深部断续节理岩体中渗流对巷道稳定性影响的数值分析

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA2D,通过对高应力节理岩体中巷道的失稳破坏过程所进行的数值模拟分析,研究了深部断续节理岩体中地应力及渗流对巷道稳定性的影响。模拟结果不但直观形象地给出了巷道的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了巷道周边关键部位的位移变化情况,并与无地下水的稳定性进行了比较。结果表明,岩体中断续节理与地应力及渗流相互作用,对巷道失稳的演化起了重要作用,如巷道与节理的相对方位决定了巷道坍塌的方向;岩桥对巷道的稳定起了重要的作用;虽然渗流应力加速了巷道的失稳破坏,但没有改变高地应力对巷道的主要破坏模式。该研究对于进一步理解深部岩体中节理、地应力及渗流对巷道稳定性的影响进而采取有效的加固措施具有重要的理论和实践意义     

基于物理模型试验的含多层软弱夹层顺层开挖高边坡变形破坏特征分析

含有多层软弱夹层的开挖边坡具有坡体结构复杂、稳定性评价及治理难度大的特点。以黔西地区现场开挖高边坡为研究对象,建立室内物理试验模型,通过不同的工况开挖,呈现变形破坏演化过程,分析变形破坏模型及形成机理,确定失稳破坏范围。结果显示:开挖边坡裂隙产生由表及里,由上及下,由最初的陡倾短小裂隙扩展延伸,最终贯通,形成近似平行岩层的长大裂缝;缓坡度开挖变形破坏为浅表层,整体稳定性较好,失稳范围及规模较小;陡坡度开挖变形破坏规模大,稳定性较差,以滑移-拉裂深层失稳为主;浅层滑坡滑面以层间泥化夹层剪切为主,基本呈直线状;深层滑坡滑面以层间泥化夹层剪切以及陡倾裂隙组合形成阶梯状。该研究成果对于黔西地区的顺层开挖高边坡设计、稳定性评价、治理措施选择等具有重要的指导意义。     

改进的节理岩体变形模量经验确定方法及其工程应用

在节理岩体工程的数值计算及稳定性评价中,变形特征参数的选择至关重要。在原位试验受到各种条件无法进行时,经验确定方法不失为一种好的选择。本文在大量收集目前国内外节理岩体变形模量经验确定方法的基础之上,提出了改进的节理岩体变形模量经验确定方法,即尺寸效应折减与节理特征折减的二次折减法,并应用3个坝址与水电站的节理岩体工程实例进行分析验证,得出了一些有益的结论。     

火山岩层原始构造节理研究的一种数学分析方法及其应用

根据原始构造节理系统中节理间特殊的几何关系,本文提出一种数学分析方法及其电算程序,对其进行了研究。宁芜地区一些古火山构造用该法解析成功的实例,证明此种方法是可行的。     

一种新型粗糙节理面随机强度模型及其应用

天然岩体在长期地质作用下会生成各种节理裂隙等不连续面,而地下工程结构的稳定性一般取决于这些不连续面的强度。在众多因素中,表面形态对岩石节理面剪切强度具有决定性影响。为了系统研究岩石节理面剪切强度的确定方法,把岩石节理面概化为一系列高度不同的微长方体凸起组成的粗糙表面结构,且微长方体凸起有剪胀破坏和非剪胀破坏两种模式。综合微长方体凸起破坏规律,应用概率密度函数描述节理面表面起伏分布的影响,建立了粗糙节理面随机强度模型,推导了节理面剪切强度理论公式,提出了节理面强度的随机评价方法。基于随机强度模型和评价方法编制Matlab计算程序计算自然粗糙节理面的剪切强度,并将计算结果与试验结果进行比较分析。研究表明:粗糙节理面随机强度模型综合了粗糙节理面表面形态和法向应力对节理剪切强度的影响机制,理论计算值与试验数据吻合良好,可以较好的评价粗糙节理的峰值剪切强度和残余剪切强度。该随机模型可作为进一步深入研究的重要基础,分析结构面的连续剪切过程,建立更完善的节理面强度模型。     

一种简易的边坡动力响应物理模型试验方法及其应用

为研究边坡在动力荷载作用下的响应问题,设计了一种简易的物理模型试验方法。依托汶川地震中形成的罐滩滑坡结构特征,基于相似理论,搭建了室内斜坡物理模型,以重球自由下落撞击钢板的方式加载,详细介绍了试验过程并探讨了下伏软层反倾岩质斜坡在不同输入波频率、振幅和入射方向情况下的响应情况。试验结果表明：边坡模型对入射波具有临空放大和垂直放大的作用,且趋表效应显著;入射波频率和入射方向影响加速度放大系数的数值及分布规律、入射波的振幅与加速度放大系数呈正相关。试验结果证明了该模型试验方法能较好的反映出边坡模型在动力作用下的响应规律,且具有参数可调、操作简单、经济便捷的特点。     

一种新的统计方法在三山岛金矿节理导水性研究中的应用

本文提出了以节理的产状、性质、条数和长度为参数的新统计方法，作者应用该方法对三山岛金矿的导水性进行了研究，并证明它是可行的．     

深部破碎岩体变形模量的一种新型试验方法及工程应用

岩体的变形模量是表征岩体抗变形能力的一个重要参数。对于深部破碎岩体的变形模量,采用传统的现场试验法或钻孔弹模法获得其变形参数有一定的局限性。因此,采用一种新开发的试验手段：将现场钻孔中取得的深部破碎岩体试样带回室内,放入MTS中进行三轴试验,记录相应的位移和应力;同时推导了一套配套的理论计算公式,利用室内试验的方法获得了从钻孔中取得的深部破碎岩体的变形模量。采用上述方法对实际水电工程坝基深部破碎带岩体的变形模量进行试验计算,并对试验得到的变形模量结果进行检验分析。其结果表明：采用两种方法获得的深部破碎岩体变形模量值差别一般在10％以内。     

一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究

我国的盐岩层具有盐层薄、夹层多等特点,相对于大型能源地下储备库而言,层状盐岩围岩可视为交互层状介质,其工程力学特性研究是储备库稳定性评价的基础。因此,制备层状岩体模型材料并开展层状盐岩物理模拟试验是非常必要的。为此研发了一种厚度比及各岩层力学特性可调的交互层状岩体模型材料制备方法：首先设计一种薄层切割装置,对预制好的两种力学特性迥异的均质模型材料块体进行切片,再利用一种模型材料软薄层吸附平移装置将得到的两类薄层交互叠加,经过修葺、预压和养护,获得交互层状模型材料块体,最后钻孔取样获取具有不同倾角和厚度比的交互层状岩体模型材料试样。初步试验研究了厚度比、倾角等对交互层状岩体力学特性的影响,结果表明,通过该方法获得的模型材料可以较好的模拟层状岩体特性,为系统开展层状盐岩体物理模拟试验打下良好基础。     

一种放水试验分析方法及其应用

为了利用放水试验手段分析认识神府矿区侏罗纪煤田顶板砂岩裂隙水的水文地质条件,以柠条塔矿S1210工作面顶板放水试验为工程背景,提出了一种顶板放水试验分析方法。该区顶板放水试验不同于有经验可以借鉴的常规多见的底板薄层灰岩或奥灰岩放水试验,放水量大、放水钻孔多密度大为全国罕见;放水钻孔分布形态不规则,没有比较成熟的放水方式及其放水试验的结果分析方法。针对此类特殊的顶板放水试验,提出利用水量衰减率、单位涌水量下的水位降深值及水位恢复速率为主要指标的放水试验分析方法并成功应用于该面放水试验结果分析。利用提出的分析方法进行分析,推测绘制出工作面发生涌水灾害前整个采区的顶板砂岩裂隙含水层初始流场图;认识到该区的水文地质条件存在水平分区及垂向分段现象;解释了东西两区放水不能互相干扰的原因是降落漏斗位置效应所致。这种分析方法对于该区煤层顶板砂岩裂隙水放水试验具有创新性和可借鉴性。     

一种双重孔隙-裂隙岩体流变模型及其在地下洞室有限元分析中的应用

用西原模型描述双重孔隙-裂隙介质的流变特性,在理论上给出了其流变参数及强度指标的确定方法,建立了瞬弹-黏弹-黏塑性平面有限元求解格式和研制了相应的计算程序。针对一个矩形地下洞室围岩为裂隙岩体和完整岩体的两种工况进行数值分析,对比了围岩中的位移、应力及塑性区。其结果显示:相比于单一介质的情况,双重介质因其变形模量、凝聚力和内摩擦角减小,故洞室围岩中随时发展的位移和塑性区有明显的增长,两种工况的围岩应力分布亦存在较大的不同,特别是双重介质围岩中最大主应力σ_1和最小主应力σ_3的差值较大,因此,提高了围岩破坏的可能性。     

基于三轴试验确定邓肯-张模型参数的一种数据处理方法

邓肯-张非线性模型已经被广泛的应用与工程实践的应力-应变数值模拟分析中。邓肯-张模型具体有K、n、Rf、c、等材料参数。本文基于杭州湾地区海相软土多组土样的三轴剪切试验数据,来确定邓肯-张模型参数。发现一些参数的离散性太大,这使得参数的数值选取比较困难,进而会影响模型在工程实践中的应用,而究其原因主要破坏比Rf的取值变化引起的。这里提出了一种针对邓肯-张模型参数离散性较大的数据处理方法,即假定破坏破坏比Rf为一定值,进而来求取其他离散性较大的参数。这种数据处理方法既可以简化模型计算,又可以提高模型计算的效率和精确度。