振动法定量评价工程岩体的完整性

岩体的完整性是工程岩体质量分级的重要指标之一,在现行规范中主要通过岩体的完整性系数 、体积节理数 、结构面发育程度进行判断。工程岩体的结构面复杂,定性判断较困难,且 值需转换为 值后才可进行定量评价。目前主要采用超声波法测量 值,由于该方法激振源为超声波,工作频段窄、测量低频振动时误差较大,测试距离短,使破碎或较破碎岩体的测量结果存在较大误差。本文通过振动法测量岩体的纵波波速：在浅层钻孔中激振,利用布设在岩体表面上的多个低频传感器接受振动信号,从而实现分段测量岩体纵波波速,求得各段岩体的完整性系数,准确地评价岩体完整性。采用本文方法,对工程岩体实例的结果表明与定性评价结果一致。     

三轴加载过程中大理岩力学及声波响应特征研究

深部地层岩石所处力学环境异常复杂,高应力下岩石力学性能、破坏规律及声波响应特征研究可为深井关键参数科学化设计提供依据。对大理岩开展了不同围压条件下的三轴力学实验,分析了不同围压条件下加载过程中大理岩的应力-应变、声波特征,探讨了强度准则适用性和岩石应力-应变与动态声学响应机制。研究表明,力学加载过程中,岩样波速变化分为“迅速增加-匀速增加-阶梯下降”和“迅速增加-匀速增加-保持稳定-阶梯下降-减速下降”两种类型,在岩样破坏之前,岩样的波速和振幅均有不同程度的减小;随着围压的增加,大理岩抗压强度和弹性模量均增加,岩样破坏形式由劈裂式向剪切式过渡。围压对大理岩次生裂纹的产生有抑制作用,直线型Morh-Coulomb准则和单参数Bieniawski强度准则分别适用于低围压和高围压条件下大理岩的强度特征描述。研究为深井岩石破裂的预测以及强度准则的建立提供了重要理论依据。     

基于N型回弹仪的粤北丹霞组碎屑岩单轴抗压强度试验研究

以粤北丹霞盆地晚白垩世丹霞组碎屑岩为对象,采用冲击动能为2.207 J的N型回弹仪对其单轴抗压强度与回弹击数的相关关系开展研究.通过对韶关仁化丹霞山世界地质公园内晚白垩世丹霞组出露的巴寨段和锦石岩段砂岩岩体进行原位回弹测试及声波波速测试试验,并对原位测试点岩体钻孔取芯进行单轴压缩试验.由现场回弹测试、声波波速测试和室内岩石单轴压缩试验结果可知,丹霞山世界地质公园内晚白垩世丹霞组出露巴寨段和锦石岩段砂岩的回弹值与岩体强度大体呈线性相关;砂岩、砾岩及砂砾岩的回弹值与波速呈线性相关.对波速、回弹值与单轴抗压强度之间的相关关系及拟合曲线变化趋势的研究结果表明,采用回弹值预测岩体单轴抗压强度具有一定的可靠性.研究结果对快速获取丹霞山景观危岩体的强度指标提供了一定的帮助.     

天堂山双曲拱坝左坝肩F_(15)断层处理

用刚体极限平衡法、平面有限元法和地质力学模型试验分析研究了Ｆ１５断层对坝肩稳定的影响及Ｆ１５断层的处理措施．结果表明，用混凝土地下传力墙处理Ｆ１５断层是成功的，并具有显著的效果．     

塔里木盆地克深前陆冲断带储层岩石力学参数研究

综合采用岩石单轴压缩试验、三轴压缩试验及测井资料计算,对塔里木盆地克深前陆冲断带单井的岩石力学参数进行分析,通过单轴-三轴校正及动态-静态校正,确定静态岩石力学参数的单井剖面,利用高斯插值对岩石力学参数空间分布特征进行研究,并分析岩石力学参数与地层深度的关系。结果表明:岩石力学参数的空间分布主要与岩相有关,并在一定程度上反映了储层物性特征,弹性模量、内聚力和抗压强度大而泊松比小的区域储层物性相对更好;随着地层深度的增加,弹性模量、内聚力和抗压强度逐渐增加而泊松比逐渐下降;利用岩石力学参数与地层深度的关系以及断层带岩石力学参数的经验比例,可以对不同地质单元的岩石力学参数进行取值,为后续的地应力场及储层裂缝数值模拟奠定基础。