岩体节理体积频率的计算方法及工程应用

利用Monte-Carlo原理进行三维结构面网络模拟是研究岩体内节理面发育规律最常用的技术手段,节理体积频率(v)则是影响结构面网络模拟正确与否的关键参数之一,需要根据野外实测节理线频率()进行换算。利用三维结构面网络模拟程序,提出了基于线频率反演节理体积频率的新思路。首先赋给某组节理一个初始体积频率,利用三维结构面网络模拟程序,生成只包含该组节理的三维网络模型样本,计算此模型中该组节理在测线方向上的线频率,不同体积频率(v)对应不同线频率(),进而可建立两者的函数关系,最后将测线方向上该组节理的线频率带入该函数即可确定其体积频率。以贵州省息烽县鱼简河水库坝址区岩体为例,按照上述思路根据测线法统计数据计算了节理体积频率,结果表明v与之间呈现出高度的线性关系。当节理圆盘半径服从对数正态分布时,v与max 的比值约为0.4~1.0,而当节理圆盘半径服从负指数分布时,v与max 的比值约为1.3~3.5。最后依据《工程岩体分级标准(GB50218-94)》 表3.3.1、 表3.4.3和 表3.4.4,分别基于线频率和体积频率对鱼简河水库坝肩岩体完整性进行了评价,结果表明,后者评价结果的可信度比前者高。     

大瑞铁路澜沧江大桥工程边坡岩体结构特征研究

岩体中结构面的展布及其组合特征决定了岩体的工程地质性质和力学性状,影响着岩体的破坏方式。大瑞铁路澜沧江大桥所处的澜沧江构造带,具有高地震烈度、活跃的新构造运动、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程等地质特征。工程区两岸节理裂隙等弱面发育,岸坡浅表改造过程强烈,导致岩体结构复杂。通过野外现场调查,对两岸边坡岩体结构面数据进行统计分析,采用x2检验与K-S检验法对结构面进行概率密度拟合,分析岩体结构特征。结果表明:(1)右岸的优势结构面有三组; (2)左岸的优势结构面有四组; (3)各组优势结构面产出状态数据均服从正态分布。在统计分析结果的基础上,建立两岸岩体结构的统计模型,并对边坡破坏模式进行定性分析,认为:(1)右岸边坡变形破坏模式为滑移 压致拉裂; (2)左岸结构面贯通性不好,主要的破坏模式是局部块体滑移。      

东天山星星峡缝合带早古生代强过铝质花岗岩的研究及其地质意义

铅炉子过铝质花岗岩带发育于中天山岛弧带南缘的星星峡缝合带内, 为一长条形的二云母花岗岩。岩体地球化学特征是高Si、Al和K, 低Mg、Fe的组份, 全碱含量中等, σ=174～19, K2O>Na2O, A/CNK>11, 属于高钾钙碱性过铝质花岗岩类（SP）。岩体的CaO/Na2O和 Al2O3/TiO2比值都相对较低, 分别为（006～007）和（489～553）; REE、Nb、Y含量和Rb/Sr、Rb/Ba比值相对较高; Rb、Th和LREE相对富集, Ba、Si、Eu、Ti、P和HREE相对亏损; εHf(t)=-23～+16表明岩体还具有较高的锆石同位素特征, T2DM变化范围为1 573～1 329 Ma。 这些地质学和地球化学研究表明铅炉子二云母花岗岩形成于后碰撞的伸展环境中, 是在高温、中低压条件下发生重熔形成的, 其源岩为古老的地壳物质和年轻的增生物质通过物理风化作用形成泥质岩。本文通过测年获得二云母花岗岩锆石LA ICPMS年龄为4445±22 Ma, 表明铅炉子过铝质花岗岩形成于晚奥陶世, 是中天山岛弧带和公婆泉岛弧带的碰撞时间的上限, 它也是中天山岛弧带与公婆泉岛弧带碰撞造山作用的产物, 是中亚增生造山带的增生方式之一。     

西秦岭党川地区泥盆纪花岗岩类地质地球化学特征及构造意义

党川地区位于祁连—北秦岭造山带结合部位,该地区分布有不同时期的花岗岩类,泥盆纪花岗岩类由党川岩体、火炎山岩体2个岩体组成。党川岩体岩石化学以富集SiO₂(SiO₂=72.29%～73.40%)、K₂O(K₂O∕Na₂O=0.86～2.01)、Al₂O₃(A ∕ CNK =1.05～1.20)为主要特征;火炎山岩体岩石总体SiO₂较低(平均69.70%),但K₂O(K₂O ∕ Na₂O =1.14～1.88) 、Fe₂O₃+FeO﹑MgO较高。岩体的共同特征是岩石属钾玄质系列,表现为过铝质岩石( A ∕ CNK大于1.0)的特征;微量元素相对富集Ba、Zr、Rb、Sm、Ta及Rb、Ba、Th、Nb等元素;稀土元素丰度总体较高,以富集轻稀土元素,发育明显的铕负异常和铕亏损,δEu值较低(δEu=0.36～0.61)为主要特征;岩石锶初始比n(⁸⁷Sr）/n(⁸⁶Sr）i 大于0.7070,氧同位素δ¹⁸O_SMOW较高(δ¹⁸O_SMOW=＋8.89‰～＋1108‰),岩体物质来源为上地壳,属浅源的壳源型花岗岩类,具S型花岗岩的特征,其形成与后造山阶段的大陆抬升作用有关。     

粤北下庄矿田晚白垩世辉绿玢岩的地球化学特征及其构造意义

晚白垩世太平奄组辉绿玢岩位于粤北贵东复式岩体东部,呈NNE向展布。 它具有相对富硅(SiO2=5391% ~ 5603%)、富K(K2O=178 %~ 302%)、富集大离子亲石元素,Nb、Ta、Zr、Ti亏损明显,LREE富集(LREE/HREE=935 ~ 1024),基本无Eu异常(δEu=084 ~ 100), 低的εNd(91Ma)值(-58 ~ -98)、较高的［n(87Sr)/n(86Sr)］i值(070899 ~ 071525)和典型的Dupal异常铅等特征,这些明显的岛弧火山岩的地球化学特征与其所处的板内环境具有明显的不协调性。这种不协调性反映,在太平奄组辉绿玢岩形成之前的漫长时期内,由于古太平洋板块及其沉积物俯冲过程中产生的流体对上覆地幔楔的交代作用而形成具有岛弧火山岩特征的富集地幔源区。太平奄组辉绿玢岩正是在晚白垩世时期地壳伸展和岩石圈减薄的构造环境下,由这种具有EMⅠ和EMⅡ混合特征的富集地幔源区部分熔融形成的。     

海塔盆地中部断陷带烃源岩分布、特征与评价

运用地球化学数据结合地质研究成果,重点介绍了海塔盆地中部断陷带下白垩统铜钵庙组一南屯组二段泥岩的基本地球化学指标和发育情况.泥岩中有机质丰度普遍较高,从下部的铜钵庙组到上部的南屯组二段有机质丰度平均值有逐步增加的趋势,有机质类型Ⅲ、Ⅱ2、Ⅱ1型比例相当,少部分为Ⅰ型,Ⅰ型主要集中在特殊岩性段和南一段上部.铜钵庙组主要分...     

非贯通节理岩体损伤变量计算方法研究

作为岩体组成部分的非贯通节理对岩体力学特性有着重要影响,然而几乎目前所有的岩体损伤变量计算方法都仅考虑节理几何参数对岩体力学特性的影响。对含单组非贯通节理的岩体力学特性进行研究,提出一个能够同时考虑节理几何及强度参数对岩体力学特性影响的新的岩体损伤变量计算方法。首先,采用弹性余能等效假设代替Lemaitre应变等效假设研究由节理引起的岩体各向异性损伤,并基于断裂力学中单个节理引起的附加应变能增量与损伤力学应变能释放量相关联的观点,推导出由单条节理引起的损伤变量计算公式。其次,根据断裂力学理论获得了单轴压缩下单条节理尖端应力强度因子（SIF）KⅠ、KⅡ的计算公式。最后,通过考虑节理间的相互作用给出了单组单排或多排节理尖端应力强度因子KⅠ、KⅡ的计算公式,得到了单组节理引起的岩体损伤变量计算公式,并与已有试验结果的对比分析证明了该公式的合理性。     

额尔古纳地区中生代应力场演化及其与金铅锌矿的关系

额尔古纳地区中生代主要受到3期区域应力场的影响,分别是印支期（T2-J1）、塔木兰沟期（J3）和上库力期（K1）。印支期的主压应力方位为北北西南南东向,该期应力场在区内形成两条大型韧性剪切带,剪切带走向0~20°塔木兰沟的主压应力方位为北西西南东东向,形成了区域上极为发育的两组共轭剪节理,其走向分别为66~90°和320~340°上库力期的主压应力方位为北北东南南西,它使塔木兰沟期的两组共轭节理复活,形成劈理带、逆断层等。本地区金、铅锌矿点、矿化点或矿化异常区较多。矿（化）体产状与塔木兰沟期、上库力期构造特征相吻合,它们的形成时间基本一致。塔木兰沟期、上库力期强烈的火山作用及其地球化学特征反映当时具有良好的成矿地球化学条件,说明该地区中生代的主成矿期为塔木兰沟期和上库力期。本区已知的金矿（化）点、砂金矿点均位于两条韧性剪切带附近,所以两条韧性剪切带附近是本地区金矿的找矿远景区。     

苏北盆地金湖凹陷热史与成藏期判识

在镜质体反射率和磷灰石裂变径迹系统测试分析的基础上,对金湖凹陷西斜坡和卞闵杨构造带进行古地温梯度计算和热史恢复.根据镜质体反射率计算出西斜坡的古地温范围介于45.6～128.4℃,古地温梯度为45.5℃/km;卞闵杨构造带古地温为26.4～120.3℃,古地温梯度为42.7℃/km.根据磷灰石裂变径迹计算出西斜坡古地温...     

基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型

针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在、微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Lemaitre应变等效假设,推导了考虑宏细观缺陷耦合的复合损伤变量,并给出同时考虑试件尺寸、裂隙几何与力学特性的宏观损伤变量的计算公式,从而建立了基于宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体在荷载作用下的损伤本构模型。用宏细观损伤耦合的本构模型来描述非贯通裂隙岩体在受荷过程中的细观损伤演化与宏观损伤行为,与非贯通裂隙岩体实际受荷情况符合较好。研究结果表明：（1）完整岩样和裂隙岩样的应力-应变行为在峰值强度之前差异较大,峰值强度以后差异逐渐减小,最后趋于一致,二者具有相近的残余强度;（2）裂隙岩体强度随裂隙贯通率的增加而增大,随裂隙倾角的变化具有明显的各向异性,同时还与裂隙面的内摩擦角有关;（3）裂隙倾角为90°时,裂隙岩样的峰值强度最高;张开型裂隙岩样的裂隙倾角为45°时,峰值强度最低;（4）非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,其力学性能由受荷细观损伤与裂隙宏观损伤及其耦合效应所决定,基于宏细观损伤耦合的复合损伤变量可以较好地反映非贯通裂隙岩样的力学特性。     

Experimental Study of Ultrasonic Waves Propagating Through a Rock Mass with a Single Joint and Multiple Parallel Joints

Experiments were conducted to study the relationship between the transmission ratio (TR) and normal stress, joint roughness, joint number and frequency of incident waves, respectively, when ultrasonic waves pass across a rock mass with one joint and multiple parallel joints oriented normally. The ultrasonic waves were generated and received by pairs of piezoelectric transducers and recorded by an ultrasonic detector. The specimens were subjected to normal stress by a hydraulic jack and loading frame. The jointed rock mass was produced by superposing rock blocks in the study. Rough joints were produced by grooving notches on the planar joints formed by sawing directly. In the case of multiple parallel joints, the overall thickness of specimens was maintained while the joint number changed. Three pairs of P-wave transducers and one pair of S-wave transducers with different frequencies were, respectively, applied and all transducers emitted signals perpendicular to the joints in the experiment. The results indicate that TR increases with increasing normal stress while the increment rate decreases gradually. This is particularly so when the normal stress is high enough that TR will approximate 1 even if the rock mass has many joints. In addition, the experiments indicate that the higher the wave’s frequency, the lower its TR, and this phenomenon is gradually reduced as the normal stress increases. In response to S-waves, TR increases with increase in joint roughness; however, in response to P-waves, TR decreases gradually with increase in joint roughness. For multiple parallel joints in a fixed thickness rock mass with normally incident P-waves, TR does not always decrease with increase in the number of joints, and there is a threshold joint spacing for a certain incident wave: when the joint spacing is smaller than the threshold value, TR will increase with a decrease in joint spacing. The experimental results support similar conclusions based on analytical results drawn by Cai and Zhao (Int J Rock Mech Min Sci 37(4):661–682, 2000), Zhao et al. (Int J Rock Mech Min Sci 43(5):776–788, 2006b) and Zhu et al. (J Appl Geophys 73:283–288, 2011a).     

基于摩尔-库仑准则的断续节理岩体复合损伤本构模型

针对工程实际中断续节理裂隙岩体的损伤本构模型,假设岩石微元强度服从Weibull随机分布,以摩尔-库仑破坏准则作为描述微元强度的表示方法,推导出细观损伤变量。利用能量和断裂力学理论,综合考虑节理几何特征及力学特性,推导宏观损伤变量计算公式。基于Lemaitre应变等效假设,考虑宏细观缺陷耦合作用,推导出复合损伤变量,建立了基于摩尔-库仑准则的宏细观缺陷耦合作用的断续裂隙岩体损伤本构模型。研究结果表明：（1）采用摩尔-库仑准则作为描述微元强度的统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征,该模型真实地反映岩石微元强度受应力状态的影响。（2）该模型建立的理论曲线与断续节理岩体的试验曲线吻合较好。（3）节理裂隙岩体宏观损伤变量及峰值强度随节理倾角的变化规律与综合考虑宏细观耦合作用下的损伤变量及裂隙岩体峰值强度随节理倾角的变化规律基本一致。（4）宏细观耦合作用下的等效弹性模量与节理贯通率呈非线性负相关;在节理倾角一定的情况下,损伤变量与节理长度呈非线性正相关;在贯通率较小时,岩体的宏观损伤变量与内摩擦角的关系呈线性负相关变化,贯通率达到一定程度,线性关系变成非线性关系。     

Estimation of Block Sizes for Rock Masses with Non-persistent Joints

Summary  Discontinuities or joints in the rock mass have various shapes and sizes. Along with the joint orientation and spacing, the joint persistence, or the relative size of the joint, is one of the most important factors in determining the block sizes of jointed rock masses. Although the importance of joint persistence on the overall rock mass strength has long been identified, the impact of persistence on rock strength is in most current rock mass classification systems underrepresented. If joints are assumed to be persistent, as is the case in most designs, the sizes of the rock blocks tend to be underestimated. This can lead to more removable blocks than actually exist in-situ. In addition, a poor understanding of the rock bridge strength may lead to lower rock mass strengths, and consequently, to excessive expenditure on rock support. In this study, we suggest and verify a method for the determination of the block sizes considering joint persistence. The idea emerges from a quantitative approach to apply the GSI system for rock mass classification, in which the accurate block size is required. There is a need to statistically analyze how the distribution of rock bridges according to the combination of joint orientation, spacing, and persistence will affect the actual size of each individual block. For this purpose, we generate various combinations of joints with different geometric conditions by the orthogonal arrays using the distinct element analysis tools of UDEC and 3DEC. Equivalent block sizes (areas in 2D and volumes in 3D) and their distributions are obtained from the numerical simulation. Correlation analysis is then performed to relate the block sizes predicted by the empirical equation to those obtained from the numerical model simulation. The results support the concept of equivalent block size proposed by Cai et al. (2004, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 41(1), 3–19).     

贝尔凹陷油成藏要素空间匹配关系及对油成藏的控制作用

通过贝尔凹陷油成藏要素--南屯组源岩、裂缝及断层圈闭和源断裂的空间匹配关系研究得到,贝尔凹陷裂缝和断层圈闭与南屯组源岩在空间上有4种接触关系,第一种是布达特群裂缝圈闭位于南屯组源岩侧上方,由T₅-T₁源断裂连接;第二种是南屯组断层圈闭位于南屯组源岩内,由T₂₃-T₁源断裂连接;第三种是南屯组断层圈闭位于南屯组源岩外侧,由T₂₃-T₁断裂沟通的砂体连接;第四种是大磨拐河组二段断层圈闭位于南屯组源岩之上,由T₂₃-T₁断裂连接。贝尔凹陷3个成藏要素空间匹配关系对油成藏与分布的控制作用表现在以下3个方面:①南屯组源岩分布控制着油藏分布;②油藏均沿源断裂分布;③圈闭距南屯组源岩距离越近越有利于油藏形成。     

多节理岩体裂纹扩展及变形破坏试验研究

为了研究不同倾角下多节理岩体力学行为,采用10 MN微机控制电液伺服大型多功能动静力三轴仪,开展包含较多预制非贯通节理类岩石试件的单轴压缩试验,研究了多节理岩体裂纹的特征、贯通模式、破坏模式、应力-应变特征等与节理倾角之间的关系。试验结果表明,（1）多节理岩体的裂纹类型主要有翼裂纹和次生共面裂纹,翼裂纹的扩展路径与单个节理情况下的扩展路径差异较大,翼裂纹起裂后沿起裂方向存在较长的扩展长度,直接与相邻节理或翼裂纹形成贯通,并且裂纹的贯通表现出四种不同的模式;（2）多节理岩体的破坏模式归纳为3种类型：平面破坏、块体转动式破坏和台阶式破坏;（3）根据多节理岩体的应力-应变曲线在应变软化阶段所表现出的不同非线性变形行为特征,可以将曲线归纳为4种类型;（4）多节理岩体的强度和变形各向异性特征非常显著,强度和弹性模量均在节理倾角30°时最小,90°时最大。