坐标投影作图法的计算机化及其在块体几何分析中的应用

块体塌落或滑动是岩石工程的重要破坏形式之一。为了解决此问题,需要对块体进行几何条件分析和稳定性分析。对此除采用传统的方法赤平极射投影图解法和三维数值法的方法等方法外,还可以采用坐标投影作图法。本文主要阐述坐标投影作图法在块体几何条件中的应用以及对它的计算机化。坐标投影法是一种以正投影为基础、借鉴赤平极射投影的方法而形成的以分析岩石工程中块体的几何条件和稳定性为目的的一种图解方法。该作图法的提出,为岩石工程块体稳定性研究提供了一个新的方法。为进一步提高坐标投影作图法的应用效率,作者提出了适用于现场的坐标投影作图法的计算机化问题。考虑到块体的几何条件是块体稳定分析的基础,本文主要针对块体几何条件的确定方法及其计算机化问题开展研究,并利用V isual C++将其编成CPH-Ⅰ软件。为了考核该软件,作者还以某一地下工程为实例,将该软件的计算结果和按坐标投影作图法图解法得出的结果进行了比较。对比结果表明该软件可用。     

矿物成分和细观结构与岩石材料力学性质的关系

岩石材料的宏观力学性质取决于其矿物成分和细观结构。使用材料试验机,测定了岩浆岩、化学沉积岩以及碎屑沉积岩9种岩样的力学性质参数。采用X射线衍射方法,测定了相应岩样的矿物成分。使用扫描电镜,观测了相应岩样的细观结构。分析了矿物成分和细观结构分别与力学性质参数的定性关系。对各组岩样的研究分析表明:存在于颗粒边界的裂隙会显著降低岩样的抗拉强度,长石矿物是岩样脆性的主要来源,颗粒大小和面理结构会对岩石的内摩擦角造成显著的影响,细晶花岗岩中较高的方解石含量使其抗压强度和弹性模量较小,细晶花岗岩中石英含量较高,其粘聚力较大;石盐晶体的细小与紧密堆积,造成了相应岩样的膨胀或蠕变特性,有机质的存在会对岩盐的力学性能产生显著的弱化;岩样中颗粒间的弱带,会弱化岩石材料的力学性能。深灰色泥岩中石英胶结物的次生加大现象,使得深灰色泥岩的力学性能得到提高。      

韩城地区煤岩力学特性与破坏特征试验

韩城地区二叠系下统的山西组煤岩为含裂隙的低强度高脆性介质,其抗压强度和破坏特性与加载方式和加载速率有密切的关系。利用室内试验方法,对该地区煤层气储层煤岩开展了不同加载方式的力学研究。试验结果表明,煤岩的主裂隙(面割理)走向与加载方向的关系对煤岩的力学特性有较大影响,煤岩裂隙走向与加载方向垂直时的抗压强度是裂隙走向与加载方向平行时抗压强度的1.35倍;而弹性模量和泊松比正好相反,煤岩裂隙走向与加载方向平行时的弹性模量是裂隙走向与加载方向垂直时弹性模量的1.66倍,泊松比为1.15倍;在同等试验条件下,随着加载速率的增大,煤岩强度提高,但脆性增大,易呈脆性破坏。研究成果可为裂隙型煤岩的力学特性认识及在工程中的应用提供参考。      

十三陵大坝弹性参数反演与稳定性评价

为了掌握十三陵水库大坝在奥运铁人3项赛事期间受动态荷载和环境条件影响的力学效应和坝体的稳定性,基于奥运建筑荷载（建造看台和临时设施）响应的现场实测变形信息,利用正交设计反分析方法,对坝体黏土斜墙、砾质粗砂和砂质垫层3个主要土层的弹性模量进行了反演,采用反演得到的综合弹性模量对坝体受奥运建筑荷载及赛期动态加卸载过程进行了数值仿真分析。结果表明,大坝在赛期产生的最大沉降量在7.4 mm左右,最大水平位移不超过1 mm;大坝始终处于安全稳定状态,无剪切破坏和张拉破坏现象。现场坝坡测点变形监测值与数值模拟结果比较接近,表明基于实测位移反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价。     

不同围岩类别小间距隧道施工过程模拟研究

从不同围岩类别出发,对3车道小间距隧道采用典型双侧导坑法的开挖施工过程进行了数值模拟研究。给出了不同围岩类型下的3车道小间距隧道在施工过程中的围岩破坏特征及其变形规律和变形规律的相似性,获得了洞周最大变形量值之间的相对比值关系。通过中隔墙的变形与塑性破坏规律分析,比选出了3车道隧道中隔墙最小间距的工程设计参考值。分析表明：II类围岩合理间距不应小于0.45B,III类围岩应在0.35～0.45B之间,IV,V类围岩可在0.2～0.35B之间选择,对信息化反馈施工,指出了必须重点监控与关注的位置。为小间距隧道的发展和施工设计提供了较确切的参考数据和理论依据。     

石窟薄层顶板破坏的早期潜在原因分析

为了探讨导致某石窟4号硐顶板破坏的最初潜在原因,根据石窟变形破坏规律及结构边界条件,采用粘弹性薄板理论,给出了广义开尔文模型下岩层的粘弹性变形、应力解析解。为了在任意一时刻给出全域应力、位移的分布状态,提出了一种解析解全域逐点搜索法,将全域划分细密网格,用所建立的解析解计算每小区中点的应力及网格点位移值。通过分析计算,给出了石窟顶板随时间变化的位移场、变形规律及顶板可能产生受拉破坏的变化规律,其中,有两处的受拉区分界线与现在的破坏裂缝线基本吻合,说明石窟成形初期,因内能释放而产生的受拉区及其边界分界线是后来真正破坏的早期潜在不稳定源。这一结论对保护和维护石窟稳定性具有实际参考意义。实例表明,所建立的模型及分析方法是正确和合理的,方法及结论均具有通用性。     

岩石流变参数鲁棒辨识方法研究

基于室内岩石三轴蠕变试验资料对岩石的流变本构模型及流变参数进行辨识,是研究岩石流变力学特性的重要手段。由于受到试验条件和随机噪声的影响,试验数据中经常夹杂有异常值,采用传统的最小二乘法进行参数估计其结果往往会出现较大偏差。为了克服异常值对参数辨识结果的影响,引入统计学中的稳健估计理论,通过对实测的样本资料赋予不同的权重,采用双二次加权最小二乘法对流变参数进行估计。对比试验和计算结果表明,该方法能够有效地减小异常值对辨识结果的影响,在估值精度、收敛性、鲁棒性方面均优于传统的最小二乘估计方法。