隧道岩石耐磨性与岩石物力学指标相关性研究

TBM刀具磨损程度直接关系到TBM应用的经济效益和掘进的效率,而岩石的耐磨性是影响刀具磨损程度的主要因素.岩石耐磨性与岩石的物理力学指标以及岩石本身性质有着密切的联系.本文通过试验和数理统计方法对岩石耐磨性与岩石物理力学性指标的相关性进行研究,在隧道洞室内采集岩石耐磨试验样品和岩石常规物理力学试验样品,分别进行了岩石耐磨试验和岩石力学室内试验,在计算分析试验数据的基础上,建立了岩石耐磨性与岩石物理力学性指标之间的数学关系模型,总结并解释了两者之间的相关关系.     

隧道岩石耐磨性与岩石物理力学指标相关性研究

TBM刀具磨损程度直接关系到TBM应用的经济效益和掘进的效率,而岩石的耐磨性是影响刀具磨损程度的主要因素。岩石耐磨性与岩石的物理力学指标以及岩石本身性质有着密切的联系。本文通过试验和数理统计方法对岩石耐磨性与岩石物理力学性指标的相关性进行研究,在隧道洞室内采集岩石耐磨试验样品和岩石常规物理力学试验样品,分别进行了岩石耐磨试验和岩石力学室内试验,在计算分析试验数据的基础上,建立了岩石耐磨性与岩石物理力学性指标之间的数学关系模型,总结并解释了两者之间的相关关系。     

重金属污染物侵入对岩石力学性能影响的研究

通过抗剪强度试验、风化耐久性强度试验、耐崩解试验、点荷载试验,对受重金属污染的泥岩、页岩、砂岩的力学强度变化特性进行了研究,并根据试验结果绘制了3种岩石抗压强度与重金属含量的关系曲线,采用线性回归法分析了岩石抗压强度与重金属质量比的相关关系。研究结果表明:在岩性、含水量、试验条件等相同的条件下, 3种重金属污染岩石的力学强度都随着重金属污染物含量的增加而减小; 重金属污染的泥岩、砂岩和页岩的单轴抗压强度与重金属质量比关系分别呈幂函数(泥岩、砂岩)、对数函数(页岩)关系,关系分化度为较显著-显著负相关。根据Weibull分布定律与对流-扩散特性建立了重金属污染物侵入与延伸性能方程,并对泥岩试验结果进行了计算,绘制了侵入性能、延伸性能与时间的关系曲线。结果表明: 4种金属元素在泥岩中平均侵入性能与延伸性能的大小顺序为Cd2+ Pb2+ Cu2+ Zn2+,且元素活性越大,侵入能力与延伸能力越强,侵入性能随着时间变化而逐渐减小,延伸性能随时间变化而逐渐增加。     

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体（如花岗岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体（如沉积岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差     

南京长江二桥南汊桥塔基主要工程地质问题与力学参数的确定

南京长江二桥南汊桥塔基主要工程地质问题是岩石的强度问题. 由于塔基岩石为胶结差的砾岩与砂砾岩, 且结构和颗粒不均匀, 勘探中取样极为困难, 加之岩石常规试验的不适宜性, 使得岩石力学强度问题复杂化. 为此勘察期间对塔基岩石工程地质特性进行了较全面的研究, 并结合类似岩石的原位试验对比分析, 确定了符合本大桥的力学参数建议值, 为桩基的优化设计提供了可靠依据.      

岩石力学试验及工程应用

岩石力学试验研究应做到理论与实际的统一,并应用于工程的效果。本文在国内外成果研究的基础上,根据我所历年来的试验资料和笔者近年来工作经验,对岩石力学试验与地质体特点进行探讨。文中阐述岩石抗压强度(Cc)破坏机理与基础允许承载力[R]的经验力学模式,岩体抗剪断(f)与(c)值的比配关系图式,以及不同类别岩体弹性模量(E)与弱结构面内夹的物质厚度(h)的关系曲线。     

峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性

微震、工程爆破等低应力循环剪切荷载作用对节理岩体工程失稳破坏具有重要影响。为研究峰前循环剪切加卸载作用下岩石节理剪切力学特性,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工劈裂黄砂岩节理进行了峰前循环剪切下的直剪试验。通过与未进行峰前循环剪切加卸载时岩石节理力学参数预测值对比,得到峰前循环剪切加卸载作用对峰前剪切刚度、峰值剪切强度、峰值剪切位移与残余剪切强度的影响。结果表明：（1）峰前循环剪切加卸载后,当法向应力为2 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度增大,当法向应力为4～10 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度在循环剪切应力幅值范围内增大,在超出循环剪切应力幅值时减小;（2）峰前循环剪切加卸载后,峰值剪切强度降低了10%～20%,降低百分比随法向应力增大整体呈对数函数增大;峰值剪切位移增加了2%～40%,增加百分比随法向应力增大整体呈对数函数减小;（3）峰前循环剪切加卸载后,岩石节理残余剪切强度无明显变化,峰值剪切强度与残余剪切强度差值减小,峰后剪切应力做功损失百分比降低。     

岩石非均质程度对水压致裂地应力测试方法影响的分析与讨论

准确揭示原位地应力状态，对地下工程开挖支护设计和长期稳定性分析等具有十分重要的意义。利用水压致裂技术开展了纱岭金矿主竖井地应力测试工作，获得了20个测段地应力状态；室内进行了主竖井测试孔岩芯的岩石力学试验，包括巴西劈裂试验、单轴压缩试验及声发射监测试验，获得了岩石空间非均质度和强度分布特征，并分析了岩石非均质度与水压致裂测试结果的关系。结果表明：主应力大小随测量深度近似呈线性增大，测试孔的最大水平主应力值为20.78～45.20 MPa，最小水平主应力值为14.94～35.33 MPa，平均最大水平主应力方向为NW65°；测试孔岩芯各层位非均质度不同，变辉长岩非均质度系数为0.1～0.3，且岩石不同强度条件下声发射信号数量变化不显著，岩石离散度较小，花岗岩非均质度系数最高，可达1.0，以加载后期强相破裂产生的声发射信号为主；岩石非均质度影响水压致裂裂纹的扩展方向，扩展方向和最大水平主应力方向的夹角φ影响着最大、最小水平主应力的测量结果，且对最小水平主应力的影响尤为显著。分析水压致裂测量结果与岩石性质之间的关系，对精确探测非均质地层的地应力场分布规律具有一定的指导作用。     

利用声波测井计算岩石的力学参数

介绍了岩石力学参数的测量方法及岩石动、静弹性参数相关关系,最后用实际声波测井资料来分析计划岩石的力学参数。     

红砂岩长期强度特性的试验研究

岩石的流变特性是岩石的重要力学特性之一,其中岩石的长期强度是绝大多数岩土工程所必须引起重视的力学特性,然而就目前研究现状而言,与蠕变特性相比较是极不对称的。由岩石蠕变试验确定岩石的长期强度是现有最常用的方法,具有重要的现实意义。通过对完整红砂岩在CSS－2950岩石双轴流变试验机上进行的单轴压缩蠕变试验,利用过渡蠕变法、等时曲线法探讨了这些方法确定岩石长期强度在理论上的正确性和试验方法的可操作性,同时,将蠕变曲线与应力-应变曲线结合,提出了确定岩石长期强度的新方法,预测了岩石在荷载作用下可能破坏的时间。分析结果表明,将蠕变曲线与应力-应变曲线结合确定岩石长期强度对岩土工程设计具有重要的指导意义     

基于Hoek-Brown准则确定核电工程场地岩体力学参数

岩体与岩石的力学强度之间既有内在联系又存在明显的差异,场地岩石力学指标对于评价场地岩体的力学特性至关重要。以三门核电场地为研究对象,在室内岩石力学试验的基础上,结合野外地质调查,综合考虑岩体结构特征和应力分布状态等因素的影响,引入定量描述岩体结构特征和风化程度的地质强度指标（GSI）,采用Hoek Brown强度准则估计岩体力学参数,同时与岩体地质力学分类法（RMR）计算得到的岩体力学参数进行对比分析。基于GSI的Hoek-Brown法得到的中等风化凝灰质砂岩、微风化凝灰质砂岩和微风化安山玄武岩岩体的c值分别为4.03、6.20、6.10 MPa,φ值分别为31.96°、34.37°和33.87°。基于RMR评分的Hoek-Brown法得到的c值分别为4.42、6.44、7.24 MPa,φ值分别为28.92°、32.43°和34.51°。研究结果表明,采用Hoek-Brown准则确定的核电场地岩体力学强度指标比较合理,得到的岩体力学指标可以作为核电站基础设计的重要依据。     

Estimation of Durability Aspects of Al Masjid Al-Haram Marble,Makkah City,Saudi Arabia

The durability is a measure of the rock’s ability to resist degradation during its working life. Rock durability is greatly related to the mineralogical composition of rocks, rock texture (crystal interlocking, crystal shape and size), and the nature of fluids that are in contact with rock. Marbles have been among the most important building materials since ancient times. The main aim of this study is to evaluate the durability of Al Masjid Al-Haram marble and Ordinary white marble “Carrara” (M₁ and M₂) and develop some correlations among the physical and mechanical properties such as P-wave velocity, slake durability index, dry uniaxial compressive strength (UCS_Dry), abrasion resistance, point load index, impact strength index, Brazilian tensile strength, and Shore hardness. After testing and the evaluation of the test results, strong statistical correlations were found between P-wave velocity and other rock properties. Statistical correlations between the UCS_Dry other tests were also carried out. The coefficients of regressions (R²) range from 0.6177 to 0.997. The study shows that the UCS_Dry values of M1 and M2 have positive relationship with P wave velocities. Concluding remark is that the rocks tested in the study have good durability characteristics and can be reliably used for construction projects. On the other hand, the derived empirical equations can be used for the estimation purposes for similar rock types.     

基于三维扫描和三维雕刻技术的岩石结构面原状重构方法及其力学特性

为了客观重复制作与原岩结构面的岩性、表面形态和力学性质完全一致的试样,集成三维扫描和三维雕刻技术,提出了原岩结构面试样重构新方法。采用该方法制作了具有相同表面形态的大理岩结构面试样,开展了不同法向力下的直剪试验,并采用声发射技术对结构面剪切破坏过程进行了监测。结果表明：重构结构面试样与原始结构面试样具有高度相似性;结构面剪应力-剪切位移曲线可分为两类：剪胀滑移型和剪断跌落型;剪切破坏后结构面可明显地划分为两个区域：剪胀脱开区和剪断磨损区;提出了结构面剪切强度新公式,理论公式与试验结果更接近;结构面剪切过程中剪应力、能量率、计数、撞击率随时间的变化规律具有较好的一致性,声发射定位位置与剪切过程中结构面损伤破坏区域基本吻合。     

霓石正长岩力学特性研究

岩体内存在有许多直接看不到的隐微裂隙,其微小程度有时可达到只切割一个或半切割一个微小矿物颗粒。这些微小裂隙,直接影响着岩体的力学特性。因此,对岩体力学特性研究,不仅要从宏观上做大型岩体力学试验,也应从微观上将两者结合起来综合分析岩体的力学特性,这样将有利于宏观岩体力学性质指标的选择和工程处理措施的方案选择。笔者取霓石正长岩为试样,进行岩体力学试验。本文试图把宏观试验和微观观察结合起来研究岩体的力学特征。     

软弱下卧层上持力岩层的端阻力特征值取值

在分析岩体特征和岩体力学强度的基础上,从基于岩石抗拉强度的冲切破坏模式出发,建立起软弱下卧层上岩体的冲切安全指标和冲切端阻值系数数学模型,再利用岩石的力学性质经验数据,计算出沉积岩的拉压系数、冲切安全指标、端阻值系数,并对各自的特征进行了分析,认为以单轴饱和抗压强度为端阻力特征值取值指标,对于软弱下卧层上抗压强度大、拉...     

Petrophysical behaviour and durability of the Miocene sandstones used in the architectural heritage of Tunisia (Roman aqueduct of Oued Miliane and Uthina Roman site)

In the present work, the relationship between intrinsic factors, mechanical properties and durability of Miocene sandstones used in the architectural heritage of Tunisia, specifically in the Roman aqueduct of Oued Miliane and Uthina site, are studied. The petrographic study and the characterisation of porous network have been carried out using optical microscopy, mercury intrusion porosimetry and laser scanner confocal microscopy (LSCM). The hygric behaviour has also been determined from water absorption under vacuum, drying, capillary water absorption and water vapour permeability. The mechanical properties have been assessed from compressive strength and abrasion tests. Rock durability has been evaluated from salt crystallization (sodium sulphate) accelerated aging tests. The results show good hygric behaviour characterised by a high evaporation rate and almost no retention of water; due to the macroporous character of the rock and the good connectivity of the pore network. Because of the poor lithification, the stone has a very low mechanical strength which makes it very vulnerable to the salt crystallization effects. The absence of chemically unstable minerals preserves the rock from chemical alteration. The durability of the building stone is mainly conditioned by salt loading of the monument.     

The introduction of neural network system and its applications in rock engineering

The neural network system has been developing very fast recently. It has been widely used in many industries such as automation, nuclear power plant, chemical industry, etc. Neural network systems have a great advantage in dealing with problems in which many factors influence the process and result, and the understanding of this process is poor, and there are experimental data or field data. In rock engineering, many problems are of this nature. In this paper, a brief introduction to neural network systems is given. Problems such as what is a neural network, how it works and what kind of advantages it has are discussed. After this, several applications in rock engineering, made by us, are presented. Case 1 is ore boundary delineation. In this case, the rock are divided into three classes, i.e.: (1) waste rock; (2) semi-ore; and (3) ore for mining purposes. The neural network system built can judge whether it is ore, semi-ore or waste rock along the borehole according its corresponding geophysical logging data, such as gamma-ray, gamma-gamma, neutron and resistivity. Case 2 is aggregate quality prediction. In this case, the quality parameters: (1) impact value; (2) abrasion value I; and (3) abrasion value II are predicted by using a neural network system based on density, point load, content of quarts and content of brittle minerals. Case 3 is rock indentation depth prediction. In this case, the rock indentation depth under indentation load is predicted by the established neural network system based on the indentation load on rock, indenter type and rock mechanical properties, such as uniaxial compressive strength, Young's modulus. Poisson's ratio, critical energy release rate and density. In all these cases, the neural network systems have been applied successfully. The testing results are satisfactory and better than the existing techniques.     

层状页岩岩石力学特性及其脆性评价

页岩气储层的岩石力学特性对压裂改造效果影响极大,开展页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气开采中大规模体积压裂提供技术支持。本文对龙马溪组黑色炭质页岩进行单轴压缩试验,得到以下结论:（1）黑色页岩具有明显的层状薄片矿物结构,矿物主要成分为石英和方解石,结构面固有强度较高;（2）由于强结构面的影响,倾斜层理试件具有较高的弹性模量与单轴抗压强度,但是总体积应变量较小;平行或者垂直层理试件的弹性模量与单轴抗压强度较小,总体积应变量反而大;（3）随着层理倾角β的增大,层状页岩单轴压缩试验测得的起裂应力水平指标表现为"中间小两头大"的U型规律,即层理倾角为30°或60°时测量值较小,而0°或90°时较大;（4）岩石脆性是可压裂性的关键因素,层理角度为30°或者60°时,脆性指标较大,页岩的可压裂性更强,脆性指标的变化规律大致呈倒U型。本文的研究对评价页岩的可压裂性、提高压裂改造效果具有重要的现实意义和应用价值。     

基于多尺度直剪试验的岩石模型结构面抗剪强度特征研究

开展岩石模型结构面抗剪强度特征的多尺度（尤其大尺寸）直剪试验研究对于理解岩石结构面力学特性具有重要的理论价值和实践意义。首先,基于多尺度直剪试验仪(MSJ-DST),对20 cm×20 cm、40 cm×40 cm、60 cm×60 cm、80 cm×80 cm和100 cm×100 cm的岩石模型结构面试样采用法向应力分别为200～1 000 kPa进行直接剪切试验;然后,研究不同尺寸岩石模型结构面抗剪强度的特征。结果表明：不同法向荷载作用下模型的受力变形特点相近,峰值剪切位移总体上随着某一数值附近上下浮动;在同一法向应力作用下,不同尺寸结构面试样的峰值抗剪强度表现出在某一数值附近上下浮动的特征,残余抗剪强度则表现出随尺寸的增加有小幅度增加;5级法向应力作用下,不同尺寸的峰值抗剪强度和残余抗剪强度随着法向应力的变化规律均近似相同,抗剪强度残余值与峰值的比值随着法向应力的增大逐渐增大并趋于稳定。     

温度和含水状态对岩石劈裂强度影响的试验研究

岩土类材料的强度强烈依赖于含水率和温度条件.以兰州兰山砂岩为研究对象,分别进行了不同温度（+20℃、-5℃、-10℃）和不同含水率（干燥、天然含水率和饱和状态）条件下岩石的巴西圆盘劈裂试验.试验结果表明,常温下,岩石抗拉强度随含水率增加而急剧减小,试样饱和时软化、崩解,丧失承载能力;在不同负温条件下,天然含水状态的试样抗拉强度最大,干燥状态下最小;在-10~+20℃范围内,干燥岩石强度随温度升高,抗拉强度增大,含水岩石均是随温度升高,抗拉强度减小,但饱和岩石在-5℃时抗拉强度最大.含水率和温度对岩样强度的影响存在临界值,超过临界值,岩样强度随上述因素反向变化.试验结论为岩土类材料劈裂强度的标准化测试及其工程应用提供了重要的基础数据参考.