不同含水率软弱结构面剪切蠕变试验及模型研究

软弱结构面的蠕变特性是岩体重要力学特性之一,其蠕变特性常控制着岩体的蠕变变形和长期强度。软弱结构面中充填物的含水率是影响其蠕变特性的重要因素之一,通过开展不同含水率砂岩软弱结构面剪切蠕变试验,得到了具不同含水率的砂岩软弱结构面剪切蠕变试验曲线。基于得到的剪切蠕变试验曲线,分析了含水率对软弱结构面剪切蠕变特性及长期抗剪强度的影响规律。最后通过模型辨识,采用改进的粘弹塑性模型来描述考虑含水率变化的砂岩软弱结构面蠕变特性。     

起伏结构面内软弱夹层厚度的力学效应

结构面内充填物厚度对结构面抗剪强度的影响是结构面力学性质的重要问题之一。对此,国内外都有研究,早在1955年上犹江电站坝基岩体力学原位试验对这个问题就曾进行过探讨,R.E.Goodman(1969年)用云母粉、R.D.Lama(1978年)用高岭土也曾对这个问题进行过模拟研究。根据一个工程岩体力学试验的需要,我们在1978年利用中型剪、采用原岩结构面充填软弱物质的办法,对这个问题也进行了一组试验研究。     

重复剪切作用下泥质充填结构面剪切力学特性试验研究

结构面的力学特性直接关系工程岩体的变形稳定,而充填物对结构面的力学特性存在较大的影响.为了准确地量化充填前后结构面剪切性能的变化,以三峡库区典型库岸边坡节理岩体为研究对象,采用劈裂法制备了人工节理,按照充填度100％进行考虑,设计进行了充填前、后结构面的重复剪切试验.结果表明:(1)基于重复剪切过程中结构面抗剪性能劣化...     

基于结构面性状对岩体力学性质响应的模拟研究

为研究结构面性状对锦屏大奔流料场边坡岩体性质的影响,在对该边坡砂岩进行室内三轴压缩试验的基础上,开展含4组不同结构面性状岩体的力学模拟测试,最后对该边坡岩体的开挖进行数值模拟。试验结果表明,岩样破坏过程可以分为4个典型的阶段: 弹性变形阶段,屈服阶段,残余强度阶段及塑性流动阶段。随着围压的增大,岩石破坏所需偏应力逐渐增大,且岩石逐渐表现出延性特征。结构面性状模拟结果表明,含软弱充填结构面比不含者对岩体力学性质影响(弱化)大,有倾角结构面比无倾角结构面对岩体性质影响较大,大倾角结构面总体上比小倾角的影响大,软弱充填厚度对岩体内摩擦角影响较大。实例模拟结果表明,开挖卸荷使得边坡后缘岩体产生卸荷回弹变形,产生X向拉伸位移,煌斑岩脉的存在使得塑性区域沿此软弱带发展,开挖第8步时,塑性区贯通,边坡发生失稳。研究结果对陡高边坡岩体开挖的稳定性评价具有一定指导意义。     

改进的进化遗传算法在软弱结构面力学参数选取中的应用

对进化遗传算法进行了改进，提出了新的交叉算子和变异算子，使得改进后的算法具有更好的全局收敛能力，加快了网络的学习速度，提高了预测精度。利用野外对结构面的地质描述和室内试验获得的软弱层带的物理性质，将该算法应用于溪落渡水电站坝区软弱结构面力学参数的获取，将9个试验点的预测值与实测值比较，误差小于4．6％，表明具有较强的可信度，是软弱结构面力学性质预测的一种新方法。     

花岗岩结构面的镜下鉴定

结构面力学性质的鉴定,是研究地质构造不可缺少的步骤,也是建立构造体系的基础。结构面力学性质的野外研究是主要的,显微镜下结构面的鉴定是野外工作的继续。结构面的显微镜下鉴定比较繁杂。它包括构造岩鉴定、应力矿物研究和岩组分析。本文只将在粤北某些燕山期花岗岩结构面的镜下鉴定特征介绍如下:     

考虑软弱夹层厚度的岩体力学响应及破坏特征研究

作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样,探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明：软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变,随着厚度的增大,软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大,软弱夹层压缩变形逐渐减小;复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏,且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小,而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂;不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处,软弱夹层下方围岩则基本保持稳定;在应力分布方面,软弱夹层厚度越大,最大压应力越向深部软弱夹层处转移,而拉应力区分布范围越小,但拉应力区深度越大。     

三峡库区侏罗系不同类型结构面抗剪强度对比

三峡库区侏罗系是典型的软硬相间地层,其软弱层具有亲水性强、透水性弱等特殊的工程地质特性,是库区常见的易滑地层。选取三峡库区秭归县马家沟滑坡所处地层岩体结构面为研究对象,采用室内岩体结构面直剪试验,对4种不同类型结构面的力学特性进行了研究。通过对试验数据的统计分析,绘制了各种结构面的剪应力–正应力关系曲线图及剪应力–剪切位移关系曲线图,从而获得了形成于同一地层中的4种不同结构面的抗剪强度参数,并对其剪切特性进行对比分析与研究。以结构面直剪试验结果为依据,初步分析了该地区某一典型边坡的稳定性及潜在滑动层面,为后期边坡的稳定性评价提供可靠性基础参数。      

软弱结构面粒度成分与抗剪强度参数的关系探讨

软弱结构面一直是水电工程建设中的一个重要工程地质问题, 选取合理的力学参数对大坝建基面的选取及未来坝基抗滑稳定性具有重大意义。本文在大量试验资料基础上, 研究了沉积岩地区某重力坝电站坝址区软弱夹层粒度成分和抗剪强度参数之间的相关关系, 建立了不同稠度状态下的相关方程。并结合《混凝土重力坝设计规范》中提出的用粒度成分定量指标选取软弱结构面抗剪强度参数, 对软弱结构面抗剪强度参数取值问题进行了探讨。     

钻孔图像中岩石结构面三维形貌特征及优势抗滑方向研究

岩石结构面形貌特征及其力学性质一直是国内外岩石力学及工程地质领域的重要科学问题。用钻孔图像准确地记录钻孔孔壁信息和原位岩体结构面形貌特征,提出一种钻孔图像结构面轮廓线分析提取方法,开展岩石结构面三维形貌特征及其力学性质的研究。针对钻孔图像中岩石结构面轮廓线的独特性,经过轮廓线信息提取、坐标转换、环状信息分析和采样方式处理等步骤,准确地还原孔内原位岩石结构面形貌特征,再利用各段轮廓线的分形维数描述岩石结构面的粗糙度和各向异性特征,判定岩石结构面的优势抗滑方向和对评估结构面的抗剪强度进行补充说明。结果表明,在钻孔图像中通过分析变换后的结构面轮廓线,能够很好地反映出孔内岩石结构面的三维形貌特征,可以用来解决实际工程应用中岩石结构面优势抗滑方向的判定问题和结构面抗剪强度的估算问题。     

高放废物深地质处置缓冲/回填材料研究进展

综述了高放废物深地质处置库缓冲／回填材料的作用和性能要求。介绍了缓冲／回填材料在透水性、热性质、膨胀性等方面已取得了的成果和新进展。最后简述了缓冲／回填材料研究的发展趋势。     

Compression Creep Characteristics and Creep Model Establishment of Gangue

How to describe the compression creep behavior of gangue is very essential for the design of gangue backfilling mining. In this paper, compression tests of two kinds of gangue are studied, finding that logarithmic function is suitable for describing its equal-time stress–strain relationship. Stress–strain–time relationship is proposed through modifying the Singh–Mitchell creep model based on the analysis of the test result, and this model can provide a design basis for gangue backfilling technology. Back analysis indicates that this model can basically describe the creep behavior of gangue with a few parameters that are easy to be determined. This research can provide a reference on the design of gangue backfilling mining, and on the subsidence value estimation.     

Experimental study of the movement of backfilling gangues for goaf in steeply inclined coal seams

For the coal mining with flexible shield supports which is used widely in the exploitation of steeply inclined coal seams, a method with which to backfill enough gangues efficiently in goaf is the key to meet the control requirements for the roof. In order to research the movement of gangues in goaf and the factors influencing backfilling effects, an experimental device for the movement of gangues for backfilling the goaf in steeply inclined coal seams was designed. The movement trajectory of gangues was monitored and was divided into three stages. Gangue movement characteristic under different engineering condition was studied, which showed that the backfilling rate of gangues in the goaf of steeply inclined coal seams is positively correlated to the dip angle of the coal seam and the mining thickness, while being negatively correlated to the grain size of the gangues and the deformation of the roof.     

深部采空区尾砂胶结充填体强度特性试验研究

采空区充填体可以改善围岩应力状态、限制围岩移动的规模,维护空区的稳定性和地表的生态环境。根据充填体作用的机理,利用正交试验研究影响尾砂充填体强度的因素,优选出符合工程需要的尾砂胶结充填体材料配比,分析了该配比下的充填体强度特性。结果表明,充填体可以有效地限制该矿区的地压活动,对于资源的二次利用和环境保护也有较大意义。     

沙石颗粒群沉降实验研究

在立井回填过程中,出现了回填高度不稳定、悬吊管受力变化幅度大等异常现象。分析认为：沙石回填沉降行为是影响回填高度不稳定、悬吊管受力变化幅度大的主要因素。利用模拟井筒进行沙石颗粒群沉降实验表明,细颗粒的存在,使井筒中出现明显软夹层,该层强度相对较低、含液量高,一般悬浮在井筒中,是影响回填高度不稳定的主要原因。     

An experimental investigation into the compaction characteristic of granulated gangue backfilling materials modified with binders

Solid backfill mining has apparent technical advantages in extracting coal resource under sensitive surface structures such as buildings and roads; meanwhile, as an effective method of disposing mining wastes, it works well in solving some environmental problems caused by mining activities. In addition, the controlling effect of solid backfill mining is directly related to the compaction characteristic of backfilling materials. The present study aims to modify the backfilling materials by assessing the effect of binders (cement, fly ash, and lime) on the compaction characteristic of granulated gangue backfilling materials. The compaction test was performed with rock mechanic test system equipped with a self-made circular cylinder apparatus. From the results obtained, cement is not the suitable binder for modifying the gangues backfilling materials, while fly ash or lime, when the dosage is up to 20 wt%, is beneficial to the compaction characteristic of backfilling materials. The relationship between strain behavior and micro-structure of backfilling materials was investigated by SEM and the effect of fly ash or lime on the strain behavior of backfilling materials could be associated with its cementation and gap-filling effect.     

急倾斜煤层工作面下端头区巷旁充填技术研究

采用理论分析与实践、实测相结合的方法,对急倾斜煤层工作面下端头区沿空留巷技术理论及系统工艺问题进行探讨,弄清了充填体受力的影响因素,提出了急倾斜煤层巷旁充填工艺系统。研究表明,急倾斜煤层巷旁充填体承载受采空区矸石有效充填长度、煤层赋存倾角、充填体筑设宽度以及煤岩赋存厚度的影响,受顶底板锚索安设的影响较小;单轴压缩条件下矸石碎块的承载变形规律呈阶段特征,且每一阶段内的应力-应变近似呈线性关系;充填体的承载与变形随着距离工作面位置的不同具有阶段特征,距离工作面煤壁越远,充填体承载变形率越小;以七台河新强煤矿生产实际为背景,现场实践证明,急倾斜煤层矸石混凝土充填工艺系统实施方便、操作简单,沿空留巷整体效果较为明显。     

考虑分层特性的尾砂胶结充填体强度折减试验研究

充填体分层现象在分段或阶段嗣后填充采空区过程中较为常见。设置65%、70%、72%和75% 4个浓度,填充次数为1、2、3和4制作不同分层胶结充填体试件,进行单轴压缩试验探究其力学强度及其破坏模式。试验结果表明：（1）相同浓度条件下,随着填充次数增多,胶结充填体的单轴抗压强度弱化效应越明显,而当浓度在65%～75%之间变化时,对应强度折减系数介于0.592～0.967;（2）充填体单轴抗压强度与填充次数之间满足二次多项式函数关系,而与料浆浓度呈对数函数分布;（3）不同分层胶结充填体的破坏模式主要表现为共轭剪切破坏和贯穿分层面的张拉破坏。低强度夹层可能是导致分层胶结充填体强度降低的原因,能够为后期填充采空区的充填体强度设计提供可靠的理论依据。     

缓冲／回填材料——砂-膨润土混合物研究进展

砂-膨润土混合物已被很多核能国家选为核废物地质处置库中理想的缓冲/回填材料。膨润土中加入砂可提高热传导系数和强度,维持适当的膨胀力,使其工程上易于处理并节省成本;但同时会导致其阻水能力和自愈性减弱。研究表明,影响砂-膨润土混合物以上各性质的主要因素为：砂/膨润土配合比、初始含水量、干密度等,它们综合决定着砂/膨润土最优配合比的选取。石英砂对混合物的渗透性、热传导性、强度等的影响,最优配合比选取,以及非饱和状态下吸力变化对混合物渗透性的影响等,应该是今后一段时间内砂-膨润土混合物研究的重点。     

Geotechnical characterization of fly ash composites for backfilling mine voids

Backfilling of mine voids is mandatory to avoid subsequent ground stability problems in the form of subsidence. River sand and mill tailings have been widely used since a long time as backfilling materials. However, with a strict regulation banning river sand mining in India, research for developing alternative engineering materials substituting sand has gained importance. In the present study four fly ash composite materials (FCMs) was developed from the fly ash obtained from a captive thermal unit of Rourkela Steel Plant (RSP). The main constituent of the composite were fly ash, lime and gypsum. Detailed physical, and engineering properties were determined for the FCMs. Significant increases in the compressive strength were obtained after 56 days of curing time. A detailed SEM studies was undertaken to account for the increase in strength with time. The fly ash composite developed from RSP has potential to be used as substitute to sand for backfilling the mine voids.