共轭节理形成时温度场及地应力场的推求

任何一种结晶岩体或某些沉积岩体,在其形成之后都遭受了若干次构造运动,每次构造运动都是在一定温度场和应力场下进行的,因此留下了遗迹。是否可以根据这些遗迹来推求当时的应力场与温度场呢?本文讨论了在一定条件下根据岩石共轭节理的夹角来推求共轭节理形成时温度场及地应力场的具体方法。根据岩石共轭节理的夹角,可以求出在共轭节理形成时的温度场下岩石的内摩擦角φ值,从而反推出共轭节理形成时的温度。在这种温度下,又可由试验求出岩石的内聚力c值,最后根据两种岩石的φ、c值,就可求出当时的最大及最小主应力值,进而求出应力场。     

四川盆地中部平昌县龙岗地区节理特征及应力分析

川中平昌县龙岗地区构造变形较弱,岩层近水平,地表构造变形多见节理。通过对龙岗地区2 000余条节理面及擦痕的观测、统计、分析,依据节理的发育特征和运动性质,发现该区发育的NE-SW和NW-SE向节理、NNW-SSE和NEE-SWW向节理、NW-SE至NNW-SSE和NE-SW向节理以及NNE-SSW和NWW-SEE向节理为4套平面X共轭剪节理。节理中以近EW走向最为发育,以走滑为主,逆冲次之。根据其相互切割关系,运用构造解析的方法,结合区域地质背景,对百余条多期(平面X节理及剖面节理)剪节理构造的古应力场(状态)进行反演,推测龙岗地区构造应力场的主压力发生了EW向→NW-SE向→NS向→NE-SW向的多次转换。     

节理岩体三维偶应力弹性理论

节理的存在使得岩体的力学特性十分复杂。偶应力理论考虑了介质内颗粒尺度的影响，它以具有一定尺度的微元体为研究对象，引进了偶应力及弯曲曲率的概念，从而考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响，可以用来解决岩土工程中的地下洞室底鼓、顶板开裂及反倾向层状岩体的弯曲倾倒等弯曲变形及弯曲破坏问题。本文考虑了节理间距的影响，对节理岩体的空间间题提出了弹性偶应力理论并建立了有限元计算模式，最后通过算例说明用偶应力理论解决上述问题的有效性。     

节理岩体应力波反演模型研究

通过分析垂直节理面入射应力波的传播过程,得出节理界面产生的各次回波波形函数表达式,确定波源处的振动组合,从而建立以该振动信号分析为基础的反演节理特征的模型。该模型不仅能反演出节理的一些基本特征,包括：节理的位置、节理内充填物的波阻抗、品质因子、以及节理宽度与波速比值,而且还能反演出节理另一侧岩石的波阻抗,这一成果无疑将扩大应力波在节理岩体测试中的应用范围。     

三向应力作用下节理岩体渗流-应力耦合特性

节理岩体渗流-应力耦合特性研究是岩石力学领域的重点和难点。水利水电工程与地下工程中天然节理岩体往往处于三向不等压应力状态,针对三向应力状态下节理岩体渗流-应力耦合特性研究较少。其中,单节理岩体渗流-应力耦合特性研究是基础。首先分析与探究了单节理岩体侧向应力作用效果及渗流作用机制,在单节理岩体渗透性-应力耦合分析模型基础上推导了单节理岩体渗流-应力耦合的理论公式。通过室内真三轴渗流-应力耦合试验,基于全局优化算法的非线性拟合及块体离散元数值仿真,验证了所提出理论公式的合理性。基于电路原理,给出了模拟电路与渗流问题的相似物理量,通过引入等效渗流阻方法,探究了典型的含正六边形主干节理网络的渗流-应力耦合特性。该研究结果对实际工程岩体的渗流分析有一定的参考价值。     

节理岩体中应力波传播规律研究的进展

讨论了位移不连续模型与特征值法结合的方法,对垂直于单一线性变形节理、多个平行线性变形节理、单一非线性变形节理,分别采用线性变形不连续模型、双曲线变形不连续模型(BB模型)进行的理论与相应的实验研究。用离散元程序UDEC,对上述问题进行数值模拟;用三维离散元程序3DEC,对节理岩体中三维波的传播进行的数值模拟。并用UDEC与有限差分程序AUTODYN-2D耦合,模拟爆炸过程及爆炸波在节理岩体中的传播。同时提出了几个有待研究的问题。     

用共轭剪节理计算及绘制主应力图解的BASIC语言程序

一个区域某一构造运动时期的应力分布状态,一般是用测量到的同一应力场作用所形成的共轭剪节理的产状求解出三个主应力轴的空间方位来表示,这是反演古构造应力场时经常应用的方法.目前利用极射赤平投影的方法来分析古构造应力场仍是一种行之有效的手段.本程序即按极射赤平投影原理,根据共轭剪节理的产状用PC-1500随机BASIC语言来求解三个主应力轴的产状及绘制主应力图解的.     

应力波斜入射对岩体节理端部的影响

岩体节理在受到应力波扰动时端部受力会发生不同程度的连续性变化,为具体分析这种动态变化与应力波入射角度之间的关系,引用岩石非线性法向本构关系与线性切向本构关系的组合模型以及相应的在P波斜入射节理的应力波传播方程,结合岩石断裂力学中Ⅰ、Ⅱ型裂纹尖端应力和位移场的相关理论,得出组合形式下的节理端部应力场和位移场随质点振速变化的计算公式。通过不同入射角的模拟脉冲信号作用对端部应力位移的变化分析：应力波斜入射节理导致节理端部上、下两侧应力与位移场非对称分布,随着入射波质点振速的增减变化,应力集中位置会出现变化;计算并整理模型中节理端部上、下两侧0.005 m位置的数据,节理法向刚度由入射波质点振速带来的变化直接影响到应力波的透射与反射,进而会导致端部的应力与位移出现滞后效应;节理端部横向位移值与入射角度并非单调变化,而竖向位移会随着入射角的增大呈现下降趋势。     

三峡坝区非对称共轭低缓角度剪破裂系

在岩石摩擦流变学理论指导下, 运用构造解析方法, 在三峡坝区岩体内多期的、复杂的破裂系统中, 识别出一个不对称的共轭低缓角度剪破裂系统.几何学和运动学标志证明, 这个影响大坝深层和浅层抗滑稳定性的共轭剪切破裂系统形成较早, 受岩体非均一性制约, 被后期破裂系统切错和改造, 是高流体压力控制下非对称共轴变形的结果.      

斜入射线弹性节理应力波传播特征的数值模拟

依据弹性波理论,应力波斜入射线弹性节理时会发生波场分解。根据入射、透射及反射各波形的不同到时,运用离散元软件UDEC模拟应力波在含倾斜节理岩体中的传播并计算其透射、反射系数,并分析其波型转换规律。应力波斜入射单节理时,模拟得到的透射、反射系数随节理刚度、入射角度的变化规律,与已有的理论解是吻合的。应力波斜入射一组平行节理时,随着节理间距的增大,其同类波的透射系数Tpp、Tss先增大后减小,最后趋于稳定值;节理条数越多,Tpp、Tss越小。此外,不同条数的节理,透射系数达到最大值的临界节理间距值基本一致,但趋于稳定时的节理间距值随节理条数的增加而逐渐增大。     

基于Google Earth影像分析区域性大型“X”共轭节理系统对宏观岩溶作用的控制

从黔南、桂北的航天遥感图像上可以清楚地看出,地表的宏观岩溶地貌明显地受控于区域性大型“X”共轭节理系统,此类节理构成一幅巨型的渗滤网,成为大气降水下渗的主要通道,从而导致被其穿透的岩石遭受溶蚀,形成以线性岩溶谷地为主体的岩溶景观。即水平地层分布区,呈片状“X”形网络结构;直立地层分布区,呈羽状条带结构。水体下渗至潜水面后,将主要沿“X”节理走向向当地最低侵蚀基准面排泄,从而形成复杂的地下管道网络系统。首次利用网上Google Earth影像研究喀斯特环境,解决了只能依赖航片和卫星照片才能研究地球地貌的瓶颈,这对地貌研究和喀斯特石漠化的研究和治理提供了廉价便利的影像材料。     

基于节理不确定性的可靠度分析

边坡稳定性一直是边坡安全的重点研究对象,针对边坡评价中常见的不确定性因素,可靠度分析是值得利用的方法。为评价某节理发育的岩质岸坡稳定性,通过有限元计算软件,结合现场勘探测绘数据,建立以边坡节理强度参数c、φ为输入变量,安全系数为输出变量的点估计（PEM）计算概率模型,计算结果表明:节理发育对该边坡变形具有明显控制作用;边坡整体可靠性较好,破坏概率极低。最后,通过蒙托卡罗法对可靠度结果进行验证,结果表明两种方法的计算结果不存在显著性差异。研究结果表明节理对岩质边坡稳定具有良好的敏感性,基于节理不确定性的点估计法分析边坡可靠度是一种有效的方法。     

渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响试验研究

为研究渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响,通过对6组人造节理试件恒定法向载荷和恒定法向刚度的压剪渗流试验,分析了应力和位移、节理水力开度以及透过率随剪切位移的变化趋势,获得了渗透水压对节理岩石应力-渗流耦合特性的影响规律。结果表明：节理试件的剪切应力和位移、水力开度以及透过率都与渗透水压密切相关。剪切应力随渗透水压的增大而减小,法向变形、水力开度和透过率却随渗透水压的增大而增大。在压剪渗流试验过程中,不同渗透压力的节理试件都发生了剪胀效应。研究可为深部岩体工程围岩遇水作用稳定性及渗流灾害控制技术提供科学的理论依据。     

双轴应力下非贯通节理岩体压缩损伤本构模型

针对目前节理岩体损伤变量定义中大多仅考虑节理长度、倾角等几何性质,而未考虑节理抗剪强度等力学性质的不足,基于断裂力学中的由于单个节理存在引起的附加应变能增量与损伤力学中的损伤应变能释放量相关联的观点,推导出了在双轴应力下含单条非贯通闭合节理岩体的损伤变量计算公式,并根据断裂力学理论对双轴压缩荷载下的单个节理尖端应力强度因子计算方法进行了研究,得出了应力强度因子KⅠ、KⅡ的计算公式;同时考虑多节理间的相互作用,给出了单组单排及单组多排非贯通节理尖端应力强度因子计算公式,由此建立了相应的节理岩体双轴压缩损伤本构模型,并利用该模型进行了相应的算例分析。结果表明：对含单条非贯通闭合节理的岩体而言,当节理倾角小于其内摩擦角时,岩体强度与完整岩石相同,岩体损伤为0,而后随着节理倾角增加,岩体强度、损伤随节理倾角的变化分别呈开口向上及向下的抛物线,当节理倾角约为60°时,岩体损伤最大,强度最低。随着节理长度增加,岩体损伤增加,而随着节理内摩擦角的增加,岩体损伤则减小;对含单组单排非贯通闭合节理的岩体而言,当节理总长度一定时,随着单条节理长度的减小及节理条数的增加,岩体损伤则逐渐减小,但其减小幅度与节理条数并不呈线性关系。     

节理剪切扩容效应的有限元分析

节理剪切扩容效应意指节理在剪切过程中,由于节理面的起伏不平引起节理体积和厚度增加的作用。在垂直节理方向上,节理常常受具有一定刚度的围岩,锚杆和锚索等约束。剪切扩容和刚度约束造成作用在节理表面正应力的增加,从而大大增加了节理的剪切强度。在模型研究,剪切扩容试验和结果分析基础上,编写了节理剪切扩容效应的有限元程序,并以某水电站地下厂房为例,说明它对洞室稳定和变形的作用。     

节理岩体锚杆的综合变形分析

在总结国内外对节理岩体中锚杆加固机制的试验研究和理论探讨基础上,综合考虑锚杆的切向和轴向变形能力,建立节理锚固锚杆在剪切荷载作用下的变形模型,将节理锚固锚杆的变形区划分为弹性变形段和挤压破坏段,引入表征挤压破坏段长度的变量,对锚杆与岩体的相互作用机制进行理论分析,推导了剪切荷载与剪切位移和轴向荷载与轴向位移的关系。通过分析锚杆的屈服破坏形式,得到了确定挤压破坏段长度的方法。最后,通过算例分析了挤压破坏段长度与锚杆直径、岩体强度、锚固角度等参数的关系,得到了以下结论：（1）节理锚固锚杆抗剪作用的实质是锚杆调动岩体的抗压强度抵抗节理切向荷载。在抗压强度较高的硬岩中,挤压破坏段局限于节理面附近,锚杆影响范围小;而在抗压强度较低的软岩中,挤压破坏段较大,而且会产生较大的剪切变形,锚杆影响范围较大。（2）锚杆屈服破坏形式与岩质和锚杆直径有关。硬质岩体发生剪切屈服,而较软岩体中容易发生弯曲屈服;小直径锚杆一般直接剪切屈服,而大直径锚杆可能发生弯曲屈服。锚杆屈服破坏后出现塑性铰,挤压破坏段范围在节理一侧约为直径的1～2倍,继续增加剪切荷载,挤压破坏段长度不再增大。（3）随岩质的不同,锚杆锚固节理的最优锚固角变化较大。岩质较硬时,最优锚固角度较小,反之则较大。     

节理岩体边坡的动力稳定性分析

阐述了动力离散元的原理及计算方法, 并将其用于一个受高烈度地震威胁的滑节理岩体边坡的动力响应分析与动力稳定性评价, 阐明了滑坡动力稳定性分析的必要性。     

节理岩体中锚索加固作用分析

简要介绍了锚索加固技术的应用,并对全长粘结式锚索在节理岩体中的锚固作用机理进行初步分析,同时对节理岩体中锚索加固的抗拉粘结强度及抗剪切强度的影响因素进行了分析。     

各向异性节理岩体边坡非线性分析

本文应用各向异性弹塑性模型对具有两组任意夹角的随机节理岩体重力边坡进行了非线性有限元分析,从而得出了一些有意义的结论。