长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩体劣化效应

为分析灌浆加固裂隙岩体在压力水长期浸泡作用下力学性能的劣化效应,在前期碳纤维水泥基复合灌浆材料加固裂隙岩体研究基础上开展了考虑水压力影响的灌浆加固裂隙岩体长期浸泡试验和在不同浸泡周进行直剪试验。研究结果表明,(1) 压力水长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩样的剪应力?剪切位移曲线形态变化趋势明显,剪切刚度逐渐减小,达到峰值抗剪强度时的剪切位移逐渐增大;(2) 随着浸泡周期增加,灌浆加固裂隙岩体的抗剪强度呈先陡后缓的劣化趋势,6个浸泡周期（150 d）后不同法向应力下峰值抗剪强度的劣化幅度为32.6%～39.9%,对应内摩擦角和黏聚力分别降低了19.3%、39.4%,其中前4个浸泡周期（0～90 d）抗剪强度参数劣化幅度占总劣化幅度的90%左右;(3) 水压力作用下裂隙岩样发生溶解、溶蚀、润滑、软化等物理化学作用,浆体中的凝胶体被进入浆体内部的水分子软化,导致裂隙岩体和灌浆体本身的力学性质逐渐劣化,浆体与裂隙面之间的胶结作用、浆体与碳纤维之间粘结性能逐渐减弱,使得灌浆加固裂隙岩体抗剪性能逐渐劣化,剪切破坏面逐渐发展到浆体与裂隙面之间的胶结面。相关研究成果可为灌浆加固裂隙岩体的长期稳定性分析评价提供参考。     

新书推荐──《岩体灌浆排水锚固理论与实践》

本书将岩体的灌浆、排水和锚固工程统称为岩体加固工程。目前 ,国内外的加固工程 ,无论考虑还是不考虑工程水文地质条件 ,其岩体加固钻孔的方位和倾角 ,几乎都是与地面或开挖面成垂直方向布置 ,即使开挖的地质编录资料与设计依据资料相差甚远 ,也往往不改变这种非针对性加固设计的固定模式。该书在充分调查和分析被加固岩体地质缺陷的基础上 ,开展了一系列试验工作 ,取得了大量数据 ,创造了一整套国内外尚无人研究过的针对性岩体加固方法。同时 ,为实现岩体加固设计 ,而提出了具有新工艺的不同施工方法。在这一理论指导下 ,在许多岩体加固工…     

基于裂隙充填特征的坝基岩体灌浆效果评价

灌浆是水工建筑物基础处理中最常用的技术手段,通过灌浆封堵裂隙使基础岩体的防渗性、结构强度等达到设计要求。裂隙是透水透浆的最基本结构面,在灌浆处理中浆液对裂隙的充填程度是灌浆效果最直观的表现,由于灌浆工程的隐蔽性,裂隙的充填特征难以直接获取到,目前大多采用间接的压水试验法进行效果评价。利用钻孔摄像技术对灌浆钻孔进行成像探测,获取钻孔360°壁面图像,识别灌浆后的裂隙充填特征,考虑不同充填特征对灌浆效果的影响,建立以充填裂隙和未充填裂隙为要素的灌浆效果评价指标——钻孔内裂隙充填指数(borehole fracture filling integrity,BFFI),探讨BFFI与常规压水试验透水率结果的相关关系,利用三次多项式拟合两种评价指标的函数关系,建立基于钻孔内裂隙充填指数的灌浆效果评价标准,并将该方法应用到雅砻江桐子林水电站厂房坝区帷幕灌浆补充试验中,结果表明,(1)压水试验法和BFFI法的灌浆效果评价结果吻合度较高,进一步说明了BFFI法评价灌浆效果的可行性;(2)利用钻孔摄像技术开展灌浆效果评价,既直观地展示浆液在裂隙中的充填特征,又能反映灌浆效果,为灌浆效果评价提供了新的思路和方法。     

基于连续-非连续方法的裂隙破坏与相互作用研究

岩体内裂隙等非连续结构面对岩体的强度及变形等力学特性有着显著的影响,研究岩体裂隙起裂、扩展、相互作用和贯通机制,对工程岩体力学行为的表征和工程性能的评价十分重要。本文基于连续介质力学模型的离散元方法,通过考虑裂隙分布、模型加载条件及其与裂隙产状的关系,建立了一系列裂隙力学计算模型,研究了不同模型裂隙扩展演化特征和岩体破裂机制,分析了岩体裂隙扩展规律及其对岩体破坏路径和强度的影响,研究结果表明:（1）裂隙岩体模型加载条件下的破坏起裂点、最终贯通破坏特征及损伤分布受控于裂隙的产状及其与最大主压应力取向角度大小及围压大小。（2）裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙弱面在加载条件下其端部裂隙扩展、贯通破坏表现比较明显,反之,当裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致时,裂隙弱面被动影响裂隙模型内新生裂隙的萌生、扩展和贯通模式,自身未出现新的扩展破坏。（3）裂隙数目的增多和围压的增大会显著增加模型内部剪切裂缝的数量和模型破坏后的破碎程度,模型内部的损伤区域主要围绕破裂面呈滑移线型交叉分布,非破裂面区域损伤呈条带状X型分布。（4）裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙对岩体模型强度的弱化程度高于裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致的情况,而裂隙模型破坏后的残余强度则正好相反。     

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。     

三维应力作用下岩体单个裂隙的渗流特性分析

天然岩体中存在着大量的孔隙和裂隙,这些缺陷不仅改变了岩体的力学性质,也严重影响了岩体的渗流特性。在对现有裂隙岩体渗流特性研究成果进行分析的基础上,讨论了岩体单个裂隙的力学性质和渗流对单个裂隙岩体产生的力学作用,研究了岩体单裂隙渗透系数与岩体三维应力的关系,考虑了裂隙粗糙度对渗流的影响以及不同方向应力对渗透性影响的差异,分析了单个裂隙岩体在三向应力作用下的渗流特征,得出了裂隙所受三维应力与渗透系数关系式,认为垂直于裂隙面的应力对岩体渗透性起主导作用,岩体渗透系数随垂直裂隙面应力的增加而迅速减小。通过与渗流规律试验结果对比分析,证明了所得单个裂隙岩体渗透系数表达式的正确性。     

岩基地质因素对帷幕灌浆标准影响的研究

本文通过大量工程实例的总结,指出岩体裂隙几何特征决定了灌浆材料对裂隙的灌入性能,从而影响帷幕的灌浆标准,建议在确定具体工程的帷幕灌浆标准时应考虑地基的地质条件,并结合拟采用的灌浆方法来进行,对一般地层常规水泥灌浆方法可达到现行的规范标准,高压灌浆、化学灌浆、超细水泥灌浆均是解决低透水性岩基灌浆的有效途径。     

用渗透性随深度变化规律确定大尺度岩体变形模量

采用渗流场-应力场耦合的观点,用表征渗透性的单位吸水量数据,反求了岩体宏观力学参数——岩体变形模量。裂隙岩体的渗透性大小是裂隙宽度的函数,而岩体不同深度的裂隙宽度由应力大小和变形模量决定,因此可以通过裂隙宽度把渗透性参数和岩体力学参数结合起来。以小浪底水库左岸砂泥岩裂隙岩体T41地层为实例研究表明,该方法求得的岩体变形模量符合随着应力增大而增加这一规律,也符合风化岩体变形模量相对较小这一规律,并且数量级与收集到的相近岩体的变形模量一致,因此所求结果是可靠的。     

基于NSMC方法的某核工程场地裂隙地下水数值模拟不确定分析

裂隙介质渗透结构表现为高度的非均质性与各项异性。为了科学有效地预测某核工程场地裂隙地下水的流动规律,揭示裂隙岩体地下水的渗流特性,笔者等采用Pilot Point调参方法与null space Monte Carlo方法（NSMC）,开展了裂隙岩体渗透结构的不确定性分析研究,构建了符合实际水文地质条件的多个渗流数值模型集合。结果表明：该方法获得的各个实现地下水位模拟结果能够与实际观测数据较好吻合,可反映工程场地裂隙地下水动力特征与流动趋势;各个实现的参数化渗透结构在空间上存在一定的差异性,但整体变化趋势是保持一致的,渗透参数的不确定性表现为在实测数据分布区域相对较低,钻孔空白区域相对较高;该方法可以弥补单一、确定性模拟结果在表征裂隙介质渗透结构方面的局限性,有效地降低模型参数的不确定性与随机性。此方法对进一步提升裂隙岩体渗流模拟精度与预测能力,深化裂隙地下水迁移规律的认识具有重要的意义。     

数字钻孔摄像在小浪底帷幕灌浆检测孔中的应用

为了评价帷幕灌浆效果,将数字钻孔摄像技术应用到小浪底水利枢纽3号灌浆洞3个灌浆质量检查孔中。通过数字钻孔摄像得到的孔壁图像资料, 对钻孔内发育的节理裂隙、破碎带和砂浆充填情况进行了分析研究,结果表明：?灌浆时浆液在外压下,主要沿连通性较好、延伸较远的裂隙向孔外岩体渗透。与渗流路径相连通的裂隙或延伸较短的裂隙,被浆液直接充填凝固后形成水泥结石。与渗流路径没有连通的裂隙则被忽略,或在灌浆压力下劈裂而部分充填,造成全充填、半充填和砂浆流出等几种充填效果;?破碎带充填与否主要与破碎带的规模、性质和与灌浆洞连通性有关。小浪底水利枢纽3号灌浆洞内的灌浆效果是明显的;将数字钻孔摄像技术应用于检查帷幕灌浆质量,分析灌浆浆液渗流路径,也是可行的。     

水泥浆液在岩体裂隙中的流动沉积机理

研究了水泥颗粒开始沉积时浆液最小流动速度(临界速度)、裂隙中水泥颗粒沉积分布规律与排水方式等,提出了临界速度值以及浆液流动通道形成的起点至注浆孔的距离的计算公式,进一步揭示了水泥浆液在岩体裂隙中的流动沉积机理。     

基于NSMC方法的某核工程场地裂隙地下水数值模拟不确定分析

裂隙介质渗透结构表现为高度的非均质性与各项异性。为了科学有效地预测某核工程场地裂隙地下水的流动规律,揭示裂隙岩体地下水的渗流特性,笔者等采用Pilot Point调参方法与null space Monte Carlo方法(NSMC),开展了裂隙岩体渗透结构的不确定性分析研究,构建了符合实际水文地质条件的多个渗流数值模型集合。结果表明：该方法获得的各个实现地下水位模拟结果能够与实际观测数据较好吻合,可反映工程场地裂隙地下水动力特征与流动趋势;各个实现的参数化渗透结构在空间上存在一定的差异性,但整体变化趋势是保持一致的,渗透参数的不确定性表现为在实测数据分布区域相对较低,钻孔空白区域相对较高;该方法可以弥补单一、确定性模拟结果在表征裂隙介质渗透结构方面的局限性,有效地降低模型参数的不确定性与随机性。此方法对进一步提升裂隙岩体渗流模拟精度与预测能力,深化裂隙地下水迁移规律的认识具有重要的意义。     

岩体等效变形参数研究

岩体变形参数的确定对岩体稳定性模拟至关重要.提出了确定规则裂隙和不规则裂隙岩体等效变形参数的一种模型, 探讨了岩体等效变形参数的规律.通过对不考虑渗流-应力耦合时岩体等效变形性能的研究, 可以发现岩体的等效变形参数不仅与各组结构面的几何形态、结构面变形参数、岩块变形参数等有关, 而且与不同组系结构面间的交切形态有关.岩体的REVs具备以下几点规律: 首先REVs具有多尺度效应和不确定性.其次, REVs与结构面各几何形态要素之间有如下关系: 平均迹长越大, 平均间距越小, 方向角的方差越大, 结构面分布越凌乱, REVs的取值越小.REVs与岩块、结构面变形参数之间有如下关系: 结构面变形参数与岩块变形参数的差异程度对REVs的取值没有明显影响, 但是不同组系结构面或是同一组中的各条结构面, 其变形参数差异越小, REVs的取值将越小.      

西南某水电站拱坝建基岩体缓倾结构面的连通率分析方法

连通率是岩体内部结构面发育尺寸及贯通程度的重要指标, 决定着岩体的工程力学特性, 对边坡、坝基等工程岩体的整体强度和稳定性评价等发挥着至关重要的作用。以西南地区某水电站拱坝建基典型岩体缓倾结构面为研究对象, 根据现场岩体实测数据, 基于自行开发的裂隙网络模拟程序, 采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)随机模拟方法对水电站左、右岸岩体不同剪切方向下缓倾结构面的连通率和岩体强度参数开展研究。研究表明: 该水电站左、右岸岩体在不同剪切方向上的连通率是不同的, 通过不同方向的角度旋转, 总体获得的裂隙连通率较低; 水电站右岸平洞PD02处缓倾角结构面的裂隙连通率约在27.35%左右, 摩擦系数为1.04, 黏聚力为0.89 MPa。研究成果可为水电工程建设提供理论参考和借鉴。      

地下水封洞库深部岩体结构面连通性研究

地下水封洞库工程是我国正在大力实施的战略石油储备重点工程,研究建库裂隙岩体的连通性是评价水封效果的关键。结合地下水封洞库工程的岩体特征,以钻孔电视成像技术为手段,通过分析影像中结构面位置、地质特征等,建立不同钻孔间结构面连通的条件,并分析了钻孔ZK11和ZK12,ZK12和ZK14的变质分异结构面的几何连通性;以洞库区钻孔地下水位的陡降与施工巷道开挖的相关关系,建立了巷道地下水排泄与钻孔水位下降的水力联系,分析了结构面的水力连通性;通过几何连通和水力连通的综合分析,确定了深部岩体结构面的连通性。研究结果表明,施工巷道开挖引起钻孔地下水位的显著下降,两者存在明显水力联系;变质分异结构面(J)在钻孔ZK12、ZK11和①号施工巷道0+379.424m处满足位置连通、结构面特征连通和水力连通,为连通性结构面;结构面(J′)在钻孔ZK12和ZK14处满足位置连通和结构面特征连通,不满足水力连通,为非连通性结构面。这对地下工程深部岩体结构面连通性的研究具有参考和借鉴价值。     

微生物灌浆加固裂隙岩体的渗流特性分析

裂隙岩体的防渗加固是影响工程稳定和安全的关键技术问题之一。在以往微生物加固砂土技术基础上,将微生物加固技术应用于裂隙岩体灌浆加固,研究结果表明,(1) 加固前围压对裂隙岩样的水力开度影响很大,加固后裂隙被碳酸钙沉积物充填,岩样的渗流由裂隙渗流转变为孔隙渗流,单位渗流量和渗透系数由围压和渗透水压共同控制;(2) 微生物灌浆加固后,不同围压和渗透水压力作用下裂隙岩样的单位时间渗流量减小了80.12%～90.04%,渗透系数可达到10–6 cm/s数量级;(3) 裂隙岩样灌浆加固过程中微生物诱导产生的CaCO3沉积物具有较好胶结作用,将劈裂岩样胶结为一个整体,达到了加固防渗效果。研究成果可为裂隙岩体的灌浆加固提供较好的参考。     

裂隙岩体渗流与应力耦合的试验研究

通过对较大尺寸的裂隙岩体试块进行不同侧压力和加载条件下的渗流试验结果研究，分析了裂隙岩体渗流与应力的耦合机理，得出了不同应力条件下裂隙岩体渗流量与应力成四次方的关系。并且得出并非压应力都引起裂隙岩体的渗流量减小，当裂隙岩体受平行于裂隙面方向的单向压应力时，渗流量随着压应力的增加而增加。     

南阳膨胀土裂隙面强度试验研究

裂隙性是膨胀土的基本特性之一,膨胀土中原生裂隙面的存在往往导致膨胀土边坡的失稳。选取南水北调中线工程南阳段膨胀土进行裂隙面强度特性试验,提出了裂隙面强度三轴试验新方法。首次将计算机X射线断层扫描技术引入裂隙面的强度试验,通过测量裂隙面真实产状,准确分析裂隙面上的破坏应力,提出了裂隙面强度参数的整理方法。研究成果表明,裂隙面的峰值强度不仅远小于两侧土的峰值强度,而且也小于两侧土的残余强度;裂隙面强度较低的原因主要是其具有较高的含水率、蒙脱石含量以及颗粒排列定向度。地下水淋滤作用对于膨胀土裂隙面存在3个方面的影响：微观上使得膨胀土中铁的氧化物由三价转变为二价,形成与两侧土颜色完全不同的灰白色裂隙黏土;细观上改变了母体土的矿物成分和颗粒排列结构,使得裂隙填充物具有较高的蒙脱石含量和颗粒定向度;宏观上形成了裂隙面与两侧土体力学强度的显著差异。     

边坡岩体中地下水优化排水机理研究

基于对岩体边坡中地下水的存在性态及怍用机理分析,提出了实用排水模型;建立了排水微分控制方程,通过敏感性分析求解此方程得到岩体中地下水的优化排水方向。此成果在岩体边坡及洞室中地下水渗流、库岸边坡岩体中地下水的有效排泄、岩体滑坡有效排水等方面具有重要的实用价值,丰富了岩体水力学及山地灾害学的科学内涵。     

边坡岩体中地下水优化排水机理研究

基于对岩体边坡中地下水的存在性态及作用机理分析 ,提出了实用排水模型 ;建立了排水微分控制方程 ,通过敏感性分析求解此方程而得到岩体中地下水的优化排水方向 ,此成果在岩体边坡地下水渗流、库岸边坡岩体中地下水的有效排泄、岩体滑坡有效排水等方面具有重要的实用价值 ,丰富了岩体水力学及山地灾害学的科学内涵