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.     

软弱夹层微结构研究及其力学意义

对葛洲坝工程大江软弱夹层进行了研究,提出了微弱夹层微结构的一些类型,认为微弱夹层的抗剪强度随着其微结构的不同而变化。     

葛洲坝工程基岩稳定性的试验研究

本文综述了我所71～78年来为葛洲坝水利枢纽第一期工程进行的基岩稳定性研究工作,其中包括,地应力对基坑岩体稳定性的影响,粘土岩软弱夹层,特别是泥化夹层的长期稳定性和长期强度。通过地应力实测,证实了即使在褶皱轻微、地形平缓的红色岩层中仍可能有较大的构造应力存在,它的局部释放会直接影响岩体稳定。并且有力地说明了构造运动作用是粘土岩泥化的主要原因之一。根据对粘土岩的物理化学和力学性质以及物质结构特性的研究,指出了在外力作用下,当其亚微观结构或微观结构受到破坏时,因粘土颗粒大量吸水膨胀而可能产生泥化。根据现场和室内的剪切蠕变和室内的剪切松弛以及扭转蠕变试验结果,指出了粘土质粉砂岩、砂岩、粘土岩软弱夹层均具有显著的流变特性,提出了确定长期强度的方法。     

水电站大型地下洞室长期稳定性数值分析

围岩的流变特性是影响地下洞室变形及长期稳定的重要因素。在长期荷载作用下岩体会发生流变现象,特别软弱夹层在较高应力作用下其流变特性更为显著。以某水电站大型地下洞室为例,针对该地下洞室附近围岩存在着软弱夹层,且有些软弱夹层与开挖的洞室相互交汇,基于大型岩土工程分析软件FLAC3D,采用黏弹塑性流变本构模型（Cvisc）,模拟了地下洞室围岩的流变力学行为;根据主厂房顶拱位移变化率规律确定出了开挖洞室2次支护的时间,对比分析了瞬时弹塑性条件下与考虑流变特性条件下洞室开挖后围岩的位移变形、应力场及塑性区的分布。数值模拟结果表明,由于着软弱夹层的影响,洞室围岩发生较大的变形,特别是在开挖洞室与软弱夹层的交汇处围岩随着时间的长期变形量会更大,这对洞室的稳定性有着一定的影响;对于水电站地下洞室的长期稳定性分析,充分考虑岩体流变效应是非常重要和必要的。     

The stability of Foundation Rock in Gezhouba Project

The results of the stability study of dam foundation , including the effects of ground stresses on the stability of base masses and long-term stability and strength of weak intercalations , especially of clayey ones, are presented. It is proved that the considerable tectonic stresses exist even in red rock layers with slight folds and a gentle terrain and that the stability of masses are directly affected by local stress relief. It is found that sedimentary rock behaves like rheology. A method of deter-mining long-term strength of rheological rock is suggested.     

巴东组软岩非饱和碎屑土夹层的长期强度

巴东组软岩碎屑土夹层的非饱和蠕变特性明显、强度时间效应显著,研究其长期强度对含碎屑土夹层软岩路堑边坡稳定性分析有所帮助。为研究非饱和碎屑土夹层的长期强度问题,首先利用GDS非饱和三轴仪开展碎屑土夹层的非饱和强度、蠕变试验,得到其不同基质吸力下的应力-应变曲线、应变-时间曲线,分析基质吸力对其强度与蠕变特性的影响; 其次基于碎屑土夹层的蠕变曲线,利用等时曲线法确定其不同基质吸力下的长期强度。结果表明碎屑土夹层的长期强度较瞬时强度大幅降低,强度产生折损,损失率在34%~62%之间。碎屑土夹层的基质吸力越小,其长期强度越小,强度损失率越大。即巴东组软岩碎屑土夹层的饱和度越高,其强度越小,在荷载长期作用下的强度损失越大,且强度损失率增加的幅度随饱和度的增高而不断增大。     

软岩力学特性研究

本文讨论了软岩的基本特性。根据软岩的膨胀崩解耐久性、冻融作用、力学性质试验结果、, 分析软岩力学特性与赋存环境(含水量、地应力、温度)和时间的关系。总结了软岩的力学性质变化特征。并提出软岩强度取值原则。     

软岩流变相似材料的研制及物理模型试验应用

目前能合理模拟软岩流变效应的相似材料很少,而采用模型试验法研究软岩工程的长期流变效应也处于探索阶段。为给软岩流变模型试验提供合适的相似材料,研制出一种以铁粉、重晶石粉和石英砂为骨料,松香酒精溶液为胶结剂,液压油为黏滞剂的软岩流变相似材料。该相似材料强度低,流变性强,不仅可模拟软岩的瞬时弹塑性性质,也能较好模拟软岩的流变特性。假定骨料比例恒定,调节松香酒精溶液浓度m和液压油含量w,开展了一系列梯度配比试验。研究表明：（1）该相似材料的主要瞬时强度变形参数和西原模型流变参数均受m和w两因素的双重影响;（2）松香酒精溶液浓度越大,试样强度越大,流变性越小;（3）液压油含量越大,试样强度越小,流变性越明显;（4）相比松香酒精溶液浓度m,液压油含量w对西原模型各参数的影响更大,起主控作用。最终,将该相似材料应用于神华新街软弱砂质泥岩煤矿盾构斜井的长期流变模型试验中,试验结果表明：该材料瞬时力学性能和流变特性均达到试验要求,为试验取得良好结果提供了材料保证。     

岩体工程中流变问题的有限元分析

在岩体工程的稳定分析中时间常常是一项不可忽视的因素.但是目前进行的许多非线性分析工作一般说来仅考虑了岩体、节理等应力一应变关系的力学非线性性质和强度特性,对于时间因素很少顾及.特别是根据实测的节理面、软弱夹层等的流变性质进行相应的分析的例子还很少.     

FINITE ELEMENT ANALYSIS FOR RHEOLOGICAL PROBLEMS IN ROCK ENGINEERING

In this paper ,a practical approach to rheological behavior of joints and weak intercalations in rock mass is given .In finite element analysis with this method for a rock engineering problem ,good agreement is found in a comparison of the calculated results with the deformations measured .     

大陆层控构造学说的内容、由来及意义

李扬鉴在枫林煤系硫铁矿工作期间,对矿区顶板厚层石灰岩刚硬层与下伏煤系软弱层之间软硬相间结构产生的构造变动,进行了长期地深入地研究,发现了许多前人没有发现过的构造现象,萌生了大陆层控构造学说若干基本观点的雏形。尔后,他把自己过去的研究成果升华为具有普遍意义的理性认识,作为解决也呈上硬下软层圈结构特点的大陆岩石圈种种构造热点问题的钥匙,创立了一系列新概念新模式。在这些丰硕成果的基础上,吸取了有关科学领域的新成就,充分发挥东方人整体思维的优势,从多元角度创立了大陆层控构造学说。该学说主要意义在于:①提出了多元动力成因观,把地球自转力、陨星撞击力、重力和热力对地壳运动所起的作用,作出了统一的说明,发现了陨击事件与造山运动的耦合关系;②创立了秦岭印支造山带成因机制新模式;③初步建立了大陆层控构造与油气资源关系新的理论模型。     

绿片岩软弱结构面剪切蠕变本构模型研究

基于岩石双轴流变试验机得到的具有绿片岩软弱结构面的灰白色大理岩剪切蠕变试验曲线,对绿片岩软弱结构面的长期强度特性和加速蠕变特性进行研究,并在此基础上提出了1个新的非线性剪切流变元件,将该元件与西原模型串联起来,建立1个新的非线性黏弹塑性剪切流变模型,以充分描述绿片岩软弱结构面的剪切流变特性,采用绿片岩软弱结构面加速蠕变曲线,对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行了辨识,得到了绿片岩软弱结构面非线性黏弹塑性流变模型的参数,对流变模型与试验结果进行比较,结果表明,所建立模型是正确合理的。     

三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

三峡古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素,在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应。为了滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究。并在此基础上,给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型,即剪应力-应变关系采用双曲线模型,应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。     

软岩流变过程与强度研究

文中通过分析软岩流变特征找出流变速度与作用载荷之间的关系。利用U-相关曲线确定能够反映流变过程的4个特征点(流变起始点、等速流变起始点、加速流变起始点、流变破坏点).根据4个特征点的变化规律确定临界等速流变应力的方法和流变强度取值原则。     

岩体结构面剪切流变试验及模型参数反演分析

针对锦屏二级水电站地下洞室群围岩富含节理的实际情况,采用弱面直剪流变仪对组成隧洞围岩的主要岩样（板岩、大理岩）进行了含软弱夹层岩石的剪切流变试验,得出岩石夹层的剪应力-剪切位移时程曲线。通过对岩石夹层试验结果的分析,得出了岩石的长期强度参数,与快剪试验获得抗剪强度参数相比较发现长期抗剪强度参数有所降低,且凝聚力对剪切流变特性的影响略高于内摩擦系数。最后通过对6种模型的拟合分析,得出了适合岩石夹层的标准线性体流变模型,在此基础上通过反演分析得到了岩石夹层标准线性体黏弹-塑性剪切流变模型,并反演了该模型的参数。     

工程岩体强度的估算方法

岩体是由地质过程中形成的岩块和结构面网络组成。由于试件制备、加荷等均极困难,且昂贵而费时,难于像岩块那样进行大量试验来确定岩体之强度。所以,如何通过室内小试件试验来估算大岩体的强度成为工程地质工作者所关注的问题。本文介绍了两种用小试件资料估算大岩体强度的方法及计算实例。     

地下工程锚固界面力学模型及其时效性研究

地下工程锚固体接触界面的流变力学特性是锚固体产生时效性的重要因素。针对地下工程长期稳定性分析中常采用的锚固界面法向硬接触和切向黏结滑移突变常导致计算不收敛的困惑,建立了锚固界面法向刚度服从指数分布的软接触型式,并提出剪切面的非线性流变本构模型,解决了计算难以收敛的问题。该模型考虑了法向应力对剪切流变的影响,可以更真实地反映锚固界面流变的力学过程。将建立的锚固界面力学模型植入ABAQUS软件,并应用于地下工程的锚固时效性分析。研究成果表明：地下工程锚固界面产生的剪切流变导致锚杆应力增大,并使得预应力锚杆峰值的位置随着时间发生变化,且有向锚根转移的趋势。研究成果可为地下工程锚固的可靠性分析提供理论依据。     

贵阳蟠桃宫滑坡的稳定性分析和治理

蟠桃宫滑坡位于贵阳市东山南坡,其南边紧接蟠桃宫立交桥,西靠外环东路,东侧为一采石场。该滑坡东西长约70m,南北宽近60m,坡度为40°,其平面形状接近正方形, 总面积近5000m2,属岩溶地区的一个小型顺层岩质滑坡。地质上,组成该滑坡体的岩层为三叠系下统安顺组的一套浅灰色厚层状白云岩和紫红色薄层至中厚层状含铁质白云岩和泥页岩互层; 构造上,蟠桃宫滑坡为贵阳向斜东冀和东山断层南盘。整个滑体为一倾向南西的单斜构造。蟠桃宫滑坡的形成原因主要是人为修筑机场路开挖边坡,产生临空面,然后由于降水下渗进入滑体内部,尤其是经过后缘的一较大溶蚀裂隙渗透至泥页岩层使之软化成软弱夹层即泥化夹层,进而使其抗剪强度下降,导致整个滑坡体出现失稳而滑动,并引起山坡上许多民房地面及墙面开裂。根据地面地质调查,滑坡前缘及后缘等均形成纵向和横向的拉张裂隙。无疑,若不及时治理,一旦山体失稳滑动将会对人民生命及财产造成巨大的损失。本文主要涉及的问题包括对蟠桃宫滑坡产生滑动原因和力学机理的探讨,对其评价和治理方法的优选,以及治理后对滑坡的变形观测和评估等。该滑坡体的稳定性分析,主要是通过在现场地质和水文地质条件调查的基础上,对滑动带内的三个软弱夹层(即可能的滑动面)分别取扰动土样送室内作抗剪试验,并计算其相关的土力学参数。据此,在其后缘溶蚀裂隙充水的情况下计算最危险的第三个滑动面的抗滑稳定系数Fs值。计算结果表明,第三个滑动面的Fs值为1. 09,接近极限平衡状态,在外界因素影响下,很可能产生进一步的滑动。在对蟠桃宫滑坡的评价和治理上,通过对几种方法比较和论证认为,采用预应力锚索为主要的治理手段并与其它辅助手段相结合的方法,无论从经济上还是安全上都为最优的选择。通过在滑坡体的四个主要裂隙上设置9个观测点做原位变形观测证明,在使用预应力锚索治理过后整个滑坡体是稳定的。      

软弱夹层粘粒含量与抗剪强度参数的关系分析

分析表明,赋存环境相同、粘土矿物成分以伊利石为主的软弱夹层,在相同稠度状态下粘粒含量与抗剪强度参数具有很好的相关性。通过现场和大量的室内试验成果,建立了各种稠度状态下粘粒含量和抗剪强度参数之间的相关关系式,揭示了在研究粘粒含量对抗剪强度参数影响时,还应当考虑软弱夹层所处的天然状态。结合《温凝土重力坝设计规范》中提出的用粒度成分定量指标选取软弱结构面抗剪强度参数,对软弱夹层抗剪强度参数取值问题进行了探讨。     

软弱结构面粒度成分与抗剪强度参数的关系探讨

软弱结构面一直是水电工程建设中的一个重要工程地质问题, 选取合理的力学参数对大坝建基面的选取及未来坝基抗滑稳定性具有重大意义。本文在大量试验资料基础上, 研究了沉积岩地区某重力坝电站坝址区软弱夹层粒度成分和抗剪强度参数之间的相关关系, 建立了不同稠度状态下的相关方程。并结合《混凝土重力坝设计规范》中提出的用粒度成分定量指标选取软弱结构面抗剪强度参数, 对软弱结构面抗剪强度参数取值问题进行了探讨。