不同倾角软-硬组合岩体破裂演化过程分析

为探究软岩倾角对组合岩体破裂演化过程的影响,论文通过对不同软岩倾角组合岩体进行单轴压缩试验,采用数字散斑和声发射方法作为观测手段,探究含不同软岩倾角组合岩体的破裂演化过程,分析组合岩体力学性能随角度的变化规律,得出含不同倾角软硬组合岩体的破裂模式。结果表明：（1）软硬组合岩体破坏是岩体内部发生损伤,在软岩周围开始出现裂纹,并沿着软岩层及周围扩展、贯通破裂的动态演化过程。（2）组合岩体的变形破坏过程仍表现为原始裂隙压密、弹性变形、塑性变形及破坏四个阶段。（3）随着软岩倾角的增大,岩体的压密阶段逐渐增大,弹性模量逐渐减小,抗压强度越来越小;当软岩倾角θ=0°、15°时,岩体破裂表现为软硬组合岩体组合破裂;当软岩倾角θ=30°、45°时,岩体破裂主要发生在软岩区域,岩体的破坏形式由贯穿软岩层剪切破坏转变为沿软岩层滑移剪切破坏。可见软岩层倾角越大,岩体越容易发生失稳破坏。论文可为含软硬组合岩体工程的长期稳定性分析及复杂层状组合岩体的力学行为研究提供参考。     

拉张盆地不同埋深复合地层中隧道围岩变形破坏数值模拟研究

不同埋深的软硬岩层叠置复合地层变形破坏形式复杂而使得软岩大变形和硬岩岩爆位置相关关系不够明确。在拉张盆地中自重应力为主,侧压系数一般较小且多数在1.0以内。本文以在水平和铅垂叠置复合地层中TBM开挖圆形断面隧道为例,采用有限差分程序FLAC3D对拉张盆地中不同埋深、不同叠置型式复合地层中TBM开挖后的三维弹塑性位移变形、主应力和塑性破坏分布变化特征展开数值模拟研究。模拟结果表明,围岩变形主要发生在软岩层地层中,埋深超过800 m后沿隧道轴向软岩大变形藕节状分段开始显现;随埋深增加,硬岩稳定性变差,顶拱位移增加尤其明显;随埋深增加,软岩和硬岩地层之间主应力差异变小,硬岩中储能明显;埋深越大塑性区分布范围越大;埋深较小时岩层以拉张破坏为主,埋深较大时以剪切破坏为主,两种状态的转换埋深(临界深度)约为800 m。由此对拉张盆地中深埋界限值给予了理论验证。     

大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟

随着边坡地质结构、地层岩性和诱发因素的不同,反倾岩体的主控变形破坏模式都会发生改变。金沙江龙蟠边坡岩体主要为反倾向千板岩和砂岩互层状结构,坡脚河床深厚覆盖层构成了边坡的软弱支座。本文运用离散单元法模拟了大型反倾库岸岩体在漫长的地质历史时期中的变形演化过程,并基于反倾岩体变形的时效性观点,引入强度折减法分析边坡在不同阶段的剪切屈服区扩展情况及相应的稳定性状态。结论表明龙蟠边坡变形岩体是重力弯曲蠕变为主导的成因机制,并归纳提出了软基效应和互层效应共同作用下的大规模反倾岩体的累进性剪切破坏模式,俗称龙蟠模式。     

深部复合地层TBM开挖扰动模型试验研究

针对全断面隧道掘进机（TBM）开挖过程掌子面岩体软硬交替变化的特点,以兰州水源地建设工程为背景,采用模型试验与数值模拟方法研究了复合地层TBM开挖过程隧洞围岩的动态响应规律。通过开展相似配比试验配制了不同围岩强度比的复合地层岩体相似材料,运用光纤光栅技术全程捕捉了隧洞开挖过程复合地层应变演化规律,并分析了隧洞围岩的宏观破裂形态。模型试验结果表明：TBM推进过程中复合地层应变变化规律体现了掌子面推进的空间效应,软岩部分应变要大于硬岩部分应变,且随着开挖步数的增加两种岩层应变差值越大;隧洞内岩体完全挖除后,围岩宏观破裂形态表明因复合地层岩体物理力学性质的差异,上覆软岩变形破坏较为严重,破裂和变形较为显著,在软、硬岩层交界面出现“变形不协调”现象。选取工程沿线某洞段的地质力学参数,基于破坏接近度（FAI）指标评价了隧洞开挖过程中复合地层围岩的稳定性,数值结果表明：开挖过程软岩中FAI变化较为明显,塑性区和破坏区分布范围更广,而下部硬岩受开挖扰动影响较小,只有拱底小范围岩体进入破坏状态。模型试验和数值结果均说明交替变化的掌子面岩体在开挖过程中其围岩在变形破坏等规律方面存在明显差异,因此,TBM在复合地层施工可采取重点部位监测预警、提前采取相应措施等手段,减少或避免卡机事故的发生。该研究成果对于指导复合地层TBM施工具有一定的借鉴和指导意义。     

层状盐岩体的三维Cosserat介质扩展本构模

考虑到深部地下岩土工程一般是较复杂的三维问题,在层状盐岩体二维Cosserat介质扩展本构模型基础上,针对不同岩层交替而成的互层盐岩体,建立了宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展本构模型,并给出了模型的初步试验验证。该模型既能分析硬（软）夹层对层状盐岩体刚度的强化（弱化）作用,又能考虑由于夹层的存在而导致的层状盐岩构造体宏观意义下力学特性的各向异性,为层状盐岩体及其他层状介质变形和破损分析提供了一种新的思路和方法。该模型可直接推广到非线性问题。结合数值分析软件可进行层状介质体内复杂洞室稳定性分析。     

单轴压应力下砂岩岩块的变形和破坏研究

一、研究的目的和内容重视宏观的和微观的地质因素的岩体力学试验研究,有助于较真实地解释和确定岩块和岩体的变形、破坏的机理和力学的宏观现象,可以为选择和建立它们的破坏准则和强度理论,进行地壳岩体和工程岩体的稳定性分析评价等提供有用资料. 岩体是由宏观的结构面和结构体所构成,是地质体的一部分.岩体中包含着岩块.岩块和岩体的建造和改造决定了它们的物质组成和结构构造.     

恒山变质岩区晚太古宙地质事件序列及其地壳演化意义

详细的构造－岩性填图研究表明，恒山变质区存在五台群的基底杂财，该区晚太古代－早元古宙经历了表壳岩形成－沉成岩体侵位事件，并且涉及多期构造变形（褶皱、剪切作用）较变质，其中，大规模近水平剪切变形造成基底杂岩的不同单位构造叠置和重熔。地质事件序列记录了恒山地区早前寒武纪陆壳生长、分异的克拉通化过程及大陆裂谷作用。     

拱坝联合坝肩岩体三维计算模型构建

坝址区复杂的地质条件与岩体力学环境变化,直接影响坝肩岩体抗滑稳定及拱坝的安全。我国西南乌东德超高拱坝坝址区工程地质条件极为复杂。坝体载荷后,区域内地层岩性、断层构造、岩溶系统、拱座内不连续裂隙等自然地质条件,成为影响坝肩岩体稳定性的主要因素。基于可研阶段地质勘探数据、二维地质剖面和工程设计数据,采用面向对象技术、多种软件协同作业,建立自然地质条件和工程对象的几何模型。构建适用于地应力反演分析,坝体载荷、工程开挖等因素影响下坝肩稳定性分析的三维精细有限元计算模型。该三维模型最大程度地模拟了工程岩体复杂结构,为高拱坝坝肩岩体稳定性综合分析提供良好的基础。计算结果表明:河谷两侧近地表地应力带及河床深部地应力区应力水平与实际量测值接近。坝肩槽开挖完成后,右岸拱肩槽800 m高程附近位移值最大达到12.9 mm。两岸9个可能滑动楔块在不同荷载组合条件下有一定差异,整体上左岸坝肩稳定性强于右岸。组合地震荷载作用下,所有楔块安全系数均大幅下降,但仍具有一定的安全裕度。     

滇中红层工程地质特性研究

介绍滇中红层形成的地质历史背景,红层分布范围,主要地层岩性及区内地质构造。重点讨论滇中红层特别是红层软岩的岩体原生结构,及后期受构造改造的岩体结构特性,岩体风化特性,岩体水理作用特性,岩体物理力学性质等四方面的工程地质特性。     

扬子板块西北缘碧口地块变形变质作用序列——松潘—甘孜造山带伸展垮塌事件的意义

碧口地块位于秦岭—大别、松潘—甘孜造山带与扬子板块的交汇部位。根据碧口地区各套地层构造变形样式的不同,将地层自下而上划分为三个构造地层单元:①新元古界基底杂岩,主要由新元古界碧口群火山岩系和横丹群浊积岩系组成,杂岩体核部变形较弱,边部发育韧性剪切变形,并以一条由超糜棱岩带组成的基底拆离断层为顶界,与上覆地层分隔。基底杂岩经历了蓝片岩相到硬柱石-钠长石-绿泥石相的变质作用。②古生界中间韧性流变层,由志留系—泥盆系的糜棱岩或千糜岩组成,岩层中发育多期构造面理(S1、S2、S3)和典型的固态流变构造,变质程度普遍达中绿片岩相。③中生界沉积盖层,包括碧口地块以北的三叠系关家沟组和小面积出露的侏罗系—白垩系,以脆性破碎带和小型脆性断层构造为主。拆离断层与各套构造地层中的韧性剪切和流变构造一同反映了区域性上盘向SSE剪切的几何学和运动学特征,证实了碧口地区中生代206~154Ma伸展垮塌事件的存在,从而建立了碧口地块的隆升模式。研究结果表明,松潘—甘孜在中生代造山作用后的区域伸展作用下形成了拆离断层和中地壳韧性流变层,造成了地层缺失和地壳减薄,基底杂岩在造山带的腹陆隆升并露出地表。     

滇西勐海西定地区南段组褶叠层构造及其研究意义

滇西勐海西定地区,在大地构造上位于西南“三江”造山带南段昌宁-孟连结合带东侧的双江-澜沧俯冲增生杂岩带内。该区分布有一套晚古生代的浅变质碎屑岩系--南段组(DCn)。该套地层既显示层型面状构造型式,又发育有顺层片理、顺层掩卧褶皱、粘滞型石香肠及顺层韧性剪切带等构造形迹,具明显的分层剪切变形、横向构造置换和顺层固态流变特点,构成较典型的褶叠层构造。本文对其构造变形特征进行了系统分析与总结,结合区域构造背景研究成果认为,南段组褶叠层构造总体形成于昌宁-孟连古特提斯洋闭合后同碰撞造山收缩挤压背景下的伸展剪切机制。同时指出,南段组是经过构造改造重建而形成的构造地层单元,应称其为南段岩组;现今露头剖面所见南段岩组岩性组合及厚度只代表改造后构造地层的岩性组合特征及褶叠层的露头厚度,不能完全代表南段组原沉积地层的韵律组合及沉积地层厚度;应按构造地层单位进行划分、填图和研究。褶叠层构造作为浅变质岩区一种普遍的构造型式,是对岩石变形组合特征的客观认识,其构造型式、形成机制、形成层次以及形成时间的研究对分析造山带构造演化过程和深化大陆动力学机制的认识具有科学意义。     

河南省嵩山区五佛山群内的砂岩岩墙及构造解释

河南省嵩山地区中—新元古代五佛山群沉积岩中发育几百条砂岩岩墙、砂岩岩脉和砂岩岩床 ,形成一个壮观的砂岩岩墙群。它们的地质关系、几何学、组成和结构特征显示 ,其母源层是骆驼畔组含砾中粗粒砂岩及中细粒砂岩 ,主要是在五佛山群重力滑动构造发育过程中 ,准稳定的骆驼畔组砂岩经液化及流体化 ,由上向下注入到下伏的葡峪组页岩等岩层内断层、裂隙和节理中形成的。砂岩岩墙群的发育证明 ,五佛山群区域变形时 ,其整个地层序列的岩石虽已具有一定强度 ,可形成较规律性的重力滑动构造几何学和运动学图像 ,但是 ,总体尚未完全固结成岩。因此 ,五佛山群复杂的阿尔卑斯型构造属于软沉积变形 ,在中朝克拉通尺度上 ,乃是地壳局部力学不稳定性的结果     

内蒙古大青山地区孔兹岩系的地层结构

内蒙古大青山地区普遍发育由孔兹岩系、黑云角闪片麻岩系、麻粒岩系和侵位其中的变质深成岩构成的高级变质杂岩。由于多期强烈的变形变质作用，区内孔慈岩系的地层结构十分复杂。近几年的1：5万区调研究查明，孔慈岩系是以构造不整合覆盖在麻粒岩系之上的一套高级变质地层，主要由榴云片麻岩岩组、透辉片麻岩岩组、大理岩岩组组成。它们均遭受了早期下地壳麻粒岩相环境的近水平顺层韧性剪切变形和后期高角闪岩相条件的近南北和近东西向构造变形，分别导致孔慈岩系变质地层的“岩层缺失、隔层相触”、“犬牙交错、搀杂产出”特征，对这些变质地层早期结构的恢复发现，区内孔慈岩系各岩组之间均以近水平剪切界面接触，表现为由近水平剪切界面所围限的透镜状地层岩片堆垛而成的地层结构。     

桐柏地区古元古代桐柏杂岩系的岩石特征

前人认为桐柏杂岩系是一套强混合岩化或酸性片麻岩地层,划归为太古界桐柏山群。通过对其地质特征、岩石类型及岩性特征的分析,结合该套岩石的矿物成分、组构特征认为其原岩应属花岗岩类,整个岩体是由不同时代、不同类型花岗岩类组成的一个杂岩体。岩体内构造复杂,岩石普遍遭受了不同期次的韧性变形和碎裂岩化,并被改造为眼球状花岗质变晶糜棱岩或糜棱岩化片麻状花岗岩-花岗质变晶糜棱岩。     

英国岩体结构概率模型研究现状

目前岩石力学研究有三个方向,一是以研究地壳地质构造变形、断裂和发震机制为目标的构造岩石力学;二是以研究钻探、掘进破岩机制为目标的破碎岩石力学,三是以研究工程岩体稳定为目标的工程岩石力学方向.工程岩石力学经过几十年的发展,目前已经由岩块力学阶段进入到岩体力学阶段.工程岩体力学的研究对象是地壳表层岩体.岩体是长期地质作用过程中形成的,由岩块和不连续面网络组成的,具有天然初始应力的地质结构体.把岩体作为一种力学材料(或力学介质)研究时,其力学习性和渗透特征主要受不连续面网络控制.因此研究岩体中不连续面网络分     

利用测井曲线进行煤、岩层追综对比的方法及应用

在煤田地质勘探中,通过岩、煤层综合对比可以研究地质构造、了解沉积关系、掌握岩层厚度及结构变化等信息。利用测井曲线进行煤、岩层综合对比,应首先了解勘查区的地质资料,在此基础上制作地层信息与测井响应相对应的标准地质-地球物理测井柱状剖面图。并以勘查实例,介绍了测井曲线进行岩、煤层综合对比的方法、步骤及注意事项等。     

基于断距-层厚特征统计的反倾边坡S型破坏演化数值模拟

三峡库区巫峡龚家坊至独龙一带存在大量反倾不稳定边坡,多具有薄厚互层和软硬相间的岩体结构,边坡高度普遍在500 m以上。现场调查表明独龙7#边坡(D7)具有明显的“S”型柔性变形现象。为探明反倾边坡“S”型变形破坏机制,以独龙段反倾边坡为依托,从边坡的岩体结构调查、破坏模式概化、监测资料分析、变形破坏模拟等角度对软硬互层反倾高边坡的破坏机制进行研究。通过现场调查与无人机倾斜摄影,建立了边坡的三维模型,进而提取航拍数据,获得了岩层厚度、断距等的统计规律;基于断距-层厚统计规律,通过离散元软件UDEC对库水软化作用下D7边坡“S”型变形机理进行了模拟分析。研究表明:(1)独龙段边坡普遍具有陡倾内逆向层状结构,发育3组结构面,岩体被切割成块;(2)根据软岩占比,可将独龙段边坡分为2类:A类边坡软岩层占约20%,断距/层厚值分布于0.7~2.8区间,并集中于1.2~1.8;B类边坡软岩层占比约10%,断距/层厚值分布于0.5~3.3区间,并集中于0.6~1.5;A类边坡岩体长细比更大;(3)长期监测表明,边坡在库水位低值时位移量大,D7边坡位移持续增大,潜在整体失稳;(4)离散元模拟表明,边坡破裂面自坡脚延伸,中部硬岩区起到支撑并抑制上部变形的作用,边坡硬岩区与软岩区的差异变形以及变形体不同部位惯性的差异是导致岩层“S”型变形的主因,最终分别过“S”形岩层两个反弯点形成两条剪切带,形成自下而上的柔性弯曲-滑移型破坏。(5)断距-层厚比(S/T)可影响边坡破坏模式,比值越大,反折变形区与坡脚垮塌区越小,当S/T≥2时,S型变形不再发育。     

沿隧洞轴线不同排列方式的复合地层变形破坏数值模拟研究

软硬岩层以不同排列方式组成复合地层,在隧洞工程开挖扰动作用下,软岩大变形和硬岩岩爆交替出现,使得对应力集中和大变形部位相间分布的现象开展研究变得很有意义。采用Flac3D有限差分数值模拟方法,对沿隧洞轴线4种不同排列方式的复合地层变形破坏开展研究。研究内容为自重作用下4种不同排列方式下围岩位移、主应力和塑性区分布。结果表明,远离软硬岩交界面,软岩变形量增大,硬岩主应力值大。不考虑软硬岩两者接触面强度情况下,软岩塑性区范围显著大于硬岩,在接触面呈一定范围内的渐变过渡,而不是界限面上发生突变,说明软硬岩之间有相互作用影响。软岩大变形和岩爆并不是发生在两者界面上,而是在软岩和硬岩内一定距离上发生。在不考虑软硬岩界面力学参数影响情况下,位移呈较均匀对称的正态分布曲线形态。     

岩体结构对含煤岩系变形的控制作用

含煤岩系变形规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,提出取决于岩石杨氏模量和泊松比的岩体强度因子和取决于岩层厚度的分形维数两个参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,构造煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。统计层段内刚性岩层的存在增加了岩体强度,岩层复杂程度的增加同样提高了岩体强度。岩体力学和分形几何学的引入,为煤岩体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。     

湖南慈利溪口震旦系陡山沱组震积岩的发现及其地质意义

湘西慈利溪口地区震旦系陡山沱组地层中首次发现碳酸盐岩原地震积岩。笔者通过剖面实测,详细观察和描述,结合构造背景,识别出阶梯状层内断层、液化碳酸盐岩脉、液化角砾岩、负荷构造以及微褶纹理等典型的震积软沉积变形构造的地质记录;震积序列在剖面结构上显示自下而上由下伏未震动层-阶梯状层内断层-微褶皱层-液化碳酸盐岩层-液化角砾岩层-上覆未震动层的渐变过程及震积作用逐渐衰减的趋势。震积岩发育的层位在时空上显示良好的可对比性,反映陡山沱期晚期构造活动强烈,并具备多旋回、多周期的特点。构造的活跃加速了有机碳库的氧化,为该时期多细胞生物的繁盛和大规模的成磷成矿作用奠定了基础;同时保存完好的震积地层记录对推断研究区的古沉积环境也具有重要意义。