基于土体中结构面的岩土工程问题探讨

土体中也存在结构面，并且结构面的存在与很多的岩土问题有关。为使土体中的结构面受到足够的重视，本文就其中的几个主要岩土工程问题进行了探讨，它们是：结构面对土体力学性质的影响、土体结构面对土体破坏的控制作用、有时可尝试用离散元等模型分析土体变形、土体中结构面上水的渗流和污染物的运移、结构面上土体力学参数问题、土坡稳定性问题、土与结构物的相互作用问题、土体中结构面与环境岩土工程问题等。     

地下工程突水的富水优势断裂

突水是地下工程常遇到的主要和危害严重的工程地质现象。工程实例分析表明，地下工程中大的涌水和突水大多与地质结构面，特别是断裂有关。文中分析了断裂控制地下水赋存和运移的规律，以及可能导致突水的富水优势断裂的特征。由于断裂突水的复杂性和众多的影响因素，将地质机制分析、经验判断和定量指标与评价模型相结合是重要的，也是可行的。文中介绍了一种富水优势断裂的量化分级方法，讨论了相应的预测与防治工程对策。     

广西合山电厂灰水对岩土层工程特性的影响

采用溶滤试验和渗透变形试验等方法,重点研究了广西合山电厂灰水对岩土工程性质的影响: 在灰水的长期作用下,溶解并带走土体中难溶的碳酸盐和Al2O3 胶结物等物质,造成土体骨架疏松,降低土体的胶结力,破坏土体的结构,从而使土体含水量、液性指数、渗透系数快速增长,土体渗透变形临界坡降则大幅度下降。因此,在灰水长期作用下,大大降低了土体抗变形和抗塌陷破坏的能力,加速土层中土洞的形成和发展。另外,灰水长期作用,还促进了岩溶作用,扩大了岩溶管道和裂隙,有利于塌陷的形成和发育。      

采掘工作面底板突水和防治原则的基本理论研究

本文共分五个部分。第一部分主要讨论了底板突水的机制，分别探讨了水压力中的静水和动水压力对底板破坏所起的具体作用，矿山压力中的动夺及静矿压破坏底板的具体作用，以及它们在采矿过程中的发展变化而造成突水的机制；第二部分论述了影响底板突水的地质和采条件，在地质因素中，讨论了下沉肝质条件下和存在构造条件下底板突水存在的差异及共同特点，采矿条件及采煤方法对底板突水影响以及突水规律。依据地质及采矿条件，对走向长     

抽水作用下先存断裂活化滑移机制研究

一些规模较大的地裂缝往往是在断裂构造的基础上先初步形成,然后在抽水作用下加剧活动,但是具体的作用机制是很复杂的.本文利用弱面破坏和滑移控制理论对先存断裂在抽水过程中的活化和加剧发展的机制进行了分析.结果表明由于先存断裂弱面的存在,岩土体中的应力场及变形破坏模式都发生了明显的变化,当抽取地下水时,水位下降引起的应力扰动,导致含断裂面的岩土体的平衡被破坏,使得上盘岩土体产生沿断裂面的滑移,从而加剧了地裂缝的活动.这一认识与以往认为地裂缝是差异固结沉降为主要控制因素的看法是有所区别的,进一步完善了抽水作用下地裂缝形成和发展的机理.     

府谷矿区矿井涌水实例及突水因素分析

在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,以冯家塔煤矿1201工作面为例,论述了府谷矿区矿井突水因素,认为大气降水、岩溶水和地表水是矿井充水的主要水源,断层、采煤形成的裂隙带是矿井充水的通道,小煤矿采空区是未来煤矿安全生产的重大隐患。运用突水系数和水文地质实验法,对矿区的突水危险区域进行了评价,指出井田西北部突水系数大于0.6,可能存在突水危险;清水川地堑断裂带内富水性及导水性弱,对煤层开采不会造成威胁。最后提出了加强矿井水文地质勘查、做好矿井涌水量观测等矿井防治水建议。     

福建省高速公路边坡病害类型分析

为解决边坡防护加固设计依据不足的问题,本文结合福建省高速公路路堑边坡工程实践,归纳了风化剥落、流石流泥、掉块落石、溜坍、坍塌、崩塌、倾倒、错落和滑坡等9大类路堑边坡常见病害类型,并对各病害类型的变形破坏特点进行分析：路堑边坡小规模变形破坏在富水土体中以流、溜、坍运动模式为主,在风化岩石中以剥、落运动模式为主;大规模变形破坏则受控于岩土体中结构面的空间位置及其组合形式,反倾岩层易产生＂倒＂,节理岩体易产生＂崩＂,残存结构面的软弱岩土体易形成＂塌＂,存在陡倾结构面和软弱坡脚的岩土体易形成＂错＂,以及沿特定软弱面做整体水平运动的＂滑＂等多种运动模式。     

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

基于模糊综合评判的路基易滑岩层优势结构面研究

优势结构面理论已逐渐在岩土工程中应用。首次将物元模糊耦合评价方法应用于岩体优势结构面的确定中,提出基于物元可拓法的模糊综合评判模型。该模型把易滑岩层的结构面状况作为物元的事物,以结构面的各项几何、物理参数指标及其相应的模糊量值构造复合模糊物元,通过关联度计算,实现对优势结构面的判定。该模型能很好地处理易滑岩层优势结构面计算过程中岩土体性质、规模、产状、分形优势指标及活动状况等不确定的模糊因素,为路基易滑岩层优势结构面的评判提供了一种新途径。此方法克服了传统方法确定优势结构面只考虑数量优势而忽略质量优势的缺点,使结构面评价更合理。通过介绍这种方法的基本理论和操作步骤,并在一工程实例中加以运用。可以看出,该模型有效地保证了工程优势结构面计算中评判的客观性和指标的相容性,大大提高了计算的精度与效率。     

内蒙古鄂托克前旗新上海一号煤矿111084工作面突水原因与机理

针对111084工作面发生的携沙突水事故,根据矿区砂泥质沉积建造特点以及煤层与含水层之间角度不整合关系,提出富水性指数和突水危险性指数概念,利用两个指数分别绘制富水性等值线图和突水危险性等值线图,结果表明:位于富水区同时又位于突水危险区是顶板突水的充要条件;在"离层蓄水"和"泥沙自封堵"双重作用下突水呈间歇式进行。研究成果为后续资源开采制定相应措施,避免类似事故的发生提供了依据。     

Exploration of Water Resource and Multiple Model for Water Resource Development in Karst Areas with the Preferred Plane Theory

According to the theory of preferred plane, preferred planes (faults) always control the distribution of bedrock fissure water and hold abundant groundwater. Thus, the exploration of fissure or karst water can be converted into searching for the watery preferred plane (WPP). In the paper, the characteristic of watery preferred planes is analyzed and a series of superior indices has been set up. It is introduced that WPPs are determined by the methods of geological analysis, superior index and complex geophysical analysis. Meanwhile, new multiple model for water resource development in the water-scarce areas of karst mountainous regions are advanced.     

地下开采中优势面控水控稳机制分析

优势面对矿区灾害事故发生展布具明显的控制作用。本文据诸多实例论述了地下开采中优势面的控水、控稳两类机制 ,并建立了相应的优势指标和评价准则 ,为地下开采灾害控制研究指出了一种新的思路和分析方法。     

裂隙随机分布条件下地下石油洞库水封性评价

以国内首个大型地下水封石油洞库工程为背景,在考虑洞库围岩节理裂隙的随机分布特征基础上,采用离散介质 流-固耦合理论对大型地下石油洞库水封性进行了评价。介绍了地下水封储油洞室水封原理与水封准则。通过室内结构面剪切试验获得了结构面参数,采用Barton-Bandis剪胀模型对结构面参数进行了校验。根据库区节理裂隙统计结果,建立了洞库围岩的随机节理裂隙网络模型。分析了不同水幕压力条件下洞室开挖后地下水压力分布情况、涌水量大小和洞库围岩变形与受力情况。分析表明：在水幕压力大于或等于75 kPa的条件下,洞室周围地下水压力满足水封准则;在水幕压力为75 kPa条件下各洞室涌水量在0.003~0.015 m3/d之间,拱顶沉降量在16~32 mm之间。研究结果可为地下水封石油洞库水幕系统设计提供依据。     

大型地下水封石油洞库水幕系统优化设计研究

水幕系统是决定地下水封洞库运营的关键,水幕孔设计是水幕系统的核心组成部分。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为背景,运用地下水渗流理论,研究水幕孔间距以及隙宽对地下洞室水封性的影响。研究结果表明,在陡倾结构面条件下,水平水幕孔的间距以及隙宽对水封性具有重要影响。在计算工况中,水幕孔间距为10 m时,水封效果最好;水幕孔间距为30 m时,无法满足水封要求;相同水幕孔间距条件下,隙宽越大,水封效果越好;主洞室拱顶区域,水封效果较差。研究结果可为地下水封石油洞库水幕系统优化设计提供理论依据。     

钻孔成像中结构面自动判读技术研究

通过钻孔数字成像系统得到地质钻孔的孔壁数字图像并研判地下地质结构是一种重要的地质勘查手段。对钻孔成像中的结构面信息的判读通常是由人工完成的,不同的人判读结果可能存在差异。钻孔成像自动辨识结构面系统首先对图像进行RGB(red红,green绿,blue蓝)到HSV(hue色相,saturation饱和度,value明度)颜色空间的转换,使得结构面信息突出显示出来,以利于图像的结构面提取;再对转换后的S分量进行图像滤波及增强等预处理,然后对图像进行分割,对分割后的图像进行数学形态学中的二值图像边缘提取和细化处理,快速分离出结构面信息,对结构面边缘进行有效的提取;最后采用正弦曲线的Hough变换对图像边缘点进行识别,可得到钻孔结构面的产状和厚度参数。以实际钻孔数字图像为例,经过钻孔成像自动辨识结构面系统提取了其中的4个结构面的空间参数,与人工判读结果比较,自动辨识得到的参数更精确,结果具有唯一性。     

大岗山水电站厂房断层控制区域微震监测分析

大岗山水电站地下厂房断层发育,两条陡倾角断层穿过厂房中后部,控制着厂房的围岩稳定性。拱顶处发育的断层由于开挖而出现塌方,需要对塌空区以及地下厂房进行稳定性监测。2010年10月建立南非综合微震系统（ISS）微震监测系统,对断层控制的厂房区域进行微震监测。采用能级分布法、时空分布法、能量指数法、位错法等对断层控制下的塌空区、厂房边墙、断层周边岩体进行了稳定性评价。监测表明,塌空区微震事件少,能级小;边墙岩体位移较小,微震事件数目较少;断层面间滑动位移分布不均,整体位移量不大,断层面岩体活动性不强。因此,断层区域在进行加固后,岩体整体稳定性有所提高,受断层影响较小,故地下厂房稳定性较好。微震监测对水电厂房开挖及运行期的安全稳定性评价有较强的指导意义。     

太行山前平原非河道条件下地下调蓄功能实验研究--以滹沱河冲洪积平原为例

摘要：通过实验研究探讨了太行山前平原地下调蓄能力,实验研究表明,在汇水坑渗、井灌和引水渠渗条件下,太行山前冲洪积平原地下调蓄功能不仅与地表积水深度、入渗时间有关,而且还与汇水总量的多少有关。单位时间渗漏量的大小与地表蓄水深度呈正相关关系。地表蓄水深度愈大,单位时间渗漏量愈大;累计渗漏量随着入渗时间的延长而增加,渗漏速率随着累计渗漏量的增加而减小。采用井灌方式进行地下调蓄的关键,是选择具有强渗透性的层位。     

采动影响下巷道围岩变形与破坏的弱结构面效应

岩体中弱结构面的产状要素和力学参数是影响深部巷道围岩变形和破坏的重要因素。通过对金川矿区地下开采过程中发生的与弱结构面效应有关的巷道变形特征、破坏模式与机理分析得出,在断层附近或穿过断层开挖时,往往会引起断层活化,引发巷道变形和破坏。当在节理岩体中开挖时会使围岩中低强度的节理裂隙等弱结构面正应力减小,抗剪强度降低,从而发生相对滑移、变形。此外,与巷道开挖相比,矿体开采的影响不仅在持续时间上,还是在影响以及程度上都是造成巷道变形和破坏的弱结构面效应更加显著的主要原因。     

陕北能源化工基地河川径流特征和产流机理

陕北能源化工基地东、西部河川径流特征迥异,产流机理和及“三水”转化关系各不相同,探讨径流的时空变化特征和产流机理是进行水资源合理开发、高效利用的关键。根据1956—2005年径流的系列资料,综合运用水文计算、基流分割、Mann－Kendall检验、特征指标等方法,分析了研究区河川径流的空间组成特征和年际、年内的变化规律,并对其产流机理和水资源开发模式进行了相关的探讨,认为：黄土沟壑区流域下垫面介质为粉土质黄土,不利于降水入渗而利于产流,径流过程线表现为暴涨陡落型,地表径流主要来自降水补给,宜采取以地表水为主、地下水为辅的水资源开发模式;风沙滩地区流域下垫面介质以风积粉细砂为主,利于降水入渗而不利于产流,径流过程线表现为平缓型,地表径流主要来自地下水补给,宜采取地表水、地下水联合开发的模式。     

孔隙水压力对锯齿状结构面剪切蠕变特性的影响

为探究孔隙水压对岩体结构面剪切蠕变特性的影响,自主研制了结构面一体化制作模具和多功能剪切流变仪,开展了孔隙水压力下锯齿状结构面的剪切蠕变试验,分析了孔隙水压对结构面蠕变变形、蠕变速率和长期强度的影响。试验结果表明：不同孔隙水压力下的结构面先后经历了瞬时变形阶段、减速蠕变阶段和稳定蠕变阶段,并且孔隙水压力的增大促进了结构面非线性特征的发展;随着孔隙水压力的增大,结构面瞬时位移、蠕变位移和稳态蠕变速率逐渐增大,而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低的趋势。根据试验结果,考虑孔隙水压力对模型参数的影响,将蠕变模型中的瞬时剪切模量、黏性剪切模量以及黏性系数替换为孔隙水压力的函数,构建了能够反映孔隙水压力影响的结构面蠕变模型,并对模型参数进行辨识,将试验曲线和理论模型曲线进行对比,验证了模型的正确性和适用性。研究成果对富水区岩体长期稳定性分析提供一定的理论指导。