岩石的卸荷劣化及其本构模型研究

卸荷条件下,岩石的变形参数产生劣化效应,弹性模量E在卸荷较小时变化较小,随着卸荷量的增加其快速减小;而泊松比μ则随着卸荷量的增加而变大.岩石的破坏阶段,变形参数与其应力跌落量有关:E随着应力跌落量的增加而减小;并呈线性关系.根据岩石变形参数的变化规律,将卸荷条件下岩石的损伤本构模型分为三段:一般加载段、卸荷段、应力跌落段.结合试验证明修正的统计损伤本构模型较为符合实际.     

顺层岩质滑坡防治方案研究——以重庆市石柱县龙井滑坡为例

顺层岩质滑坡已对人类造成难以量计的灾害及损失,滑坡的防治方案研究对减少此类灾害发生意义重大。为了对顺层岩质滑坡的防治方案进行研究,本文以重庆市石柱县龙井滑坡研究对象,通过方案对比的方法得出了更适合该滑坡的防治方案,并利用数值模拟对此方案进行了治理效果评价。研究表明,“两级抗滑支挡+地表排水+地裂缝封闭”更适用于龙井滑坡,根据治理效果模拟,滑坡最大水平位移减少58.9%,最大竖向位移减少58.1%,最大剪切应变增量减少52.9%。两级抗滑支挡能改善顺层岩质滑坡应力分布,提供抗滑力,减少塑性区范围以及减缓下滑趋势。     

基于物理模拟实验的超压碳酸盐岩电性特征与应用

为解决传统碎屑岩超压预测模型和方法不适用于具有刚性岩石骨架的碳酸盐岩地层超压预测难题,通过超压碳酸盐岩岩石物理模拟实验,分析岩石电性参数对不同压力的响应特征;模拟地层在封闭压力系统条件下,致密碳酸盐岩孔隙流体发育超压引起孔隙度增大,电性参数响应特征明显,建立基于电性特征的碳酸盐岩超压预测模型;开展典型地区单井碳酸盐岩地层超压预测应用研究,结果表明:超压碳酸盐岩地层孔隙压力增加,孔隙流体膨胀,岩石骨架受到压缩,孔隙体积增加,岩石孔隙度增大;超压碳酸盐岩地层孔隙度增大,导电离子通过岩石的通道增大,导电性变好,电阻率变小,孔隙度的变化量与岩石电性参数变化之间存在明显相关性;基于电性参数对超压的响应特征建立了碳酸盐岩超压预测模型,通过实例验证取得了较好的应用效果。可见电性参数对碳酸盐岩超压具有明显响应特征,未来可进一步研究利用地震资料与电性参数的相关性,实现三维区域碳酸盐岩地层钻前超压预测。     

深部倾斜岩层巷道变形特征模拟与控制技术

对深部倾斜岩层巷道存在的变形不对称和采用对称支护方式不能有效控制围岩变形的问题,在巷道围岩受力分析的基础上,结合曲江煤矿工程实践运用离散有限元模拟软件UDEC建立深部倾斜岩层巷道受力模型,对模型进行掘巷后不支护和采用传统方式支护的数值模拟.根据现场变形和模拟结果,提出采用非对称强化支护结合全断面锚索支护扩大围岩应力承载圈来保证巷道稳定,并对改进后支护方案进行数值模拟,数值模拟和现场工程实践均表明改进后支护方案能够有效地减小巷道围岩变形.     

单轴压缩条件下预制裂隙类岩石材料实验研究

为研究裂隙类岩石材料在单轴压缩条件下的力学性质及裂纹扩展规律,通过在试样中预埋铁片的方法,制备出含不同裂纹条数和裂纹倾角的裂隙类岩石材料;采用RYL-600剪切流变仪对试样进行以负荷控制方式进行单轴加载,并使用数码相机记录试样加载过程中裂纹的起裂、扩展和贯通过程.着重对60°×18条裂隙类岩石材料的实验结果进行详细分析,观察其轴向应力-轴向位移曲线,曲线呈现出3次明显的应力跌落阶段,结合试样在试验过程中的录像,将裂纹的扩展分为3个阶段.并且,通过FLAC3D数值模拟软件对60°×18条的试样进行数值模拟研究,获得了数值模拟实验加载过程中的轴向应力-轴向位移曲线和模型破坏切片图,分析其破坏方式和破坏模式,并与物理实验对比,两者吻合较好.     

水分及冻融环境下岩石抗拉力学特性

对红砂岩和页岩2种岩石进行干燥、饱水及开放系统下的冻融循环试验,并对各种状态下的岩样进行巴西试验及抗拉强度测试的有效性分析;分析了岩石的损伤劣化及破坏行为,系统研究了岩性、水分及冻融循环作用对岩石抗拉力学特性的影响,并对岩石抗拉压特性的同一性和差异性进行比较.研究表明：水分对岩石内部微观结构产生影响,削弱了岩石颗粒间的连结力;冻融作用产生的冻胀力与孔隙水压力导致岩石内部出现局部损伤;在水分及冻融循环的作用下,岩石抗拉强度及弹性模量显著降低,红砂岩反映更敏感;损伤不仅受岩石内部缺陷随机分布的影响,更重要的是受应力状态的影响,在拉应力作用下岩石缺陷对强度降低特别敏感.     

基于相场法的岩石三点弯曲细观破坏数值模拟

岩石中裂纹的起裂、扩展和贯通等行为是研究岩石变形、强度及稳定性的关键力学问题,通过数值方法预测和分析裂纹扩展行为具有重要意义。相场法在严谨准确的理论框架内,克服了传统断裂力学理论及数值计算方法显式追踪裂纹面的挑战,能很好地模拟裂纹起裂、扩展、分叉和多裂纹相互贯通。本文通过裂纹扩展主要区域建立了能够反映岩石内部细观结构的多尺度模型,利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。通过与室内岩石三点弯曲宏观和细观试验对比分析,结果表明,相场法能够很好地模拟和预测具有复杂细观结构的岩石内裂纹的萌生、扩展和贯通的破坏过程。     

玉维高速科色特长隧道地应力特征及工程地质意义

玉维高速紧邻金沙江西岸,全程共30座隧道,隧道占总里程的52.55%,隧道建设中极有可能遇到复杂地质问题及地应力的影响。以玉维高速科色特长隧道地应力特征为研究对象,完成了6个点的地应力测试工作及岩石室内物理力学测试,结合构造稳定性、岩爆分级、隧道空间布置分析理论完成了该隧道工程地质意义研究。研究结果表明：地应力在垂直方向上随深度以似线性增长趋势,整体表现为“浅部以走滑型地应力场为主、深部以正断型地应力场为主”的规律;地应力特征表现为“浅部区域以水平构造应力为主,深部以垂直应力为主”;各测点的最大剪应力与平均应力之比值均未达到稳定临界值,隧道周边的构造相对稳定;岩爆级别随深度逐渐增大,但级别为中等至轻微;隧道方位分析表明,隧道（右幅）K24+995至K25+730段隧道方位不利,K25+730至K28+200段隧道方位有利。     

金能煤矿软岩掘进巷道变形破坏特征及控制技术研究

针对软岩巷道围岩在掘进过程中呈现出的顶板下沉量大、两帮收敛严重等特点,为解决巷道围岩稳定性控制的难题,以金能煤矿二采区1201工作面的运输顺槽为研究对象,基于工作面巷道工程地质条件,采用现场实测、数值模拟和工业性试验等方法,阐述了软岩巷道的变形破坏特征,提出了3种不同的围岩控制方案,利用FLAC3D软件模拟了该巷道围岩水平位移、垂直位移和塑性区分布情况,并进行现场测试。工程应用结果表明：“锚索+W钢带+U型钢+注浆”的支护方案效果明显,提高了围岩的承载能力,实现了巷道围岩的稳定性控制。     

渤海地区疏松砂岩岩样制备方法*

渤海地区的秦皇岛32-6油田和绥中36-1油田为疏松砂岩油藏,疏松砂岩胶结方式多样、胶结程度差、结构疏松、强度小,现场取出的岩样松散、不易成形,洗油后一般为散砂,无法进行岩样流动实验,给疏松砂岩室内流动实验带来很大困难。提出了采用露头岩石制取、人工压制、液压机压制三种方法获得疏松砂岩岩样,并从岩样矿物成分、岩样渗透率、岩石力学性质、胶结程度等四个方面对三种方法获取的疏松砂岩岩样进行测试,与天然储层岩样进行对比,比较三种方法制作岩样的效果和难易程度。研究表明,三种方法制取的疏松砂岩岩样在矿物成分和力学性质等参数上与天然岩样相吻合,在渗透率和砂岩胶结程度上都较好地覆盖了目标区块岩样的渗透率范围和现有的胶结方式。三种方法制备的岩样可代替天然疏松砂岩岩样进行相关实验。提出的三种方法对以后类似研究具有一定的借鉴意义。