古建筑风化石质构件力学参数的确定方法

针对目前常规确定岩石力学参数的方法只能得出岩块的整体强度,不能反映古建筑石质构件风化层内力学参数逐渐变化,无法很好地满足石质古建筑稳定性、耐久性研究的不足,提出了综合运用现场穿透波CT测试、表面回弹测试和室内试验确定风化石质构件力学参数的方法。方法的实施主要包括：通过现场穿透波CT测试,获得纵波波速在石质构件深度剖面上的分布;现场选取与欲研究的石质构件类似的岩石做室内力学试验和波速测试,得出力学参数与波速的统计关系;上述两者结合得出力学参数在石质构件深度剖面上的分布,在此基础上分析风化层内力学参数随深度的变化关系;对不同风化分区代表性石构件进行风化深度研究和表面回弹测试,得出构件表面强度比与风化深度的关系。以义乌宋代古月桥为例,对其方法进行了系统的介绍,并对古月桥承载条石风化层内力学参数随深度的变化关系以及表面强度与风化深度的关系进行了研究。研究表明：义乌宋代古月桥承载条石风化层内的抗压强度比、弹性模量比随深度呈负指数关系变化;表面强度比与风化深度呈2次多项式关系。     

基于量化的GSI系统和Hoek-Brown准则的岩体力学参数的估计

Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则相比,综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征,更符合工程实际,由该准则所估算的岩体力学参数可为最终确定岩体力学参数提供重要依据。基于引入的岩体体积节理数Jv和结构面条件因子JC量化的GSI(地质强度指标)围岩分级系统和Hoek-Brown强度准则来估计岩体力学参数,并结合具体的工程估算岩体的力学参数验证应用效果,其成果对工程设计和施工有重要指导意义。     

波速-旁压联合测试法在红层软岩中的应用研究

将波速测试及高压旁压试验运用于长沙地区的白垩纪红层软岩勘察中,获取了大量红层的声波测试结果及旁压试验特征参数,经过多参数的综合分析,为红层软岩的风化程度与岩体强度变化分析提供了有效参数。并在大量试验资料的基础上,建立了红层的动、静参数之间的相关方程。实践证明,波速-旁压联合测试方法是一种快速、经济、有效的工程勘察手段。     

粤西滨海核电厂址强风化花岗岩物理力学特性试验研究

以广东阳江和台山两个典型花岗岩核电厂址为例,定性描述了广东粤西沿海花岗岩的分布及其风化特征,通过进行波速测试、浅层平板载荷试验、原位剪切试验等原位测试,以及常规压缩试验、固结试验等室内试验,系统分析了强风化花岗岩的主要物理与力学性质指标。结果表明：（1）花岗岩受强烈的物理风化和化学风化作用,基岩中的不稳定元素被淋溶、流失,形成了富铝型和富铁型的厚层风化壳,岩层不均匀性特点突出;（2）强风化花岗岩岩体天然含水率和孔隙比变化大,天然重度变化小,压缩性中等;（3）粒度成分对岩石物理性质的影响最大。粒度越大,物性指标越弱。粒度越小,表明岩样越致密,其物性指标越强;（4）波速的大小与岩体风化程度、粒度成分等密切相关;（5）水对强风化花岗岩抗剪强度参数中的凝聚力影响效应比内摩擦角要大,对凝聚力的弱化作用更加明显。其研究结果可为核电工程建设和优化设计提供基础参数。     

岩体完整性系数确定及应用中的几个问题探讨

岩体完整性系数是一个与岩体质量和强度有关的地质参数,用于岩体完整程度划分、工程岩体质量分级等方面。然而不同的规范在岩体完整性系数的确定和应用等方面存在分歧。本文分析了岩体波速测试方法、岩体风化状态对岩体完整性系数的影响以及岩体体积节理数与岩体完整性系数的关系,并对岩体完整性系数应用中存在的问题进行了探讨。确定岩体完整性系数时,若岩块与岩体弹性波速的测试方法不同,应进行修正。所测试的岩块与岩体应处于相同的风化状态。采用岩体体积节理数确定岩体完整性系数时应考虑岩体中结构面的张开宽度和充填情况。应注意区分规范中围岩工程地质分类与岩爆判别中的围岩强度应力比的不同地质含义。     

基于弹性波速比的岩体强度参数估算方法

针对传统的岩体强度参数估算方法考虑风化程度的研究成果较少的不足,引入弹性波速比λ,提出了岩体强度参数的估算方法。以贵州省二叠系两种典型岩体(灰岩和泥岩)为例,讨论了参数λ和正应力σ_n对岩体强度参数的影响。主要研究成果为:基于弹性波速比与Hoek-Brown强度准则,探讨了不同风化程度岩体抗剪强度参数折减系数的确定方法;研究了正应力与弹性波速比对不同风化程度灰岩与泥岩岩体瞬时抗剪强度参数的影响,结果表明,岩体所处的环境与风化程度是影响岩体剪切强度参数的主要因素;通过多项式拟合,建立了灰岩与泥岩扰动与未扰动情况下不同风化程度强度折减系数的计算公式,从理论上探讨了两种主要岩体不同风化程度对强度参数的影响。      

西南某水电站坝址区风化花岗岩工程地质性质分析

文章对西南某大型水电站坝址区深厚层全风化和强风化花岗岩进行研究。将全、强风化花岗岩物理、水理及力学性质与新鲜岩体相应性质进行比较,并分析了花岗岩风化后吸水性增大、岩体软化、抗压抗剪强度减小的成因。对强风化花岗岩与新鲜花岗岩抗压强度进行了比较;拟合了风化花岗岩弹模、变形模量值与新鲜花岗岩相应模量的变化百分比关系曲线。研究结果表明：强风化花岗岩的干抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/3,湿抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/5;岩体弹性模量和变形模量与岩体的风化程度成反比例线性关系。     

风化岩遇水软化的强度试验及力学特性研究

对深中通道沉管隧道段风化岩在天然和泡水两种状态下进行常规三轴不排水剪切试验,揭示了在不同条件下风化岩遇水后的强度变化规律。风化岩遇水后强度会有显著降低,表现出明显的遇水软化特性;在其他条件一定时,采用偏应力固结的试样剪切强度较等向固结时降低更为明显;随着围压、偏应力的增大,风化岩的应变软化现象逐渐减弱,峰值强度与残余强度逐渐趋同;将岩体在峰值强度前的弹性模量看作恒量,以内摩擦角和黏聚力达到残余值时的塑性内变量为变量,给出了黏聚力和内摩擦角与塑性内变量的拟合函数关系表达式,改进了考虑风化岩遇水后应变软化的本构模型;通过回归验证,模型的理论计算和试验结果具有一致性,说明该模型可描述风化岩遇水软化的变形特性。根据此模型得到了风化岩的软化模量,并提出了软化系数作为风化岩遇水后强度和刚度折减的参考,可为深中通道等类似工程设计与施工提供理论依据。     

铁城电站坝基岩体改良固结灌浆试验实践

针对铁城电站花岗片麻岩坝基岩体特点,选定5个特征试验区,梅花形布孔进行固结灌浆试验,进而布孔检验。通过波速测试、压水试验、岩芯等多种手段来对灌浆试验效果进行系统评估。数据结果分析表明,坝基岩体的可灌性较好,主体坝基固结灌浆设计方案可行。试验同时得出一些经验,并分析提出工程建议。     

准各向同性裂隙岩体中有效动弹性参数与弹性波速关系的研究

从弹性波在介质中传播的特点和弹性波法在岩体工程中的实际应用情况方面,分析了弹性波在含裂隙岩体介质中的传播特征。将岩体中裂隙呈随机分布的裂隙岩体似为准各向同性裂隙岩体,根据能量平衡原理、岩石断裂力学理论和卡氏最小功能定理(Castiglano’s theorem),确定了准各向同性裂隙岩体的有效动弹性参数( 、 、 )与裂隙密度参数(Xv)的数学关系。在此基础上,根据各向同性介质中传播的弹性波理论,建立了准各向同性裂隙岩体中弹性波速( 、 )和 / 与裂隙密度参数(Xv)之间的关系。理论研究表明,在此裂隙岩体中,有效动弹性参数和弹性波速与裂纹密度参数之间相互的关系均近似成倒数函数的非线性关系;裂隙密度参数增加,有效动弹性模量( )也减少,弹性波速( , )也减小;在裂隙密度参数较小时,此裂隙岩体的有效弹性模量和弹性波速随裂隙密度参数的变化较大,说明裂隙体的有效弹性参数和弹性波速对裂隙体非常敏感。     

百色水利枢纽主要工程地质问题及施工处理

百色水利枢纽属高坝大库,大坝及地下厂房主要洞室均建在地质条件复杂、厚度单薄的辉绿岩岩脉上,岩体完整性较差,其上、下盘接触蚀变带风化深,强度低,河床顺河发育有一条规模较大的F6断层,消力池地基极不均匀,风化夹层深厚,存在很多工程地质问题。在施工过程中,根据不同地质问题和建筑物对地基的要求,对上、下盘接触蚀变带采取了深层固结灌浆处理,对F6断层采取了深挖回填混凝土和加强帷幕灌浆处理,对消力池采取了加厚底板、固结灌浆和锚固处理,对地下厂房浅埋洞段和单薄岩墙所出现的塑性变形区采取了张拉锚杆和锚索加固。通过处理,整个工程运行正常,坝基及洞室变形、应力、渗压等观测资料均在设计范围之内。     

孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量研究

拟建雅砻江孟底沟水电站坝基花岗闪长岩体中,密集发育有单条宽度为0.5~3m的黏土化热液蚀变岩带。变形试验表明,微新花岗闪长岩的变形模量平均值高达31.50GPa,而强黏土化蚀变岩及弱黏土化蚀变岩变形模量仅分别为6.79GPa、11.10GPa,故蚀变岩密集带的存在必将对坝基岩体的变形特性产生重大影响。目前对于这种变形特性差异显著的复杂组合岩体综合变形模量尚无成熟的评价方法。因此,本文在刚性承压板变形试验及声波测试基础上,采用非线性回归法分析了岩体声波与变形模量的相关性,建立了岩体Vp-E0的相关性公式,进而采用算术平均法计算了典型蚀变岩密集带的综合变形模量,其值为18.03GPa,较微新花岗闪长岩变形模量降低了42.76%;同时,根据带内各种蚀变岩所占比例,采用加权平均法求得蚀变岩密集带综合变形模量值为19.40GPa,较微新花岗闪长岩变形模量降低了38.41%。两种方法所得的综合变形模量值相差仅为7.60%,且对比刚性承压板法所得变形模量值,前者更加安全可靠。故建议采用非线性回归法对孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量进行计算。     

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。     

Failure analysis of the granite for a dam foundation

This paper presents the numerical and experimental investigation of a dam foundation. The site consists of granite and especially weathered granite. Numerical and analytical analyses have been conducted to evaluate suitability of the granite for a dam foundation. Mohr–Coulomb failure criterion has been used to calculate the compressive strength of the rock mass. Finite element implementation of Mohr–Coulomb criterion has been used for deformation and settlement analysis. Packer testing and in-situ estimation of rock mass deformability using the Goodman jack have been performed. The results of the evaluations show that very small normal and differential settlements can be expected in structural regions due to dam construction, and the compacted concrete dam can safely be constructed on either the competent granite or the weathered granite. However, the dam foundation on the weathered granite has high conductivity potential problems for the reservoir.     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6:2.5:1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6:2.5:1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。      

节理岩体各向异性等效弹性参数研究

采用复合材料力学分析方法,针对规则节理岩体考虑坐标转换及刚度系数,建立各向异性等效弹性参数的解析公式。通过算例证明了解析公式的可行性,同时对规则节理岩体等效参数规律性进行了研究,分析在不同的节理刚度比值下等效弹性参数的变化规律。结合白鹤滩坝址区柱状节理岩体特征,探讨了其等效弹性参数取值和各向异性特征。研究表明：所采用方法在刚度取值相等时岩体可退化为各向同性介质,且该方法计算结果与实测结果较为吻合;同时发现柱体偏转对等效弹性参数的影响较大,偏转后水平向和铅直向弹性模量分别降低约54%和17%,根据曲线规律性,偏转角度越大,降低程度越高,等效弹性参数的曲线变化反映了其具有明显的各向异性特征。     

峰前卸荷对节理岩体力学特性影响试验研究

实际工程中,岩体的应力变化状态非常复杂,并不只是简单的加载或者卸荷,如水利工程中的大坝,当坝基开挖时其力学条件主要表现为开挖方向的卸荷(其他方向有可能卸荷,也有可能加载),而坝体修筑以后,力学条件又主要表现为加载。因此,对卸荷损伤后的岩体再次加载时的力学性质进行研究具有十分重要的工程意义。通过三轴卸荷及卸荷损伤后加载破坏试验,研究了不同围压下,含断续预制节理岩体经过不同程度卸荷损伤后再次加载时的力学特性。研究结果表明:围压对于含断续节理岩体变形模量影响不明显,岩体弹性模量与围压没有明显关系,相同围压下节理岩体弹性模量和变形模量均显著低于完整岩体:节理岩样峰值应变随着围压的增大线性增大,二者之间有较好的相关性,相比于完整岩样,节理岩体峰值应变随围压增大增长更快:围压越低,卸荷对岩体强度的影响越大,随着围压增加,卸荷量不同造成岩样的损伤差异逐渐减小。     

小湾水电站坝基卸荷岩体抗剪特性研究

通过对小湾水电站松弛岩体抗剪特性以及更深入的现场和室内多种试验研究,以更细致深入的评价松弛岩体结构面的变形破坏机理及抗剪强度参数,为后续评价坝基固结灌浆效果以及复核拱坝坝基开挖和地基处理设计方案提供可靠的依据。     

基于Hoek-Brown非线性破坏准则的软岩地基极限承载力数值模拟

基于有限差分分析（FLAC）的软质岩石地基承载力数值计算模型,分析中将软质岩石地基视为均质、各向同性的连续介质,采用理想线性弹塑性本构关系模拟和Hoek-Brown非线性破坏准则及非关联流动法则。为便于数值模拟,采用切线法,把Hoek-Brown非线性破坏准则转换成Mohr-Coulomb线性破坏准则,并依据等量原则推导了瞬时内摩擦角和瞬时黏聚力的计算公式,编制了基于FLAC内置FISH语言的子程序。通过施加竖向速度向量,分别获得了圆形基础下考虑和忽略岩体自重的极限承载力。与理论值和现场载荷板承载力试验结果进行的对比分析表明,Hoek-Brown解结果比Bell解结果更接近实测值,但都偏于保守,而数值计算结果与实测值非常接近,特别是在考虑自重的情况下,误差仅为2%。说明对于软质岩石地基的极限承载力,采用基于Hoek-Brown非线性破坏准则的FLAC数值模型进行分析是合适的。     

基于弹性应变能的岩石强度准则

为建立更符合岩石屈服与破坏机制的强度准则,基于能量转化是岩石屈服与破坏的本质属性,采用试验与理论分析相结合的方法,对岩石屈服与破坏准则进行了研究。以岩石强度与整体破坏准则为基础,通过引入弹性应变能释放分散系数,建立基于弹性应变能强度准则;分别采用M-C准则、Murrell准则、三剪能量准则、统一能量准则、三维H-B强度准则及基于弹性应变能岩石强度准则对盐岩和花岗岩的破坏强度进行了计算。结果表明,基于弹性应变能岩石强度准则的计算结果与试验值比较吻合（尤其是真三轴试验条件下）,并且分析了产生上述结果的内在机制。所建立的强度准则仅需测定常规岩石力学参数（单轴抗压强度与泊松比）,物理力学意义明确,对于定量描述岩石的屈服与破坏特性具有重要的意义。