引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应

本文应用孔隙弹性理论,探讨了引潮力作用下饱和地质岩体的力学响应.首先通过引潮力作用下饱和岩体的自由能表达式,得到岩体孔压与应力、应力与应变之间的关系;然后从引潮力作用下饱和岩体的平衡微分方程出发,结合流-固耦合理论,分析了饱水岩体应变与引潮位之间的关系;最后推导出饱和岩体的两大力学物理量--孔压和潮汐应力(平均应力)与引潮位之间的物理关系.模型表明:饱和岩体孔压与引潮位成反比,平均潮汐应力与引潮位成正比;比例系数不仅与岩体骨架的Lame系数有关,而且与Biot模量有关.将模型应用于会理川-18井水位变化分析,估计出水位响应系数D,并以此为基础,求得岩体孔压、潮汐应力与引潮位的相关系数(A和C)及Skempton系数B.最后对比分析了耦合条件下与不考虑耦合时得到的各参数之间的差异,分析表明:对饱和地质岩体而言,应力、孔压对引潮力的响应是流-固耦合作用的产物;研究其力学响应时必须充分考虑耦合效应.模型的建立,为研究引潮力作用下井-承压含水层系统力学、水动力学、与地震有关的断层力学以及引潮力触发机制的定量研究提供了基础.     

井水位对固体潮-气压综合作用的响应关系研究

本文基于井水位微动态对固体潮和大气压响应的物理机制, 运用水-岩耦合理论, 建立了井水位对固体潮-气压综合作用的响应模型。 以邛崃川22井和南溪川12井为例, 通过井水位与固体潮和气压原始曲线的对比及拟合分析, 对井水位对固体潮-气压综合作用的响应模型进行了验证。 结果表明, 两口井对固体潮-气压综合响应非常好, 井水位的变化均由固体潮和气压变化引起。 两口观测井中, 以南溪川12井的水位综合响应能力较好, 邛崃川22井水位受到较多的杂讯干扰, 水位曲线日变化较复杂。 对邛崃川22井进一步分析表明, 利用井水位时段平均值可有效消除观测误差, 用小时值计算时可以忽略井水位对气压响应的滞后效应。     

岩浆岩和变质岩边坡岩体结构类型的划分

在研究岩浆岩和变质岩特点的基础上,根据岩浆岩岩体结构体的大小、有无缓倾的结构面及岩浆岩散粒状边坡岩体的特征,将岩浆岩边坡岩体结构划分为4大类7个亚类;根据部分正变质岩边坡岩体结构与岩浆岩边坡岩体结构类似,部分副变质岩中发育的板理、千枚理、片理类似沉积岩中的层理,以及边坡岩体具有似层状岩体结构的特征,把变质岩边坡岩体的结构划分为5大类11个亚类。岩体结构的划分为边坡稳定性研究、边坡病害治理及其工程效果评价提供了依据。     

松散破碎岩体锚固与监测技术应用研究

松散破碎岩体质量差、变形大、强度低,其加固技术难度大。合理有效的锚固技术是保证松散破碎岩体锚固效果的关键,采用压力分散型预应力锚索锚固因具有诸多优点而成为加固松散破碎岩体的有效技术。针对浙江金丽温（金华—丽水—温州）高速公路K81段边坡特点,综合考虑多种因素对支护设计方案进行优化,探索压力分散型锚索现场施工关键技术（如锚固力短期损失控制技术、补偿张拉控制技术和初始锁定值大小控制技术等）。现场监测数据表明,优化后方案可改善锚固效果,增强边坡稳定性。     

Cyclic shearing and liquefaction of soil under irregular loading: an incremental model for the dynamic earthquake-induced deformation

The paper presents a mathematical model for the deformation of soil under irregular cyclic loading in the simple-shear conditions. The model includes the possible change in the effective pressure in saturated soil due to the cyclic shearing, the reciprocal influence of the effective pressure on the response of the soil to the shear loading, and the pore pressure dissipation due to the seepage of the pore fluid. The hysteresis curves for the strain–stress relationship are constructed in such a way that they produce both the required backbone curve and the required damping ratio as functions of the strain amplitude. At the same time, the approach enables the constitutive functions involved in the model to be specified in various ways depending on the soil under study. The constitutive functions can be calibrated independently of each other from the conventional cyclic shear tests. The constitutive model is incorporated in the boundary value problem for the dynamic site response analysis of level ground. A numerical solution is presented for the dynamic deformation and liquefaction of soil at the Port Island site during the 1995 Hyogoken-Nambu earthquake.     

岩体力学参数变异性及取值方法

受结构和赋存环境的制约,岩体力学性质及其力学参数具有显著的时间和空间变异性.岩体力学参数和岩体质量从不同的侧面反映了岩体力学性质,两者具有必然的关联性,故可用相对简单的岩体质量评价来选取岩体力学参数:按地质条件将岩体空间离散为若干连续微元体单元;采用Q、RMR和BQ等方法逐一对各单元开展岩体质量评价,并利用岩体质量与岩体力学参数间的关系(如Hoek-Brown经验准则)计算其力学参数;综合各单元的计算结果确定反映连续岩体空间内空间变异特征的力学参数.以某水电站地下洞室群为例,实现了工程区围岩力学参数的不连续取值.     

KV法在判定岩体完整性中的应用

使用某花岗岩体内16个钻孔的资料,用KV法分别对该岩体的强、中等、微风化层的完整性作出判断,并与钻孔揭示的实际情况进行比对,结果证明:在具备大量、较准确的波速测试数据的前提下,用KV法判断岩石的完整性所得出的结论和实际情况几乎完全一致。     

垂直向地震作用对节理岩体失稳破坏的影响

基于线弹性断裂力学理论分析了垂直向地震作用对节理岩体地震动力破坏的影响。在仅考虑峰值时,最不利的单向地震动加速度方向是水平倾向坡外,双向则依据破裂机制是拉剪或压剪,加速度分别是水平倾向坡外与向下或向上的组合。地震动的幅值、作用方向及双向地震动的组合都可使岩体的破坏机制发生转化,并且是突变的、不可逆的。较低峰值的双向地震动产生的应力强度因子可能大于较高峰值的单向地震动所产生的应力强度应子。在岩体节理分布特征和静态应力场一定的初始条件下,第一个导致岩体中产生破裂的地震动加速度幅值及其方向的组合唯一地决定了岩体不可逆破坏发展的方向、机制及最终的破坏特征,其复杂性远大于静力作用时的情况。对岩体地震动力破坏问题的认识应充分考虑垂直向地震动的重要影响。     

强震区岩体地震动力破坏特征

岩体的地震动力破坏是岩体动力学的重要组成部分,但研究较少.本文分析了缺乏研究的原因;将岩体地震动力破坏划分为6种形式即:滑坡、崩塌、剥落、塌陷、地裂缝和岩体松动,其中岩体松动是震后产生次生地质灾害的重要原因;按照动力作用方式、岩体地震动力破坏的应力状态和破坏机制对岩体地震动力破坏进行分类,并探讨了地震滑坡和非地震滑坡的区别;讨论了岩体地震动力破坏的5个特点:不均匀性、重复性、丛集性、结构控制性和广泛性.     

大足石刻北山168窟围岩病害高频瑞雷波成像

大足石刻北山168窟为五百罗汉窟,开凿于1119年至1125年,窟高3.3m,宽3.14m,进深7.1m,是大足石刻中尺寸较大的一个重要洞窟。目前,168窟围岩裂隙风化病害十分严重,面临失稳坍塌的危险。为制定针对性的长久保护措施,需查明168窟围岩病害的现状。通过现场调查、物探、钻探等技术手段,获取了大足石刻北山168窟及邻近区域的工程地质条件。进一步,采用高频瑞雷波探测技术对168窟顶板岩体进行瑞雷波相速度成像,考虑168窟顶板岩体特定的围岩边界条件和场地工程地质条件,对洞窟顶板岩体瑞雷波相速度-深度成像剖面中的低速区分布进行成因分析和解译,揭示石窟顶板岩体风化现状和节理裂隙的发育情况。为分析评价洞窟围岩稳定性和石窟保护工程设计提供基础性地质资料和必要的计算参数,也为相关技术在文物保护工程的应用提供经验和借鉴。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

Assessment of soil liquefaction incorporating earthquake characteristics

This paper investigates the effect of nature of the earthquake on the assessment of liquefaction potential of a soil deposit during earthquake loading. Here, the nature of the earthquake is included via the parameter V, the ‘pseudo-velocity’, that is the gross area under the acceleration record of the earthquake at any depth below the ground surface. By analysing a number of earthquake records from different parts of the world, a simple method has been outlined to assess the liquefaction potential of a soil deposit based on the pseudo-velocity. For many earthquakes occurred in the past, acceleration records are available or can be computed at the ground level or some other depth below the ground surface. Therefore, this method is a useful tool at the preliminary design stage to determine the liquefaction potential before going into a detailed analysis. Validation of the method is carried out using a database of case histories consisting of standard penetration test values, acceleration records at the ground surface and field observations of liquefaction/non-liquefaction. It can be seen that the proposed method has the ability to predict soil liquefaction potential accurately, despite its simplicity.     

不同变形失稳模式下隧道围岩稳定性判据研究的进展

计算机模拟隧道围岩失稳研究的困难在于失稳模型不清楚、失稳判据不明确。本文综合分析了目前国内外应用的隧道稳定性判别方法,总结了不同变形失稳机制下的计算模型及其量化的破坏判据,分析了各种方法的研究进展和存在局限,为围岩稳定性数值模拟提供快速、合理、可操作的判据。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

弹性波CT技术在大足石刻岩体破碎带探测中的应用

大足石刻是中国现存的重要石质文物之一,具有重要的历史和文化价值,其中有的石刻造像曾被列为国家石质文物保护“一号工程”;最近,文物保护部门又启动了对危岩体的加固和防渗工程。为确定大足石刻宝顶山大佛湾岩体中破碎带发育情况,应用跨孔弹性波CT技术对指定位置的工程岩体进行了探测。CT探测得到的岩体弹性波速成像清楚地揭示了两个钻孔之间岩体中破碎带的规模和产状,与岩体所在的区域地质构造应力场作用协调一致,证明了探测成像结果的可靠性,为大佛湾岩体的渗流和稳定性评估提供了依据。     

疏勒河断裂中段构造及地震活动对北山岩体稳定性的影响

以疏勒河断裂带中段及北山地区遥感图像解译资料为基础，通过对该地区重力场深部构造特征、地震活动特征以及活动性构造的应力状态、发震力学条件的分析，对北山岩体进行了地质稳定性评价，认为疏勒河断裂及其北山岩体是地壳稳定性较好的地区。     

SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析

结合黏弹性人工边界的时域波动输入方法和显式有限元法,设计了含垂直断层三维场地的SH波输入方法。基于建立的输入方法,研究了垂直断层对隧道地震响应的影响,并通过自由场算例验证了该方法具有较好精度。数值模拟结果表明:对于断层迎波侧的隧道结构,断层会对其地震动响应产生显著的放大作用,对于断层逆波侧的隧道结构,断层会对其产生隔离地震动的作用;相对周围围岩,断层介质的剪切波速越小,其产生的放大效应和隔震效果也会越显著;断层宽度越小,其对隧道地震动响应的影响范围也就越小,但是断层宽度的变化对于断层两侧隧道的地震动响应的影响并不明显。     

预应力锚索加固石窟岩体的地震动力响应研究

根据锚索加固石窟岩体的特点,以甘肃安西榆林石窟的三个典型的工程段为例,通过动力有限元的方法对地震荷载作用下预应力锚索加固石窟岩体的位移场、应力场的模拟计算,得出了其动态响应和变化规律。并通过对地震荷载的频谱特性分析,揭示了地震荷载的特征周期对锚索加固石窟围岩的动力响应结果的影响。     

基于岩体波速和Hoek-Brown准则的初始地应力场参数计算模型研究

在初始地应力场参数计算中引入岩体波速,通过基于岩体波速的Hoek-Brown准则建立初始地应力场中水平地应力σ_H的取值范围Δ_(σ_H)计算模型,并通过实测地应力数据验证了Δ_(σ_H)计算模型的合理性。在Δ_(σ_H)计算模型的基础上,推导出了σ_H/σ_V(水平地应力/垂直地应力)的取值范围Δ(σ_H/σ_V)计算模型,并通过Δ(σ_H/σ_V)计算模型从岩体稳定性的角度对σ_H/σ_V在地壳表面和深部的分布现象进行合理解释。通过Δ(σ_H/σ_V)计算模型给出的σ_H/σ_V的取值下限(σ_H/σ_V)_(min)和取值上限(σ_H/σ_V)_(max)算出侧压系数λ,并给出了侧压系数λ与深度h之间的函数关系λ=ah~b+1。     

饱和砂土不排水单调剪切特性试验研究——考虑剪切过程中变化的总主应力方向的影响

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对相对密度Dr=30％的福建标准砂,进行了不排水条件下的单调剪切试验。在剪切过程中,控制平均固结应力和中主应力系数保持不变,而总主应力方向不固定。与剪切过程中总主应力方向固定不变条件下的单调剪切试验进行了对比分析。试验研究表明,当饱和砂土试样具有水平沉积面时,初始固结主应力方向与剪切方向的不同组合,导致单调剪切过程中总的主应力方向的不断变化,从而显著地影响着饱和砂土不排水单调剪切特性。总的主应力方向是影响饱和砂土不排水单调剪切特性的最根本原因。