岩体结构特性及其对岩体稳定的影响

社会主义革命和建设的飞速发展,推动了新中国工程地质科学的前进。大量的工程实践证明,岩体在工程作用下的变形、破坏、受其内在结构的控制。     

论岩体稳定之“关键块体”问题

正"关键块体"是指在地下工程岩体稳定、边坡工程岩体稳定和地基工程岩体稳定中起关键抗滑阻挡作用,一旦失稳将引起整个工程岩体结构系统破坏,造成地下工程围岩垮塌、岩质边坡开裂滑移乃至发生滑坡或地(坝)基岩体楔形剪出的层状或块状岩体。简言之,"关键块体"即岩体结构体系中对整体稳定性起到关键作用的地质块体。岩体是在地质历史发展过程中形成的地质体,由各种成因的地质界面(岩层面、节理、裂隙或断层     

滇中红层工程地质特性研究

介绍滇中红层形成的地质历史背景,红层分布范围,主要地层岩性及区内地质构造。重点讨论滇中红层特别是红层软岩的岩体原生结构,及后期受构造改造的岩体结构特性,岩体风化特性,岩体水理作用特性,岩体物理力学性质等四方面的工程地质特性。     

论岩体力学模型

岩体力学是研究现状的地质体受力条件改变时产生变形、破坏及其力学性质形成规律的科学。地质体与一般材料不同,由于其成因和经历的历史过程不同,致使其成分、结构及其形成条件不同。故现状的地质体当受力条件改变时,其力学作用,即变形和破坏机理亦不同。在进行岩体力学研究时,必须清楚地看到这一点。当前岩体力学研究成效不大的重要原因之一,就是没有注意地质体这一特点,在进行岩体力学研究时,不加分析地把地质体一律做为连续介质力学模型处理,显然是不合适的。     

岩体结构控制下的斜坡变形特征

为了分析岩体结构与斜坡变形的作用关系,以巴东城区为例,探讨了区内主要地层（三叠系巴东组第2段T2b2、第3段T2b3）岩体结构在内、外动力地质作用下的演化过程,进而分析了不同类型岩体结构控制下的表层斜坡的变形特征。结果表明：内动力地质作用过程中形成了岩体结构,而外动力地质作用改造着岩体结构;根据沉积成岩、构造作用过程中所形成层理、节理、劈理的发育程度,可将岩体划分为层状结构、块裂结构和碎裂结构;风化、水等外动力地质作用对岩体结构的改造结果受控于原岩结构;巴东组第3段层状岩体多沿层间软弱夹层顺层滑动;巴东组第2段互层状岩体,层间差异崩解作用易形成崩塌;结构面的组合关系、发育规模控制着块体失稳的形式和规模;密集发育的劈理将岩体分割呈碎裂状结构,卸荷松动下呈膝状弯曲。这些认识对巴东地区斜坡灾害分析、防治具有一定的指导意义。     

断裂构造研究进展对工程地质学的启示

在长期地质作用下形成的岩体和岩体结构是工程地质学研究的基本内容，它们的形成和演化主要受控于构造作用，而系统地解析体所经历的构造作用是认知岩体结构，抽象和概括岩体工程地质模型的突破口，因此，重视和应用现代构造地质学研究的新理论，新方法必将会对岩体工程地质学研究起着重要的指导意义。本文系统总结了与工程地质研究相关的现代构造地质学理论和思维观的研究进展，在此基础上分析了这些理论方法对工程地质工作的启示和指导意义，希望起到抛砖引玉的作用。     

黄河大柳树坝址岩体松动机制动力数值模拟研究

黄河黑山峡大柳树坝址区存在大面积、大范围的岩体松动现象,主要特征是岩体应力释放,结构面张开,密度显著下降。为进一步研究岩体松动的成因机制,在详细地调查区域地质背景条件及区域地震动力作用基础上,提出了地震动力作用与岩体松动现象的内在联系,通过三维有限元数值模拟计算,进一步证明了大柳树坝址区存在的大范围岩体松动与历史上该地区发生的强烈地震具有密切关系。因此,在目前的工程地质条件下,一旦发生同样规模的地震活动,坝址区所遭受的破坏程度会更大。     

三峡库区望霞危岩体孕灾地质环境条件分析

危岩体是一种典型的灾害地质体,其形成、变形与破坏受控于地质环境条件,地质基础要素在孕灾的过程中起着决定性作用,各基本地质要素与灾害形成的关系是研究危岩体变形规律和破坏机理的关键性问题。通过对三峡库区望霞危岩体区域地质构造作用分析,横石溪背斜构造解析,各类地质结构面发育特征统计和危岩体岩性组合方式及工程地质条件剖析,结合危岩体两次变形破坏过程,分析各因素对危岩体的形成及变形的关系。研究认为:孕育望霞危岩体的横石溪背斜雏形形成于印支期的隆升阶段,至燕山主期形成褶皱主体,后期则以继承性改造为主,危岩体的形成及孕育主要集中在背斜核部区域,枢纽位置尤为发育。控制危岩体变形的5条关键裂缝与顶部发育的"V"字形裂缝关系密切,其是在纵弯褶皱作用下背斜顶部脆性岩层受到强烈的拉裂影响,叠加台阶式层间滑动作用,形成与轴面近于平行的拉张裂缝。在望霞危岩体中发育多组地质结构面,其中原生结构面对各条关键裂缝及关键块体提供基础背景值,控制其规模、范围及变形强度。控制着变形关键部位特别是前缘软弱层变形位置、牵引区段及强烈程度。构造结构面主要控制关键裂缝的延伸方向、距离及样式,控制关键块体的变形方向,裂解范围及规模,掉块及崩裂位置,控制危岩体底部关键部位即压张裂缝的形成位置、张开度及位移方向。次生结构面主要控制后缘变形区,对各条关键裂缝控制其继承性变形,控制关键块体扩张,对岩体裂解破坏至关重要。同时,望霞危岩体在地层岩性上构成了典型的硬—软—硬岩性组合,为危岩体的变形提供了地质结构组合条件,其底部大面积的采空区控制着危岩体整体滑塌变形。     

有限单元法在地质力学中的应用

地质构造体和岩体是一种岩性和结构高度变化的非连续而且非均一的介质,在压力(包括岩体中的间隙水压力)和温度的作用下所产生的变形和破坏现象,不仅为非线性关系,并随空间和时间而变化。对某一点而言,这种关系会由于作用力的大小和时间的长短,由弹性过渡到塑性或粘性状态。对整体而言,在同一时间内,却会在不同的部位出现不同的应力状态和变形的程度。     

对岩浆作用与内生金矿产的若干关系探讨

概述岩浆作用和岩浆岩与内在金矿产的一般关系。进一步探讨金丰度与赋矿岩浆岩，金丰度与控矿岩体，区域岩浆作用控矿，复式岩体各期（次）金丰度及其所控金矿的形成时代，碱性岩浆岩和碱性交代岩控矿，中一新生代岩浆作用与赋存在前中生代地质体中的内生金矿产，岩浆作用控矿与赋矿岩浆岩等问题。     

坚硬火成岩岸坡岩体结构的表生改造和时效变形

在我国西南西北地区一些在建和拟建的大型水利枢纽工程的坝址区,大量的工程地质研究表明,这些地区浅层岩体的表生改造和时效变形相当发育,它们对岩体的工程地质特性及斜坡岩体的稳定性有显著的影响.本文在现场大量地质调研的基础上,对一由花岗岩构成的坝区所产生的上述现象作了详细的研究,探讨了岩体结构表生改造的力学机制和典型鉴定特征,建立了相应的地质力学模型,并对表生改造及时效变形对岩体工程地质特性的影响作了简要讨论。     

大柳树坝址岩体破坏机制分析

大柳树坝址区存在大面积、大范围的岩体松动破坏现象。为进一步研究其松动破坏的成因机制,在详细调查区域地质背景条件及区域地震动力作用基础之上,提出了地震动力作用与岩体松动现象的内在联系,并通过动力模拟试验和动力数值分析,进一步证明岩体松动破坏现象与历史上该地区发生的强烈地震具有密切关系。因此,在目前的工程地质条件下,一旦发生较大强度的地震活动,坝址区所遭受的破坏程度会更大,对拟建的水利工程设施将产生严重威胁。      

沪蓉西马水河大桥岸坡稳定性评价

马水河大桥是沪蓉国道主干线关键性工程,大桥桥头边坡地质条件复杂,构造发育,边坡整体稳定性对大桥施工和安全运行影响很大,但其整体稳定性非常难以判断。如何在计算中反映马水河大桥岸坡的地质结构、岩体结构特征及岩体结构面网络以及变形破坏模式,是决定岸坡稳定性分析结果客观性的重要因素。基于岸坡地质条件、地质结构和岩体结构面网络模拟的有限差分数值分析方法和数值分析模型,分别模拟了边坡在天然状态下、桥荷载作用下及水位升高50 m情况下的应力状态和变形大小。研究结果表明,在桥荷载作用下,斜坡应力场局部影响较大,深度达50 m,因此建议桩基设计时应加大桩基断面尺寸以改善桩体承载力。     

统计岩体力学(SMRM)——岩体工程地质力学的传承与发展

本文是中国地质学会工程地质专业委员会和中国科学院页岩气与地质工程重点实验室第五届谷德振讲座主讲报告。本文简要回顾了谷德振先生岩体工程地质力学的核心价值和历史贡献,系统介绍了30年来统计岩体力学理论和应用技术探索对岩体工程地质力学的传承和发展。统计岩体力学借鉴经典统计物理学的思想方法,提出了岩体结构几何概率模型、断续介质连续等效的断裂力学能量原理、岩体结构-应力协同控制原理、岩体强度的弱环控制原理、断续裂隙网络渗流力学原理;建立了裂隙岩体本构模型、岩体全过程变形分析方法、高储能岩体特性与岩爆机理模型、圆形硐室围岩弹性变形解析解;发展了岩体数据现场采集技术与装备、全空间方向岩体结构参数、力学参数、渗透系数计算方法,以及各向异性岩体质量分级、工程岩体主动加固方法;开发了岩体工程参数计算系统和数值分析工具JointModel。统计岩体力学的建立对岩体工程地质力学和岩体力学理论与技术进步起到了重要的推进作用。     

溶蚀岩体三维随机洞体数学模型的设计

溶蚀岩体是地质体中一种特定的岩体 ,它在水流等自然因素作用下 ,生成了许多溶蚀洞体 ,本文首先对作为其载体的三维地质体进行数学描述和显示 ,然后对如何确定椭球洞体形状和大小、复杂洞体的生成、三维随机洞体的数学模型以及确定性洞体的数学描述和计算机显示进行了详尽的阐述。本文提出的溶蚀岩体三维随机洞体的数学模型为溶蚀岩体的溶蚀率和渗透特性的研究提供了可视化手段 ,能够有力地指导溶蚀岩体三维随机洞体的计算机显示的编程实践     

多尺度岩石渗透特性的试验研究

岩体赋存于一定地质环境中,经过漫长的地质构造作用,形成由连续性状的岩石材料和非连续性状的各种地质结构面组成的复杂地质体。渗透率是影响这种复杂岩体渗透特性的重要参数之一,渗透率选择的正确与否直接关系到裂隙岩体渗流分析结果的可靠性与工程稳定性。采用室内试验的方法,结合达西定律确定裂隙岩体的渗透率。通过自行研发的5种尺寸压力室测定不同尺寸岩石试样的渗透率,得到由不同裂隙、孔洞组合的岩石试样在稳定流、非稳定流下的渗透率,并由此分析得到多尺度岩石的渗透特性。从多组试验结果中分析可得,随着岩石试样的尺寸增加,岩石的渗流通道增多,从而渗透率增大,但增大到一定程度后会趋于稳定,这一渗透规律对实际工程有指导意义。     

西藏首次发现含金刚石的阿尔卑斯型岩体

中国地质科学院地质研究所铬铁矿研究队,曾于1976—1978年间与西藏地质局第二、五地质队合作,对安多岩体和曲松岩体的地质成矿特征进行了研究。发现这两个岩体的岩石具有独特的结构和构造并显示受高压作用的特点;在岩体的人工重砂和天然重砂样品中存在着如铬镁榴石、碳化硅、自然铬和高铬铬尖晶石等金刚石伴生矿物。据文献及岩体的地质特征,认为有可能赋存金刚石。     

复杂变形区工程地质解析方法探讨——以丹巴水电站为例

三维地质结构是岩体力学计算和稳定性评价的基础,也是岩体力学分析最大误差来源。强变质变形的复杂构造区由于地层失序无法用常规地质方法建立地层-构造三维模型。位于松潘-甘孜造山带东南部的丹巴水电站工区经历角闪岩相变质和多期剪切-挤压构造变形,地层序列混乱,构造格架复杂。二云母片岩等软岩层分布规律和厚度更是影响工程岩体稳定性的主要因素。结合工程地质勘查要求和丹巴地区地质特征,以构造历史分析为主线,综合利用构造解析方法对工程区岩体的原岩类型、变形机制和构造演化历史进行了恢复,认为丹巴工区主期片理化岩体形成于15~20km的剪切型构造置换和构造堆垛作用下,提出了丹巴工区以顺层剪切和多层次滑脱为主的变形模式。在丹巴工区单斜层中识别出多套基本岩性段,将软岩基本厚度限制在328m,在"大套有序、小套无序"岩层序列基础上建立了丹巴工区三维地质结构,在此基础上提出了复杂构造变形区工程地质勘察的基本思路。     

红层软岩遇水失稳特性及建井实践

介绍了苏鲁豫皖边界地区中新生代红层的地质概况、物质组成及岩体结构,分析了红层软岩遇水膨胀崩解特性及影响因素,对井筒通过红层时所采用的方法进行了评价。      

地质结构控渗效应初探

将地质控制论与岩体水力学相结合,认为地质结构对岩体渗流具有最直接的控制作用。考虑岩体渗流的特点,对地质结构进行了合理分级。总结性提出地质结构控渗的四大效应:分级优先效应、分流交叉效应、非饱和效应和耦合效应。初步探讨了这四大效应的基本内容、相互关系及工程意义。