三轴及循环加卸载应力路径下深埋硬岩变形破坏特征试验研究

硬岩应力型脆性破坏对高应力地下工程围岩稳定构成严重威胁。为研究深埋花岗岩在高围压循环加卸载下的变形破坏特征,采用MTS815电液伺服岩石试验系统对某水电站地下洞室群花岗岩进行了10、30、40、50 MPa围压下的常规三轴及循环加卸载试验,得到相应的应力-应变曲线及变形破坏特征。研究结果表明:(1)不同围压下两种应力路径花岗岩试样均呈现明显的脆性破坏特征;(2)两种应力路径下,试样峰值强度、裂纹损伤应力随围压线性增大;弹性模量、起裂应力随围压先增大后减小;泊松比随围压先增大后保持不变或减小;(3)同等围压下循环加卸载的试样峰值强度、起裂应力、裂纹损伤应力和泊松比总体上大于常规三轴下的量值,卸荷弹性模量小于常规三轴下的弹性模量;(4)两种应力路径下试样的宏观破坏均以剪切破坏为主。研究揭示的花岗岩试样变形破坏规律对深埋地下工程围岩稳定的岩体力学模型选择、力学参数随损伤变量演化规律以及围岩支护对策的制定均具有显著的参考价值。     

三轴条件下软岩变形破坏过程的CT图像分析

采用X射线CT方法对一种软弱粉砂岩在三轴压缩条件下的变形破坏过程进行了实时观测,获得系列CT图像。软岩破裂成核现象在远离强度峰值前发生,完整岩石试件裂纹从外向内传播,裂纹演化基本方式表现为扩张和扩展的交替性。软岩屈服现象的本质是CT尺度裂纹演化,裂纹演化是软岩在峰值强度前的主要细观过程。     

红层软岩隧洞围岩变形破坏机制研究

红层软岩的物质组成、化学成分、物理力学性质等方面在国内外已有较系统的研究,但对软岩隧道围岩的变形破坏机理及其治理一直是工程技术人员关心问题。通过对回龙宫隧洞的地质环境分析及有限元数值计算,阐明了红层隧洞围岩的膨胀变形破坏机理,最后提出了在此类围岩中修建水工隧洞的过程中,防止围岩变形破坏的建议。     

红层软岩隧洞围岩变形破坏机制研究

红层软岩的物质组成、化学成分、物理力学性质等方面在国内外已有较系统的研究，但对软岩隧道围岩的变形破坏机理及其治理一直是工程技术人员关心问题。通过对回龙宫隧洞的地质环境分析及有限元数值计算，阐明了红层 隧洞围岩的膨胀变形破坏机理，最后提出了在此类围岩中修建水工隧洞的过程中，防止围岩变形破坏的建议。     

不同高径比下极软岩(泥岩)单轴抗压强度尺寸效应试验研究

以成都东部地区某工程项目勘察岩石试验成果为例,通过对岩石数据统计分析,发现泥岩在不同高径比下岩石单轴抗压强度数据呈现的差异性较大,对于岩石参数取值建议造成了很大影响。为进一步验证和分析尺寸效应对极软岩岩石单轴抗压强度的影响,通过建立对比试验模型、取样试验,分析了不同高径比的极软岩岩石单轴抗压强度差异特征,并对差异较大的原因和影响因素进行了阐述,对于工程勘察中极软岩单轴抗压强度试验的应用有一定借鉴意义。     

滇东北地区的软岩流变与边坡变形破坏

软岩经常与强度较高的坚硬岩层呈互层状或作为坚硬岩层的夹层在自然界出现。自然斜坡和工程边坡中的软岩,在大于其软化临界荷载的应力作用下产生的流变作用会直接影响边坡斜坡的稳定性。滇东北地区的岩石类型主要为中生界白垩系和侏罗系的砂泥岩,以及古生界的含泥灰岩夹层的碳酸岩,岩层以水平或近水平的缓倾角产出,由于地壳的抬升,河流的切割(如金沙江河谷、关河河谷等),河谷地区容易形成高陡岩质边坡和大型岩块堆积边坡。边坡的变形破坏主要是由于软岩夹层在高应力作用下流变产生的变形破坏,边坡变形破坏遵循特定岩体结构的软岩流变破坏规律,形成由下往上和由外及里的变形破坏,从而形成大型岩块堆积。     

广州地区软岩承载力的讨论

根据原位和室内试验资料,对广州地区软岩天然地基承载力的确定及嵌岩桩承载力计算参数取值中存在的一些问题进行分析讨论,提出了解决思路和处理建议.     

软岩边坡变形破坏规律及其 对城市设施的影响

以抚顺西露天矿大规模倾倒滑移变形体变形规律研究为例,探讨受软弱夹层控制的软岩边坡变形破坏规律及其变形破坏对城市工业设施的影响。     

软岩边坡变形破坏规律及其对城市设施的影响

以抚顺西露天矿大规模倾倒滑移变形体变形规律研究为例,受软弱夹层控制的软岩边坡变形破坏规律及其变形破坏对城市工业设施的影响。     

水-应力作用下软岩破坏面倾角的概率分析

破坏面倾角,即破裂面与最大主应力夹角,是进行岩体工程加固设计的重要依据,也是工程安全预警的基础。岩体赋存于自然环境中,其破坏面倾角受应力、结构面和水等条件的影响,这样,使得水-应力作用下其破坏面的倾角本身带有一定的不确定性,特别是对于软弱岩体。通常用Mohr-coulomb强度准则得到的破坏面倾角为45°+φ/2,是一个定值;实际上岩石破坏面倾角非定值,而是存在一个范围。因而有必要研究在水-应力作用下岩石破坏面倾角问题。本文针对华南红层典型软岩-粉砂质泥岩在水-应力作用下的破坏问题,首先从概率分析角度,利用岩石微裂隙的破坏概率分布函数,得到软岩破坏面倾角表达式;并利用TAW-100水-应力耦合岩石细观力学伺服三轴试验系统开展软岩在水同时作为赋存环境和围压时的三轴压缩试验,得到其在0和1MPa围压时破坏面倾角范围为50.3°~80.2°;将该破坏面倾角和Mohr-Coulomb强度准则得到的破坏面倾角值与实验结果进行对比,发现本文所建立的破坏概率方法与实验结果更为接近,表明本文方法有较好的合理可靠性。     

变质软岩路堤填料湿化变形规律研究

采用双线法,对十堰-天水高速公路安康西段的变质软岩路堤填料,在两种密度条件下进行了大型三轴试验,同一竖向偏应力下饱和与风干状态填料应变的差值即为湿化引起的应变,对其变化规律进行分析,结果表明：填料的湿化变形发展呈两个阶段,临界湿化应变的大小与竖向偏应力和围压的比值密切相关,同一密度、不同围压条件下的各曲线变化点的湿化应变值较为一致;填料密度增大,则变化点的湿化应变值增加,说明密度和围压不仅影响湿化变形的大小,还影响其发展规律。根据3种围压条件下的试验结果,对两种密度的填料,分别建立了填料湿化变形发展规律的公式,并用新的第4种围压条件下的试验结果进行校核,吻合程度较好。该公式可用于分析高速公路施工中路堤湿化变形的大小及发展规律。     

不同应力路径下岩石三轴卸荷力学特性与强度准则研究

基于3种不同应力路径下花岗岩三轴卸荷试验,研究了岩石的应力-应变全过程曲线和变形特征及其强度准则。试验结果表明,卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性后呈非线性关系,且其增长速率约为轴向应变增长速率的3～5倍,表现出明显的侧向扩容,其扩容程度与卸载路径有关;从不同围压与体积应变曲线所围面积可以看出,卸荷前围压越大,卸荷释放的能量越大;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随初始围压增大,总体上呈负指数分布趋势,且同一种卸荷应力路径时,变形模量的减小量随初始围压增大有所增大,泊松比随围压降低而不断增大,两者之间呈现明显的非线性关系;岩石破坏特征以剪切破坏为主;采用幂函数型摩尔强度准则很好反应了岩石的强度特征。研究结果对地下金属矿深部开采具有一定的指导意义和参考价值。     

软岩三轴卸荷流变力学特性及本构模型研究

以典型软岩－泥质粉砂岩为研究对象,进行了不同应力水平下的恒轴压、分级卸围压室内流变试验。试验结果表明,软岩在卸荷条件下的轴向及侧向流变变形较大,各向异性显著。在恒定围压较高时,轴向流变变形较大,而随着围压逐级降低,侧向流变变形发展较轴向更快,试样在破裂围压下的侧向变形远大于轴向。通过深入分析软岩卸荷流变试验成果可知,线性Burgers流变模型能较好地反映各级围压下流变曲线的衰减流变及稳态流变阶段,但对于破裂围压下的非线性加速流变阶段无法描述。基于上述分析,建立一个非线性损伤流变模型,采用Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对试验结果进行拟合,并获得软岩的非线性流变参数。经比较,拟合计算与试验曲线吻合程度很高,说明该流变模型能较好地反映软岩卸荷流变各阶段的曲线特征。     

点荷载强度指数估算与岩浆岩的单轴压缩强度的关系

单轴压缩强度是岩石工程建设中广泛使用的力学参数,直接确定单轴压缩强度相对耗时且较为麻烦。点荷载试验可以间接估算岩石的单轴压缩强度（UCS）,试验方式简洁。通过收集到的岩浆岩点荷载试验成果,分析结果表明,（1）大部分转换公式在点荷载强度指数较大时得到偏高的单轴压缩强度值,特别是对部分幂函数;（2）ISRM（American Society for Testing and Materials）建议的取值范围仍然高估了岩石的单轴压缩强度值。为更准确地估算岩石的单轴压缩强度,建议采用点荷载强度指数 的二次函数（见式（1））估算岩石的单轴压缩强度,适用范围为0.0 MPa < <15.0 MPa。     

岩石点荷载强度与单轴抗压强度线性关系试验

针对目前岩石点荷载试验大部分采用规则试件进行,试件加工制作及试验的过程繁琐、成本高的问题,通过自制点荷载试验仪以及RMT-150B岩石力学伺服试验机,对煤矿顶底板常见岩性进行不规则岩石试件点荷载试验和规则岩石试件单轴抗压试验。试验结果表明：不规则岩石点荷载强度基本上满足正态分布规律,同时,点荷载破坏载荷与破坏面积之间呈线性关系,不同载荷破坏面积对点荷载试验中的尺寸、形状效应基本上没有太大的影响。通过分析点荷载强度与单轴抗压强度两者间的关系,得出通过点荷载强度确定单轴抗压强度的经验公式。     

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%。     

红层软岩压缩破坏的分形特征与级联失效过程

基于不同围压条件下的红砂岩三轴压缩试验结果,采用数字图像相关技术对岩样外表面破坏形态进行全程观测,获得不同阶段岩样外表面破坏图像,分别对岩样破坏后阶段的图像进行分析。通过分形盒维数表征岩样外表面裂纹的变化情况,发现岩样破坏越严重,裂纹分形维数越高,且在最后破坏阶段裂纹分形维数出现突变,揭示岩样的破坏特征。引入级联失效数学模型,结合红层软岩内部的矿物成分与细观结构分布特点,概化出其结构的随机连接模型与破坏方式,分析红层软岩加载作用下的内部节点颗粒“容量-荷载”重分配原则以及节点颗粒失效后其初始荷载传递路径。结果表明,红层软岩在受载时为一个级联失效的分阶段破坏过程,级联因子通过级联路径不断传播、增多,级联失效越发明显,同时结合岩石破坏的变形损伤过程与其轴向应力-应变曲线分段特征,揭示该类岩石破坏的级联失效分级标准,为拓展该领域的研究具备一定的参考价值。     

基于广义Hoek-Brown准则强度折减法的岩坡稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性分析问题,开展了基于广义Hoek-Brown破坏准则强度折减法的研究。提出了判别强度折减法合理性的两个基本标准：与Mohr-Coulomb准则强度折减法的一致性和能否体现节理岩体的真实破坏特征。基于以上标准,对比了3种不同的基于广义Hoek-Brown破坏准则的强度折减方法：σci、mi,σci、GSI和mi、GSI均同比折减,理论分析表明：mi、GSI同比折减更符合前述标准。最后,通过对工程实例的对比研究,验证了这一结论,并提出mi、GSI同比折减更能体现节理岩体的真实破坏特征,因而其安全系数的计算结果也更加真实可靠。     

重庆沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度研究

岩石单轴抗压强度是工程勘察中最基本的岩体力学参数之一,已广泛应用于岩石地基设计、隧洞围岩分类、岩体质量分级、土石开挖分级和岩石地基验收中。重庆市区约70%面积坐落于侏罗系中统沙溪庙组地层之上,研究沙溪庙组地层岩石单轴抗压强度具有十分重要的意义。从工程勘察的实践出发,通过对重庆市沙溪庙组岩石抗压强度的统计和对软化系数的研究,建立了饱和抗压强度与天然抗压强度之间的经验公式。通过对计算值和试验值的大量对比,结果显示,计算值的可靠性高,可替代试验值,应用前景广阔。     

真三轴条件下Q2黄土的破坏模式与强度特性研究

基于西安理工大学自主研发的新型真三轴试验仪,对不同含水率Q2黄土在不同b值、不同固结围压条件下进行了真三轴试验研究,分析了真三轴试样破坏方式、中主应力对抗剪强度参数的影响以及π平面上的强度破坏面。结果表明,Q2黄土真三轴试样破坏方式主要有侧胀破坏、锥形破坏、梯形破坏、六边形破坏;不同b值应力路经条件下黏聚力与三轴压缩条件下黏聚力的比值在0.9～1.9之间,内摩擦角比值在0.7～1.5之间。土的结构性和土体破坏方式对π平面上的强度破坏面的形状影响较大,固结围压对π平面上的强度破坏面的大小影响较大;原状Q2黄土在π平面上的强度破坏面形状主要呈现梨形和轴对称六边形;随着结构性由强到弱,π平面上的强度破坏面形状由梨形向轴对称六边形变化。