水与微观结构对片岩波速各向异性特征的影响及其机制研究

选取3类不同宏观特征的武当群片岩岩样,分别制取不同片理角的标准圆柱试样。采用波速测试获取烘干、浸水处理后的试样的纵波速度,分析不同含水状态下武当群片岩波速各向异性特征,并结合偏光显微镜、扫描电镜下3类岩样的矿物组成与微观结构特征,探讨内外影响因素下的波速各向异性机制。结果显示:武当群片岩主要矿物为硬质粒状石英、长石与软质片状白云母,硬质矿物含量越高、孔隙率越小,则片岩纵波速度越大,反之越小;干燥样的纵波速度表现出显著各向异性,传播方向由垂直片理面向平行片理面变换时,波速逐渐增大,不同方向的波速值可用波速圆公式进行预测;波速各向异性本质上是微裂隙的定向展布、间隔分布的结果,可间接用白云母定向系数δ_2评价各向异性程度k,k~(1/2)与δ_2呈线性正相关,武当群片岩的k值上限为2.90;浸水后试样的纵波速度普遍增大,这是水充填空隙后对片岩等效体积模量的增加起主控作用的结果,片岩吸水后的波速增长效应受其孔隙率与微裂隙分布特征影响,引起不同类片岩间的纵波速度差异,导致同类片岩的波速各向异性程度与浸水时长呈负相关。     

绿泥石片岩各向异性特性研究

为研究十堰地区片岩的各向异性特性,开展了武当群绿泥石片岩长方体试样的单轴压缩和圆盘试样的间接拉伸试验,探讨了试样各向异性的力学特性和在不同受力状态下的变形破裂特性,揭示了不同变形破裂的力学机制。研究表明,武当群绿泥石片岩具有明显的各向异性性质,平行片理方向强度高,垂直片理方向强度低。该片岩特殊的定向排列片束状构造和片理间的弱胶结作用,致使不同方向上的破坏特征具有明显差异,其力学机制也不相同。在压应力作用下,泊松效应容易引起平行片理面的张拉劈裂和压杆失稳,垂直片理方向容易发生片理面间的剪切破坏。在同一方向上强度具有一致性,即平行片理面抗压和抗拉强度均较垂直片理面强度大。由于片理面间的抗拉承载力极低,在小角度劈裂荷载下,容易发生张拉劈裂和拉剪破坏,因此,实际工程中应尽可能避免片理面间的受拉破坏和沿片理的拉剪破坏。研究结果可以为隧道、边坡支护加固和防水处理提供参考。     

武当群片岩变形参数各向异性特征及机制研究

片岩因受片理面影响,其变形行为和破坏机制与一般岩体存在明显差异。为此,采用室内单轴压缩试验,研究了十堰-房县高速通省隧道武当群片岩在片理面倾角分别为0°、45°、90°时的变形参数各向异性特征及破坏机制。结果表明:片岩变形参数及破坏模式具有显著的各向异性特征。按照弹性模量E由大到小的顺序,试样的片理面倾角依次为:90°、0°、45°;按照泊松比v由大到小的顺序,试样的片理面倾角依次为:45°、0°、90°。片理面倾角为0°时试样以垂直片理面方向的压断破坏为主,45°时试样以沿片理面方向的纯剪切破坏为主,90°时以劈裂破坏为主。在此基础上,通过电镜扫描、FLAC3D数值试验结果等,分析了片岩变形破坏各向异性的机制,认为主要原因是片理面空间方位与轴向力方向不同的组合,导致软弱结构面——片理面对片岩变形的贡献差异明显。     

藏东巴青县北部酉西岩组构造片理形成及构造意义

西藏巴青县以北酉西岩组主要由石英构造片岩、钠长石英构造片岩、白云母石英构造片岩组成,构造片理为近水平韧性剪切作用产物。宏观上构造片理构成了宽缓的背形、向形褶皱构造,构造片理上广布一期透入性拉伸线理,将构造片理展平,分布在透入性片理上的线理具明显优选方位,方向为280~100°。根据微观构造分析,韧性剪切指向为自西向东运动,构造片岩内发育多硅白云母。多硅白云母电子探针分析结果认为其形成环境为低温高压蓝片岩相,变质温度确定为320~500℃、压力0·6~1·1GPa。多硅白云母40Ar/39Ar测年结果为(230±1)Ma,为中三叠世末期。酉西岩组构造片理(韧性剪切作用)与查吾拉—吉塘印支期构造岩浆带形成密切相关。     

锦屏一级水电站左岸浅表大理岩的卸荷微裂隙特征

在高山峡谷区,浅层岩体的表生改造相当发育。在锦屏一级水电站坝区陡峭的岸坡浅表大理岩岩体中采集定向标本,制作定向薄片,利用偏光显微镜统计和分析了微破碎带及带中微裂隙的方向分布情况。结果表明,（1）垂直于最小主应力σ₃的薄片中微破碎带在整体上未见明显定向性,垂直于最大主应力σ₁或中间主应力σ₂的薄片中微破碎带在整体上存在明显定向性,基本与岸坡平行;（2）微裂隙往往沿低指数晶面（包括解理面）发生,故晶内裂隙表现出直线式或台阶状样式,这符合最小能量原理;（3）卸荷应力场诱导控制微观卸荷裂隙的方向并使之具有强定向性。     

单轴压缩下层状含水页岩损伤破坏过程及特征

页岩在重庆地区分布较广,在隧址围岩赋存环境中占较大比重,考虑到层理和水对页岩性质影响显著,因此,对页岩在层理和含水率影响下损伤破坏过程和劣化机制进行研究。试验借助于MTS815岩石力学测试系统和PAC声发射仪,进行单轴压缩条件下层状页岩损伤破坏过程的声发射试验研究,并采用大型离散元软件3DEC对页岩破坏模式进行对比分析。研究结果表明:(1)页岩的矿物成分、矿物排列和加载方向决定其损伤破坏过程,原生微裂隙的分布、矿物晶粒大小和加载方向决定了宏观裂隙的分布,宏观裂隙则控制着页岩的破坏模式。(2)页岩内部沿层理方向原生微裂隙群是页岩破坏起裂部位,次生微裂隙常沿矿物边界发展,与加载方向基本一致,最终形成宏观裂隙,起到连通层理破裂面的作用。(3)层状页岩AE事件的生成和分布与试件内部的微裂隙分布关系密切,初始压密阶段积聚于试件中部层理附近,后沿层理法向方向向端部或两侧发展,最终沿宏观裂隙转折及交点处聚结成核。(4)层理和水对页岩的损伤劣化机制不同,层理对页岩的损伤作用本质上是沿层理分布的原生微裂隙群的损伤作用,而水对页岩的损伤作用主要是水的吸附和毛细管压力作用。     

不同围压下深井煤岩短时蠕变试验的细观损伤机制分析

分析深井煤岩试验断口上矿物、结构、构造等的细观特征,追溯围压对其蠕变损伤机制的影响及调节作用,得到了围压分别为0、10和20 MPa的深井煤岩短时分级加载蠕变试验破坏断口的细观构造,分别对应解理断裂-节理裂隙、沿晶界断裂、沿晶界断裂-穿晶断裂。围压为0 MPa的单轴蠕变试验破坏断口,是煤岩受简单应力环境直接作用的结果,因此,其解理断裂和节理裂隙构造清晰、方向明确、内部新鲜且无夹杂。围压为10 MPa三轴蠕变破坏断口的沿晶界断裂间隙较宽、内部不干净、充填碎屑类夹杂,表明较强环向约束下的晶界较易于克服,且矿物结构以晶粒间的切向运动及力矩作用下的晶粒转动方式调整。围压为20 MPa的三轴蠕变试验,环向强约束使得晶界与晶粒的强度难以克服,最终破坏断口上的沿晶界断裂主要呈现弧形转动,穿晶断裂以剪切位移为主要特征,所以沿晶界断裂构造不太干净、内部充填围压先期作用时原生构造闭合后新产生的少量碎屑类夹杂,穿晶断裂间隙极小、新鲜、干净无夹杂。     

温度循环作用下深埋隧洞围岩细观结构的定量描述

高温作用和温度循环作用是岩石力学发展面临的新课题。从经历温度循环的裂隙岩体的微裂隙扩展机制研究入手,采用SEM仪器进行了各温度下大理岩断口细观结构试验。基于统计学理论,从细观层次对不同温度下的岩石断口微裂隙参数数据统计分析,得到了岩石微裂隙几何参数在不同温度下的分布概型,并运用Monte-Carlo随机模拟的方法,再现微裂隙在工程岩体中的分布。进行了二维裂隙网络模型的分形计算,分析不同温度条件下岩石细观损伤的分维数及其演化的分形特征,为从传统的力学方法来探索岩石内部介质的微观变化提供了理论依据和参考。     

隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究

隐晶质玄武岩是白鹤滩水电站超大规模地下厂房洞室群中广泛揭露出的主要围岩类别之一,且普遍赋存隐微裂隙,开挖过程中展现出特殊的力学响应特征。综合采用CT扫描、高速摄像、声发射、扫描电镜等手段,分析了隐晶质玄武岩的变形破坏特征、裂纹扩展及声发射演化规律等,并探讨了其细观破坏机制。结果表明:完整试样应力-应变曲线光滑,加载至峰值强度时瞬间爆裂,声发射信号异常集中,碎裂破坏;含隐微裂隙试样应力-应变曲线呈锯齿状,出现多次表面剥落,整个过程声发射信号非常活跃,以劈裂破坏为主;含宏观裂隙试样应力-应变曲线呈双峰或多峰状,峰前原生裂隙局部滑移,第1次峰值时宏观破裂面形成,声发射信号集中于峰值应力跌落瞬间,以剪切破坏为主。隐晶质玄武岩细观破坏机制主要为矿物颗粒沿晶断裂和穿晶断裂。研究成果为准确认识并科学掌握白鹤滩地下厂房洞室群围岩的力学响应及其破裂演化特征奠定了坚实基础,也可为硬脆岩体高应力破坏的认识和灾害控制提供参考和借鉴。     

黔桂边境四堡岩群中高压变质矿物的发现及其意义

分布在黔桂边境地区四堡岩群变质岩属绿片岩相,过去一直认为是低压条件下的变质产物。通过近年区调工作,用X射线粉晶衍射方法,测定泥质变质岩的白云母结晶度b0>0.9040nm,显示出高压型变质矿物———多硅白云母特征。高压变质矿物的确定,对研究该区中元古代末期Rodinia超大陆的聚合提供了佐证。     

基于不同侵蚀模型的高速崩滑碎屑流动力过程模拟分析

为实现高速崩滑碎屑流沿程侵蚀动力过程的模拟分析,采用连续理论方法对NomashRiver碎屑流动力过程进行了数值模拟。其中,在连续理论模型中采用3种不同侵蚀速率模型,并采用HLLC近似Riemann解对有限体积数值离散控制体单元的界面通量进行了计算求解。致灾范围及运动时间的计算结果均与实际灾害情况吻合良好,验证了计算模拟的正确有效性,并对最终堆积深度、运动速度和侵蚀区域侵蚀深度进行了分析讨论。结果显示:采用McDougall侵蚀模型得到的最终堆积平均深度和最大深度与实测情况较为接近;每个时刻采用Medina侵蚀模型得到的最大速度值最大,其次是采用McDougall侵蚀模型的结果,最后是采用Pitman侵蚀模型的结果;采用McDougall侵蚀模型得到的侵蚀深度分布较为连续,其最大值8.1m与估测值8m比较接近,采用Medina侵蚀模型和Pitman侵蚀模型得到的侵蚀深度结果则较为分散,其最大值分别为10.9m和8.6m。     

基于因子分析的LM-BP网络的盾构施工地表沉降预测

盾构施工引起的地表沉降量的预测与评价具有很强的随机性和不确定性,用常规的数学模型难以准确表达。本文采用因子分析法对影响盾构施工引起地表沉降的9个因素进行了主因子的提取,得到4个主因子。以此数据集对BP神经网络进行训练,并用Levenberg-Marquardt(LM)算法对BP神经网络进行了优化,建立了基于因子分析的LM-BP神经网络预测模型。结合工程实例将预测结果与LM-BP神经网络模型的预测结果进行比较分析,表明本预测模型具有较高的准确性,符合实际工程的需要。     

澜沧江某水电站热水系统循环演化机制研究

研究区位于西藏自治区昌都市芒康县境内曲孜卡乡和盐井乡交界的澜沧江河段,由于复杂的地质背景,形成了一系列物理、化学特征各异的温泉及盐泉。研究区域热水系统主要以盐泉泉群和中低矿化温泉的形式分散出露,根据地质地热结构以及热水水文地球化学特征,将区内热水系统划分为盐井系统、右岸曲孜卡系统、左岸玄武岩系统以及外围温泉。通过工程区区域地质背景及周边热水同位素特征,结合工程区及周边热水系统的热储温度、热储深度计算,研究各热水系统的循环演化机制对工程区的影响具有十分重大的意义。     

辽宁鞍山齐大山铁矿床地球化学特征及地质意义

为研究辽宁齐大山铁矿床的成矿物质来源及形成环境,选取典型铁矿石进行主量元素、微量元素和稀土元素分析测试。结果显示,铁矿石主要由TFeO和SiO_2组成,其他主量元素及微量元素、稀土元素含量均较低,页岩标准化稀土元素配分曲线呈轻稀土元素相对亏损、重稀土元素相对富集型,具有一定的Eu、Y、La的正异常和弱的Ce异常,以及较高的Y/Ho值。研究表明,齐大山铁矿是由极少碎屑物质加入的化学沉积岩,其成矿物质主要来源于热水和海水的混合作用,是在海底一定缺氧的环境下形成的,矿床是与海相火山沉积有关的前寒武纪火山沉积型铁矿。     

连续排水边界下分数阶黏弹性饱和土体一维固结分析

采用分数阶Kelvin模型来描述饱和土体的流变特性,在连续排水边界条件下,利用Laplace变换推导出变换域内的饱和土体一维固结解析解,再通过Crump法对有效应力和固结沉降进行数值反演,得到了分数阶导数黏弹性饱和土体的一维固结半解析解。将连续排水边界退化到Terzaghi排水边界,退化后的结果与已有文献一致,验证了所得半解析解的可靠性。最后,基于所得解,分析了相关参数对土体固结的影响。结果表明,界面参数反映排水边界的透水性,从而影响土体中超孔隙水压力的消散速率;黏滞系数在固结后期对沉降发展影响较大,其值越大,沉降发展越慢;当阶次a不为零时,分数阶次越小,土体表现出的黏滞性越强,整体固结沉降发展越缓慢,次固结沉降发展也越缓慢。     

基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用

微震监测获取的数据中通常混有大量的非岩石破裂信号,该类信号目前主要通过人工经验进行识别与滤除,这消耗了大量的宝贵时间,严重影响灾害的防治和救援效率。对大量微震信号进行分析,发现STA/LTA算法在信号实时触发后能大致表征波形振幅和频率的变化,岩石破裂信号和非岩石破裂信号在延迟位置处R值具有差异性。基于此,提出了岩石破裂微震信号实时识别算法。新算法应用到白鹤滩水电站地下厂房、红透山和阿舍勒铜矿深部采场3个工程,岩石破裂事件识别的准确率分别是85.98%、92.45%和91.06%,非岩石破裂事件滤除的准确率分别是72.06%、83.11%和49.87%。该算法使基于岩石破裂微震信息的岩石工程灾害自动分析与预警成为可能,具有重要意义。     

云南永胜县三道河泥石流活动特征及治理方案

叙述了云南省永胜县期纳镇三道河泥石流的发育特征、危害对象,并对该地区泥石流成因进行了分析。阐述了泥石流的形成条件,并对物源区物源条件等局部滑坡崩塌情况进行分析。描述并分析了泥石流诱发因素及形成机制。提出三道河泥石流以"拦固排护结合,以拦排为主"的治理方案,以保护三道河流域居民的生命财产安全。     

徽县西寺村滑坡稳定性分析与评价

滑坡是一种分布广泛、多发性的地质灾害,对人民生命财产和各项社会活动以及资源造成极大的损失,因此加强对滑坡稳定性和治理的研究是十分必要的。本文以西寺村滑坡为研究对象,在勘查钻探等资料的基础上,采用GEO5软件,运用毕肖普法对3-3′剖面进行稳定性计算,计算出天然、暴雨、地震3种工况下的稳定性系数,在利用MIDAS软件对滑坡的3种工况进行验算,并将计算结果进行对比分析,得出该滑坡在暴雨工况下处于不稳定状态,存在再次滑动失稳的可能。