基于结构面抗剪强度演化的块体动力稳定性分析

传统块体理论仅针对块体的静力稳定性分析,而未涉及到动力稳定分析。因此,借用Newmark法累积滑移量的概念,基于块体理论对定位块体在地震历时作用下的动力稳定性进行了研究,提出了以块体累积滑动位移和动安全系数两个指标共同评价块体动力稳定性。提出一种接触面识别及面积计算算法,它考虑了接触面积变化对块体稳定的不利影响,也可用于块体滑动的大变形分析,考虑了块体滑动过程中结构面抗剪强度的演化,可对复杂的凸形块体及凹形块体进行静、动力稳定性分析。将其应用于三峡升船机乘船箱左侧边坡的块体稳定分析中,结果显示块体在强震作用下发生了一段距离的滑动,但震后仍可保持稳定     

采空区块体稳定性的模糊随机可靠性研究

在介绍块体稳定可靠性分析各种方法的基础上,分析了采空区块体稳定状态的随机性和模糊性的特点,根据块体理论与模糊分析学中的模糊测度理论,提出了块体稳定性的模糊随机可靠性分析方法,建立了块体稳定性模糊概率测度计算公式,并将该方法应用于浙江遂昌金矿采空区顶板围岩块体稳定性分析的工程实践中,计算结果表明,块体稳定性较差,采空区残留矿柱回采前,需采取相应的安全措施。     

金沙江溪洛渡水电站拱肩槽工程边坡块体稳定性评价

采用层次性分析原理，研究了金沙江溪洛渡水电站拱肩槽工程边坡各类结构面和临空面组合而成的块体特征，将边坡块体分为确定性块体、半确定性块体和随机块体三个层次；采用块体理论计算评价了不同层次的块体在天然、地震、爆破、地下水状况下的稳定性，并对影响块体稳定性各种内外因素做了敏感性分析，建立了一套非规则边坡块体稳定性分析评价的技术思路和方法体系。研究表明，拱肩槽边坡出现确定性块体的可能性较小，边坡中的不稳定块体大部分为半确定性块体，且规模较小，影响深度有限，切割边界不完善。     

基于系统评价的块体可靠度指标分析及应用

利用条件概率评价及系统工程理论,将关键块体作为块体系统一个重要组成部分,分析了关键块体可靠度指标评价办法,探讨了关键块体与次生关键块可靠度内在关系,由此类推,提出块体系统评价方法,推导出块体系统可靠度计算公式,实现对块体系统的失稳概率的评价计算。并选择一工程实例,对评价方法予以验证。结果表明：传统关键块体可靠度评价办法忽略块体间内在影响,结果偏向风险;而文中方法综合考虑块体之间影响,并建立了系统评价模型,对块体系统评价更接近实际情况,对块体系统理论的研究有一定借鉴意义。     

岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法

将块体单元法与极限分析上限法相结合,提出了岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法。借助于块体单元法离散计算区域,通过块体系统速度场在结构面上满足Mohr-Coulomb屈服条件、关联流动法则、速度边界条件以及块体系统虚功原理,构成求解边坡强度储备安全系数上限解的非线性规划模型,模型的求解采用复合形法。最后研究了一个岩质楔形体边坡算例和小湾水电站进水口边坡实例,通过将块体单元法上限分析计算结果与刚体极限平衡法相比较,验证了该方法的正确性。     

三峡工程地下厂房围岩块体变形特征及稳定性分析

基于现场地质调查及块体理论分析,确定了只考虑重力作用条件下三峡电站地下主厂房块体的典型失稳模式。通过三维数值模拟及变形监测分析,探索了不同部位、不同自然应力场条件下块体的二次应力场及变形特征,揭示了块体变形局部化特征及围岩应力对其稳定性的影响规律,并提出了相应的变形演化机制模型。利用强度折减法和极限平衡法分别对块体的安全系数进行计算,指出了采用极限平衡方法进行块体稳定性分析的误差特征。     

裂隙化岩体中圆形断面调压井围岩稳定性分析

块体理论是适用于裂隙化岩体变形失稳分析的有效方法。运用块体理论赤平投影法研究某水电站超大型调压井围岩随机块体的稳定性,将圆形断面调压井开挖临空面抽象简化为八个方位的边墙加以研究,分析了井周各部位可能的关键块体及其运动形式,计算了关键块体的净滑力。分析结果对工程施工具有可靠的现实指导作用,为锚固设计和永久衬砌设计提供了依据,可供类似工程参考。     

岩体转动的块体理论分析

应用石根华块体理论的基本思想，采用理论力学中定轴转动理论分析岩石块体理论中的滚动起始条件，讨论了转动块体的力学模型和数学表达，提出了转动块体的判定条件。     

层状岩体开挖洞室围岩块体稳定分析及锚固方法

由于层状岩体的稳定性受层面控制,在该类岩体中进行开挖常常导致块体的失稳,给工程建设带来巨大的危害。本文从层面与结构面组合形成的块体系统稳定性分析入手,运用改进的块体理论,进行了块体稳定分析程序的开发,对定位、半定位块体的系统稳定性分析方法进行了探讨。以西龙池抽水蓄能电站地下厂房为例,对围岩中的块体进行了系统稳定分析。通过实际开挖验证,表明了分析结果的合理性,开发的程序可供同类工程参考使用。本文所提出的方法可为地下工程施工期的超前预报、围岩的系统锚固支护设计提供重要依据。     

基于布尔运算的复杂块体几何形态分析一般方法

提出采用布尔运算进行三维复杂块体形态分析的一般方法,并采用C++语言编写了相应的程序。块体布尔运算是将参与运算的主块体和客块体进行交、并或差运算,得到形态更加复杂的块体。为描述块体内部非贯通结构面,在块体数据结构中引入退化有向壳,允许块体中混合维度模型的存在。将主块体各面分别与客块体各面进行面-面求交线运算,通过环路分析得到各块体分割后的面。根据具体采用的布尔运算方法,确定有效面和无效面,并将有效面进行搜索得到新的壳和块体。选取3个算例和1个典型工程实例来验证该方法的可行性和应用性。计算结果表明,该方法可以生成形态更加复杂的块体,可以很方便地处理块体中的结构面,具有普遍性和适应性,并具有广泛的实际应用价值。     

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).     

锦屏一级水电站左岸抗力体基础处理洞室群围岩稳定性分析

通过对锦屏一级水电站左岸抗力体五层洞室岩体结构特征详细调查,采用水电围岩分类的方法对抗力体洞室进行围岩分类。分类结果表明：抗力体洞室围岩以Ⅲ2类围岩居多,占了50％左右,其次为Ⅳ类,占36％左右,Ⅲ1和Ⅴ类围岩所占比例较少。通过对洞室施工开挖失稳破坏现象的调查研究,分析了洞室失稳破坏的机制及破坏形式,认为围岩主要的破坏形式为弱面控制型的块体滑移塌落。对洞室监测资料的分析结果表明,在目前的支护条件下,总体监测未见异常,整体上基础处理洞室监测状态稳定。但F5、F42-9断层及煌斑岩脉等软弱部位应力及变形缓慢增加,需要加强监测。最后根据分析结果提出了建议。     

岩体结构对含煤岩系变形的控制作用

含煤岩系变形规律的研究,对煤炭资源评价和开采、煤矿瓦斯灾害预测、煤层气的可开发性评价具有指导意义。基于含煤岩系的岩体结构是控制其变形的基础因素这一前提,以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,提出取决于岩石杨氏模量和泊松比的岩体强度因子和取决于岩层厚度的分形维数两个参数,以断层发育的安阳双全井田、褶皱发育的沁水盆地煤层气开发区及滑动构造发育的荥巩谷山井田为例,系统探讨了岩体结构对含煤岩系变形的控制作用。研究表明,低强度因子和厚层岩层较多的分形维数低值区,含煤岩系以韧性变形为主,多形成褶皱,煤体变形程度深,为瓦斯灾害严重区和煤层气难以开发区;高强度因子和厚层岩层较少的分形维数高值区,含煤岩系以脆性变形为主,多发育断层,构造煤难以区域展布,只分布在断层附近。可见含煤岩系变形不仅与岩体强度有关,而且受岩层厚度的控制。统计层段内刚性岩层的存在增加了岩体强度,岩层复杂程度的增加同样提高了岩体强度。岩体力学和分形几何学的引入,为煤岩体变形行为和程度的描述和预测提供了一种新途径。     

The Dimensioning of Dowels for the Stabilization of Potentially Unstable Rock Blocks on the Walls of Underground Chambers

The analysis of dowels (non pre-stressed passive reinforcements) for the stabilization of potentially unstable rock blocks due to sliding is one of the most interesting problems concerning the static of underground rock chambers. The stabilizing force produced by dowels is not in fact known a priori and it depends on the dowel–rock interaction. The parameters that influence the problem are not only the geometrical ones of the dowel, but also the mechanical characteristics of the rock and the orientation of the displacement vector of the block. A detailed study of the dowel–rock interaction has been carried out in this work. This analysis is able to lead to the evaluation of the axial and shear forces in the dowel in correspondence to the crossed discontinuity of the block. The vectorial composition of these two forces constitutes the stabilization force of the dowel. An extensive parametric analysis then made it possible to determine the great variability of the stabilization force of the dowel in function of the influential parameters of the problem. The graphics that were obtained can be considered a useful design instrument as they quickly allow the dimensioning of the dowels to be done to reach the required safety factor for the rock block.     

猴子包危岩体变形机理及稳定性预测

猴子包危岩体位于巴东县信陵镇火焰石村长江右岸。危岩体由包含层间错动带等软弱夹层的层状灰岩组成,下伏煤系软岩,具有上硬下软的结构;西侧陡崖下部采煤,斜交坡面的陡倾角裂缝将陡崖切割成链条式块状结构,发生多次崩塌。结合本区发生的崩塌,分析了猴子包危岩体形成发育的环境地质条件、变形失稳的机理和力学模式;运用力学图解的方法对危岩体不同工况下的稳定性进行了预测。研究认为,危岩体在自然状态下是稳定的,在地震及动水压力作用下不稳定,破坏方式为倾倒,视倾角αs（合力角φ）达到临界倾角α0是危岩体从变形到倾倒崩塌的拐点。     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏力学模型

在地质调查基础上,将反倾边坡的各岩块概化为受自重弯矩及外力作用的悬臂梁,利用弯曲-拉裂模型研究其破坏模式。通过力学分析,建立了反倾层状岩质边坡各条块的力学模型。基于最大拉应力理论,给出条块倾倒失稳判据,以此判定边坡的稳定性,并定量分析了反倾边坡倾倒破坏的影响因素。结果表明:反倾边坡倾倒破坏发生在每个条块的上边界处,条块所受拉应力大小与其容重呈线性关系,与高度呈二次幂函数关系,与其宽度呈-1次幂函数关系,即板梁容重越大、高度越大、宽度越小,其倾倒破坏越明显。而当条块底面倾角满足一定条件时,才会发生倾倒破坏,其范围边界值与条块的高度和宽度有关。     

岩体结构对岩石爆破效果的影响

分析了爆破冲击波的传播特点，指出了对岩石破坏最大的是拉伸应力波，并对岩体结构对岩石爆破效果的影响进行了探讨。     

准东油田断块型火山岩油气藏成藏模式

断裂控藏历来是火山岩储层研究的重点与难点,学界普遍认为区域性断层在长距离大规模油气运移中具有决定性的作用,断层的封闭特性与作用部位,为储集层与生油层建立了丰富而又复杂的地质联系.笔者借鉴前人研究成果,通过对准东地区石炭系火山岩储层的综合研究,较为详细地阐述了准东地区由石炭系风化壳为主力储层,以上覆与基底不整合接触之二叠,三叠系沉积岩提供烃源岩,并由断裂控藏的断块型火山岩油气藏成藏模式.     

块系岩体非协调动力响应特征试验研究

岩体在块系构造状态下的动力传播存在块体和块体间软弱介质的非协调变形现象，对岩体结构的动力稳定产生重要影响。目前块系岩体的非协调动力传播响应研究尚不充分，导致不能进行有效的动力响应特征识别。通过试验对块系岩体非协调动力传播过程岩块动力响应特征进行研究，分别从动力传播速度、岩块加速度振幅衰减、岩块振动位移响应、岩块振动持续时间、块体动能显现、块体振动频域响应特性等方面对比纵波传播，给出块系岩体非协调动力传播的特征分析。通过分析可知，块系介质非协调变形运动产生的动力传播现象相比于纵波传播是一种低频低速波，并伴随着岩块的大位移运动，同时岩块振动持续时间较长，蕴含着动能与势能的相互转换过程，这些现象构成了块系岩体非协调动力传播的重要特征。该研究将为识别岩体非协调动力传播特征及块系岩体的冲击预警波动特征识别提供参考。     

改进的楔形岩体稳定性分析方法

楔形岩体的稳定性分析和评价一直是工程界的难点,而传统评价方法又存在种种缺陷。通过编制相关计算机程序,对传统方法进行了多方面的改进,并对建立的块体模型采用矢量代数法计算其稳定性安全系数,基本实现了楔形体稳定性分析与评价过程的自动化。结合工程实例论证了改进方法的可行性和优越性,具有较大的实用价值。