围压效应与软弱夹层泥化的可能性分析

软弱夹层是控制岩体稳定的主要因素之一,特别是当它们泥化时,由于强度大为降低,其影响更大。本文从软弱夹层所处的地应力环境出发,分析了不同风化岩带由于地应力所产生的围压不同而引起软弱夹层在物理力学性质方面的差异。作者认为由于围压效应的存在,位于微风化岩带中的软弱夹层大都受到地应力所产生的较高围压限制,通常是不会发生泥化的。围压的高低是软弱夹层泥化的根本原因之一。     

软弱层带夹泥物理力学特征的仿真研究

软弱层带夹泥物理力学参数是评价岩体稳定性的基础。研究表明,在天然围压条件下,软弱层带夹泥的物理力学性质与其所承受的围压具有良好的相关性。因此,本文提出应用土工压缩定律及重力压密机制在室内对夹泥的物理力学特征进行仿真研究,并对仿真效果进行了评价。这为软弱层带夹泥物理力学参数的评价、预测提供了新的途径。     

围压效应与软弱夹层的物理力学特性的相关性研究

由于地壳上部岩体中的地应力普遍以压应力方式存在,位于三向地应力场中的软弱夹层必然受到地应力产生的正应力(本文称之为围压)的作用。本文从这一前提出发,研究了软弱夹层中夹泥的物理性质与围压的关系,指出围压是控制夹泥孔隙比、干密度的决定性因素.高围压下夹泥的干密度高、孔隙比低,围压与夹泥的孔隙比、干密度具有良好的相关性,并用我国境内的实际资料证明了这种关系.由于围压对夹泥物理性质的控制作用,较高围压下夹泥的抗剪强度高,相反.低围压下夹泥的抗剪强度低.围压与夹泥的抗剪强度同样具有较好的相关性.当前在地下洞室进行的软弱夹层取样和试验工作,由于忽视围压效应,用松动和浸水(或吸湿)的样品进行强应试验,必然造成软弱夹层抗剪参数取值偏低。     

三向应力下长石石英砂岩凯塞尔效应试验研究

用单轴压缩试验测试岩石凯塞尔效应特征，进而确定岩体地应力状态的方法，在岩体工程实践中得到广泛的应用。然而实际岩体几乎都处于三向地应力状态，岩石在三向压缩下的凯塞尔效应特征如何，直接关系到利用该方法测定的岩体地应力的可靠性。作者根据长石石英砂岩在三向压缩下的凯塞尔效应测试资料，对长石石英砂岩的三轴凯塞尔效应进行了分析，得到了长石石英砂岩凯塞尔效应与围压的关系，三轴压应力状态和单轴压缩应力状态下该类岩石凯塞尔效应的区别。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了零开挖进洞的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

软弱岩体流变特性及长期强度测定法

所有岩体,特别是软弱岩体,在一定载荷的长期作用下,都具有变形随时间增长而影响其强度的流变特性.这一点,早被许多学者的研究结果及岩体工程实践所证实. 众所周知,断层破碎带、软弱夹层以及被松软物质充填的各种结构面(以下统称弱层)的流变性质更为显著.弱层是许多工程基岩或围岩经常碰到的.因此,对弱层流变特性及其对强度的时间效应的研究,从理论和实践上都有重要的意义.     

深部层状节理岩体分区破裂模型试验研究

随着地下工程开挖深度的增加,深部洞室围岩将产生不同于浅部洞室的分区破裂现象。为深入研究深部岩体分区破裂现象的形成机制和影响因素,以淮南矿区丁集煤矿的深部巷道为工程背景,利用模型相似材料和高地应力真三维加载模型试验系统,首次开展了带有软弱夹层的层状节理岩体的真三维地质力学模型试验。结果表明：（1）在满足一定应力条件下,带有软弱夹层的层状节理试验模型出现明显的分区破裂现象;（2）软弱夹层是影响层状节理岩体分区破裂现象的重要因素,在相同的应力条件下,软弱夹层使得巷道围岩的径向位移和应变明显增加;并且软弱夹层的间距越小,洞周破裂区的层数越多,范围越大;（3）洞周破裂区的形状近似为圆形,与是否存在软弱夹层及软弱夹层间距均无关。模型试验结果有效揭示了分区破裂的影响因素,为深入研究高地应力深部岩体的非线性变形破坏特征奠定了坚实的试验基础。     

含软弱夹层顺倾边坡爆破层裂效应的数值模拟与试验研究

进行含软弱夹层顺倾边坡单孔爆破数值模拟,分析爆破过程中上覆岩体受到的应力作用、爆破层裂效应及其对边坡稳定性的影响。模拟结果表明,爆破层裂作用具有分区特性,爆轰气体对夹层的冲刷、推移作用形成夹层爆腔区,爆腔区外围是压密区,其次是离析区,离析区以外的夹层未受爆破层裂作用的影响;上覆岩体在空腔区受到爆轰气体膨胀压力作用,临近夹层壁面的峰值压力达0.75 GPa,压密区受到夹层挤压衍生的向上压力作用,压力峰值达0.21 GPa,且压力衰减较慢;空腔区的上覆岩体与夹层脱离,压密区和离析区改变了夹层与上覆岩体的接触状态,使模型的稳定性降低。剪切试验验证了数值模拟关于爆破层裂效应降低模型稳定性的结论。     

软弱夹层工程地质特征研究进展

软弱夹层是控制岩体稳定性的重要薄层,研究软弱夹层的工程地质特征具有重要的科学意义和实际工程意义。在收集整理国内外相关资料的基础上,首先从定义和分类、形成机制和影响因素、分布特征和规律、工程地质特性和力学特性5个方面对国内软弱夹层和泥化夹层的研究进行总结和概述,然后分析当前研究存在的不足之处,讨论软弱夹层与泥化夹层的区别与联系。研究表明,与原生软弱夹层相比,泥化夹层更薄,工程地质性质更差。最后提出下一步重点研究方向:软弱夹层的泥化演化过程及泥化夹层的演化趋势;软弱夹层的三维空间分布及可视化;软弱夹层的剪切蠕变理论模型,细观损伤破坏动态演变规律,应力松弛特性和动力学特性;软弱夹层与围岩间的接触面及组合岩体的力学特性。     

含软弱夹层土样变形破坏过程细观数值模拟及分析

基于颗粒流理论,引入接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒流模型。通过颗粒流程序(PFC)数值模型试验,对含软弱夹层试样的强度和破坏发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压以及不同夹层参数条件下的应力-应变关系曲线,通过位移矢量场分析了破坏发展趋势。模拟结果表明,一般围压条件下试样沿软弱夹层滑动破坏,但在某特定围压下,软弱夹层的存在并不起主要控制作用;试样应力-应变关系曲线峰值随软弱夹层颗粒的摩擦系数和法向接触刚度的减小而下降,当颗粒法向接触刚度趋近0时,试样加载初始阶段呈现塑性流变特征;夹层颗粒的切向接触刚度只有低于某一特定值时才会使试样应力-应变关系曲线峰值降低。通过分析,得到了土体颗粒细观参数和宏观力学行为的内在联系,并对土体软弱夹层力学性质和渐进破坏过程有了更进一步的认识。     

利用液压应力计直接测定软岩应力的模型试验研究

通过对各种地应力测量方法的对比研究,格鲁兹(Glotzi)压力盒的考查,模拟材料的试验研究,和CYG-00型液压应力计与试件加压方向成不同夹角(0°、45°、90°)的模拟试验,我们首次提出了采用“液压钻孔应力计”直接测定软岩应力的方法和原理。本文介绍液压钻孔应力计的结构原理、使用方法和模拟试验结果。     

北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究

特殊的地理、气候条件及工程地质的复杂性决定了在北疆地区软岩地层中修建引水隧洞的设计施工难度较大。隧洞成拱效应与围岩自稳能力差,围岩渗透性强,遇水软化特性显著,极易产生软岩大变形甚至坍塌失稳灾害。为进一步研究北疆地区侏罗系与白垩系泥质砂岩的物理力学性质、遇水软化特性与能量损伤演化机制,开展了二者的单轴压缩、常规三轴与单轴蠕变试验。研究结果表明：两种岩石均富含黏土矿物,白垩系泥质砂岩的粒径分配更好,但其胶结程度较差,导致其强度稳定性与地层波速相对较低。低围压条件下,两者均以环向变形与体积扩容为主,但随着围压升高,其破坏模式由体积扩张过渡到体积压缩类型。高围压加载会造成岩石内部损伤,从而导致其抗压强度的降低。遇水后,两种岩石的延塑性与应变软化特性均明显增强,白垩系泥质砂岩的遇水软化特性更为显著。白垩系泥质砂岩的蠕变特性更为显著,两者的长期强度接近其单轴压缩损伤应力值。两种泥质砂岩的能量损伤演化过程均呈现S型变化规律,侏罗系泥质砂岩的能量硬化特性更为显著,白垩系泥质砂岩会更早地进入到能量硬化与能量软化阶段。     

高地应力定义及其定性定量判据

地应力大小是地下工程设计的基本参数,直接影响工程岩体的力学行为。与高地应力相关的工程问题自20世纪80年代开始受到关注,但迄今未见高地应力的明确定义。国内曾先后提出多种地应力分级方案,但分级结果与工程岩体的实际行为存在一定差距,部分预测为高地应力的工程未出现高地应力现象（如官地地下厂房）,而预测为低地应力的工程（如二滩地下厂房）却出现严重的岩爆等高地应力现象。针对此问题,在国内常用地应力分级方案基础上,讨论了影响地应力分级的主要因素,将高地应力划分为初始高地应力与诱发高地应力两类。诱发高地应力是洞室群效应产生的高二次应力与爆破开挖动力扰动单独或联合作用的结果;给出了高地应力的明确定义,即量值足以导致结构体或岩块破坏的地应力,并在前人研究成果的基础上提出了定性判据;重新定义强度应力比为岩石干燥单轴抗压强度与实测最大主应力之比,建议了新的地应力分级方案（定量判据）。25个工程实例证明,建议方案的吻合率远高于国内常用地应力分级方案。建议方案的级差大致与CD Martin等1999年的建议方案相当。     

三轴应力状态下盐岩强度分析探讨

通过分析盐岩在三轴应力状态下的变形,说明了较高围压下盐岩的大变形特性,提出了三轴应力状态下,利用轴向荷载除以试件初始横截面面积得到应力-应变关系存在的问题,据此对工程应变和对数应变进行了分析和对比,阐明了这两种应变的适用条件,并开展了不同围压下的试验测试和对试验结果对比分析。研究揭示了应利用对数应变分析盐岩的大变形特性和对变形后的应力进行修正,得到了盐岩的工程应变和对数应变均可表示为围压的线性函数,围压为20 MPa时的轴向压缩变形量是5 MPa时的3.09倍。围压越高,对数应变修正得到的最大轴向应力与不修正的差值越大,用对数应变修正后的轴向应力低于不修正的结果,围压达到20 MPa时,前者仅为后者的63.85%。     

三峡库区近水平厚层斜坡滑动稳定性研究——以重庆巫山箭穿洞危岩为例

以重庆巫山箭穿洞近水平巨厚层危岩体为例,通过地质环境条件、基座位移及应力监测数据等分析,总结归纳了危岩体目前的变形和受力状态,发现危岩体的强度仍在持续降低。同时,运用FLAC2D模拟手段,设置了初始天然、初始饱和、临滑、失稳4种模拟工况,研究了危岩基座岩体及泥质条带灰岩层面对危岩体阻滑规律。研究结果表明,基座泥质条带灰岩层强度的持续降低将会使得危岩体处于临滑乃至失稳状态。该稳定性分析也为进一步的防治设计提供了依据。      

锦屏二级水电站大理岩复杂加卸载应力路径力学特性研究

地下洞室开挖围岩经历典型径向卸载、环向加载应力路径,由此引起的岩体强度、变形特征和破坏机制也不尽相同。针对锦屏二级水电站高地应力赋存环境,对施工排水洞大理岩开展常规单轴全应变、三轴压缩、卸围压、卸围压-加载轴压等4种不同应力路径力学试验,得到应力-应变全过程曲线、变形破坏特征和极限储能变化规律。试验研究结果表明, （1）锦屏二级水电站大理岩破坏时轴向应变一般较小,为硬脆性材料,卸荷应力路径下该脆性特征更为明显;（2）卸围压同时加载轴压试验峰值强度对应轴向应变、环向应变及体积应变值一般高于单纯的卸围压值,而对应峰值强度则一般低于卸围压值;（3）卸荷速率较大时,变形模量越大,大理岩峰值强度越低。加载速率越大,变形模量越小,峰值强度越高。初始围压越高,变形模量值越低,峰值强度越高;（4）无侧限作用时试件主要为张拉破坏,低侧限作用时为剪切破坏为主,局部存在张拉破坏,较高侧限时,剪切面为典型X或Y型;（5）岩石试件具有极限储能值,该值受多种因素的影响。一般情况下试件破坏对应围压越高,极限储能值越高,卸载速率越大,极限储能值越小。研究结果对于岩爆孕育发生机制解释以及工程实际问题的解决均有参考价值。     

不同围压下岩石抗压强度与变形参数尺寸效应的数值模拟

岩石抗压强度和变形参数是岩石工程设计的重要指标。由于岩石是典型的非均质材料,其强度和变形特性随样品尺 寸的变化而不同。本文采用PFC2D程序模拟了不同围压下不同尺寸岩样的压缩试验。结果表明（1） 岩样具有明显的尺寸效 应。同一围压下,尺寸越大,岩石强度、峰值应变和压缩模量越小,尺寸的变化对岩样的破坏模式影响较小;（2） 岩样具 有明显的围压效应。同一尺寸的岩样,随着围压的增大,岩石强度、峰值应变和压缩模量均增加,其中强度和峰值应变随 围压的增加呈线性增加。同时,随着围压的增大,岩石破裂模式由轴向劈裂破坏向剪切破坏变化;（3） 围压的存在会影响 岩样的尺寸效应。不同尺寸岩样的强度和峰值应变在相同围压区间内的增量基本相同,同时随着围压的增大,其强度和峰 值应变增加,进而使岩石强度和峰值应变的尺寸效应弱化;而不同尺寸岩样的压缩模量在相同围压区间内的增长率大致相 同,因而造成围压对压缩模量尺寸效应的影响较小     

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。     

二郎山公路隧道围岩变形影响因素研究

从地质、地应力、岩石强度及工程施工方法等几方面分析对川藏公路二郎山隧道围岩变形位移的影响 ,通过数值模拟分析水平地应力和岩体弹性模量对洞壁变形位移的敏感性 ,并求出敏感度因子 ,这项研究对岩体力学参数的选取具有重要意义。