区域非稳定动力学环境下的岩体松动效应

区域非稳定动力学环境下,长期的构造变形、重力卸荷以及地震动力作用的共同影响,可以导致岩体发生大范围变形、松动。松动岩体内发育大量的软弱结构面,且表现出整体破碎、松弛严重、透水强烈,张性节理裂隙发育、地表裂缝较发育、岩体地震动力破坏信息反映明显等特征。岩体的变形松动可以分为卸荷变形松动、倾倒变形松动、顺层滑移松动、断层控制松动、节理裂隙控制松动等5种模式。岩体的物理振动试验结果表明,地震动力是造成岩体松动的主因。数值模拟结果表明,在单纯自重应力影响作用下,松动岩体不会出现大面积的失稳破坏现象,但在地震动力作用下,松动岩体会发生大面积屈服破坏。     

卸荷条件下花岗岩力学特性分析

岩体工程中的开挖会不可避免地与岩体卸荷相关联。以花岗岩为试验材料,通过室内试验研究线性卸荷条件下花岗岩的破裂特征,其表现为径向快速扩容及塑性特征的增强。在室内试验的基础上,基于PFC(particle flow code)颗粒流程序,采用平节理模型FJM(flat joint model)模拟花岗岩卸荷条件下的力学特性。鉴于实际工程中岩体的开挖大部分为非线性卸荷,文中运用一种新的“应力/时步”卸荷方式,能够方便地完成非线性卸荷的模拟。数值模拟结果表明,在加轴压卸围压的条件下花岗岩试样损伤严重,承载能力急剧下降,无残余强度,随着初始围压的增加,破坏形式由劈裂过渡为剪切破坏,卸荷速度越快,裂纹扩展越慢。研究结果可为岩石卸荷条件下的力学行为分析以及实际工程提供借鉴。     

卸载速率对北山花岗岩强度影响研究

为了更准确地认识卸荷速率对北山花岗岩力学性质的影响,使用MTS815岩石试验系统进行了不同围压下不同卸荷速率的三轴试验。试验采用加轴压卸围压的方式,设置0.1、1.5、2.0 MPa/min三种围压卸载速率,轴压加载速率是围岩卸载速率的10倍,初始围岩设置为5、10、15、20、30 MPa。加卸载过程用力控制,试验过程中用轴向引伸计和环向引伸计记录轴向变形和环向变形,研究加载速率对岩石强度、c、φ值的影响,并基于弹性能建立卸载速率影响系数。研究结果表明,(1)卸载试验岩石破坏均表现明显的脆性破坏特征,随着卸载速率增加,强度升高;(2)随着卸载速率增加,c值增大,φ值基本不变;(3)卸载速率主要通过应力调整滞后和卸载附加应力对岩石强度、c、φ值造成影响;(4)基于弹性能建立了影响系数,表征卸载速率对岩石破坏的影响程度,表明同一围压下卸载速率增加,影响系数增大,岩石破坏剧烈程度增加,同一卸载速率时,围压增加,影响系数减小,受围压的限制,岩石破坏剧烈程度降低。     

节理岩体卸荷强度特性的试验研究

卸荷状态工程岩体的强度特性与传统的加载岩体有本质的区别。目前对于岩石卸荷强度特性的研究比较多见,但对于含节理的岩体在卸荷应力状态下的强度特性,尤其是节理面对其强度的影响研究实属少见。本文通过岩体三轴模拟试验研究了卸荷应力状态下节理岩体的破坏特征,突出考虑了节理面性质对卸荷强度的影响,在此基础上提出了节理岩体卸荷强度准则的一般表达式并进行了对比验证。     

含预制节理岩体卸荷条件下力学特性试验研究

节理对卸荷条件下岩体的力学性质有重要影响。通过含2条不同间距预制断续节理岩体的三轴卸荷破坏试验,研究了节理岩体在卸荷应力条件下的应力-应变特征、强度、变形特征、破坏规律及节理间距对岩体力学性质的影响。研究表明：相比于完整岩体,节理岩体卸荷破坏时从峰值强度跌落至残余强度过程中轴向应变较大,为完整岩体的3～4倍,岩体破坏时极限强度明显低于完整岩体,脆性特征不如完整岩体明显;节理岩体卸荷破坏时,变形模量有较大幅度的降低,其降低程度是同条件下完整岩体的6～7倍,节理间距越大,变形模量降低程度越大;与含预制节理岩样三轴加载试验结果相比,节理岩体卸荷条件下破坏程度更为强烈,除剪切破裂面外,沿最大主应力方向分布的不同级别的张性裂隙非常发育,预制节理的间距对岩体破坏形态影响不大。     

峰前卸荷对节理岩体力学特性影响试验研究

实际工程中,岩体的应力变化状态非常复杂,并不只是简单的加载或者卸荷,如水利工程中的大坝,当坝基开挖时其力学条件主要表现为开挖方向的卸荷(其他方向有可能卸荷,也有可能加载),而坝体修筑以后,力学条件又主要表现为加载。因此,对卸荷损伤后的岩体再次加载时的力学性质进行研究具有十分重要的工程意义。通过三轴卸荷及卸荷损伤后加载破坏试验,研究了不同围压下,含断续预制节理岩体经过不同程度卸荷损伤后再次加载时的力学特性。研究结果表明:围压对于含断续节理岩体变形模量影响不明显,岩体弹性模量与围压没有明显关系,相同围压下节理岩体弹性模量和变形模量均显著低于完整岩体:节理岩样峰值应变随着围压的增大线性增大,二者之间有较好的相关性,相比于完整岩样,节理岩体峰值应变随围压增大增长更快:围压越低,卸荷对岩体强度的影响越大,随着围压增加,卸荷量不同造成岩样的损伤差异逐渐减小。     

节理岩体法向蠕变特性的数值模拟

对含节理面的岩体模型进行数值模拟,研究节理面倾角、间距和条数等对节理岩体的轴向瞬时应变、轴向蠕变应变的影响。结果表明：(1)含单组平行贯通节理时,且节理面等间距均匀分布时,当节理面的倾角β为90°时,轴向瞬时应变和蠕变应变随节理面条数的增加几乎没有变化。当节理面条数保持不变,随着节理面的倾角β由0°增加至90°时,轴向瞬时应变和轴向蠕变应变呈先增加后减小的变化规律。(2)当节理岩体模型中含有2条交叉的贯通节理面时,竖直荷载方向与第1条节理面间的夹角,以及两条节理面间的夹角对节理岩体的轴向瞬时应变和蠕变应变均有所影响。     

柱状节理玄武岩隧洞破坏模式及其力学机制模拟

柱状节理岩体由于其内部赋存大量的隐节理面,开挖卸荷后极易出现隐节理面开裂松弛等特征,导致其破坏模式异于一般岩体。其破坏模式主要受到异常发育的节理面和较高地应力的共同作用影响。由于柱状节理岩体节理面发育,岩体结构控制型破坏占主要部分,包括单临空面节理面滑移（塌方）、多临空面节理面滑移（塌方）、与错动带、断层等弱面相组合的坍塌等破坏模式;应力控制型破坏主要为河谷侧顶拱喷层开裂;应力-结构面型破坏主要为岩性交界处的节理岩体塌落等。柱状节理岩体表层主要发生柱内竖直隐节理面和柱间节理面的拉破坏,而围岩内部的柱状节理主要发生柱间节理面的剪切破坏。因此,现场柱状节理的支护也应主要包括两个方面：以喷射混凝土钢纤维来阻止柱状节理岩体表层的张性开裂,以系统锚杆来控制柱状节理岩体内部的剪切破坏。     

高放废物地质处置阿拉善预选区塔木素地段目标深度岩体质量预测

高放废物地质处置阿拉善预选区塔木素地段位于阿拉善地块北部,主要由二叠纪和三叠纪侵入的花岗岩类岩石构成,地壳稳定。断层较不发育,但发育韧性剪切带和韧-脆性变形带,节理受区域构造控制,地表岩体质量以Ⅲ级岩体为主,其次是Ⅳ级岩体。根据钻孔岩芯编录和力学试验数据,对岩芯质量进行评价,岩芯基本质量较差,TMS01钻孔以Ⅴ级岩体最多,TMS02钻孔以Ⅲ级岩体最多。对比岩体质量和测井数据,发现岩体质量与岩体的物理参数具有明显的相关性。通过和CSAMT剖面上对应位置的对比,建立了岩体质量与电阻率的关系。结合地表岩体质量、钻孔岩芯质量和物探剖面,对目标深度岩体进行了预测:目标深度（600 m深左右）岩体质量以Ⅱ级和Ⅲ级岩体为主,局部有Ⅰ级岩体和Ⅵ岩体。     

峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性

微震、工程爆破等低应力循环剪切荷载作用对节理岩体工程失稳破坏具有重要影响。为研究峰前循环剪切加卸载作用下岩石节理剪切力学特性,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工劈裂黄砂岩节理进行了峰前循环剪切下的直剪试验。通过与未进行峰前循环剪切加卸载时岩石节理力学参数预测值对比,得到峰前循环剪切加卸载作用对峰前剪切刚度、峰值剪切强度、峰值剪切位移与残余剪切强度的影响。结果表明：（1）峰前循环剪切加卸载后,当法向应力为2 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度增大,当法向应力为4～10 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度在循环剪切应力幅值范围内增大,在超出循环剪切应力幅值时减小;（2）峰前循环剪切加卸载后,峰值剪切强度降低了10%～20%,降低百分比随法向应力增大整体呈对数函数增大;峰值剪切位移增加了2%～40%,增加百分比随法向应力增大整体呈对数函数减小;（3）峰前循环剪切加卸载后,岩石节理残余剪切强度无明显变化,峰值剪切强度与残余剪切强度差值减小,峰后剪切应力做功损失百分比降低。     

福建周宁咸格钼矿地质特征及找矿潜力分析

咸格钼矿床产于燕山早期二长花岗岩岩体与晚侏罗世南园组第二段流纹质晶屑凝灰岩的内接触带。矿体呈似层状、脉状,受断裂构造和岩体层间节理控制。属高中温热液交代充填型矿床。     

动载下节理岩体破坏过程的数值试验研究

节理岩体是工程中最常见的一类岩体,其在地震、爆炸等动载下的力学响应及破坏过程对相关工程安全性的影响至关重要。采用基于有限元应力分析和统计损伤理论开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载下节理岩体的动态破坏过程进行了模拟,重点讨论了节理条数、节理贯通度、节理倾角及应力波峰值对岩体动态破坏过程的影响规律。计算结果表明,断续节理岩体动态破坏过程及破坏强度与节理构造形态、应力波峰值密切相关。相同动载下,随着节理条数的增加,岩体破坏程度以及应力波能量损失增强,但当节理条数数超过一定值后,岩体破坏程度及应力波能量损失逐渐趋于稳定;节理贯通度较小时,岩体破坏程度较低且破坏单元自上而下均匀分布。随着节理贯通度的增加,岩体破坏增强,且破坏主要出现于节理上部岩体;节理倾角较小时,节理上部岩体破坏严重,易形成次生贯通裂纹。随着节理倾角增加,破坏范围逐渐变大,不易形成次生贯通裂纹;倾角为45°～60°时,岩体破坏效果最佳;动载荷的峰值越大,试样的破坏越严重。当峰值达到一定值时,节理附近发育出多条裂隙并向上下方不断发展而导致岩体完全破坏。在不同节理贯通度工况下与岩石霍布金森压杆（SHPB）试验结果进行比较,结论吻合,证明该数值模拟的合可行性和结论的可靠性。     

古构造应力场数值模拟及危险性预测研究

在精确确定构造序列与构造格架的基础上,探索出一套从建立构造模型、确定边界条件、选取岩体力学参数与危险性判断准则、计算古构造应力值、预测危险区与安全岛的基本思路与方法。采用有限元法,建立了矿区平面应力与三维构造模型,从加载方式和加载大小两方面模拟历史时期作用于成庄煤矿上的古构造应力。根据地表岩体和深部煤层中的节理,计算其内摩擦角和岩体抵抗变形破坏的能力,获得了古构造应力作用下地表表层、3#煤层的临界区、危险区与安全区。结合研究区节理、断层、褶皱、陷落柱等构造形迹特征,对危险性分区进行综合预测。预测结果揭示,山西晋城成庄煤矿区存在先南北向、后东西向的两期大的古构造运动,即先东西向加载60 MPa,再南北向加载110～180 MPa,可能的危险区分东、西两带,该结论对煤层岩体应力集中带和瓦斯突出区的预测具有重要的意义。     

胶南晚中生代大珠花岗岩岩体的脆性变形机制

在长期变化的构造应力作用下,胶南大珠山花岗岩岩体自早白垩世冷凝冷却以来发生强烈的脆性破裂变形,形成了多样的破裂类型如岩脉、节理和断层。在该岩体冷凝冷却早期侵入的细晶花岗岩脉和稍后形成的N-S向节理组反映出与同期区域构造应力场协调的N-S向挤压作用,而后伴随着揭顶剥蚀,出现了交替变化的构造应力场形成了岩体内主导的NW-NNW向和NE向节理组。整体上,恢复出的岩体内构造应力场发生顺时针方向旋转,最大水平挤压由早期的N-S向偏转为晚期的近E-W向。构造应力场的长期变化、平行节理作用和节理断层化作用造成了研究区复杂的破裂型式和破裂序列。     

综合物探在集镇新址场地稳定性评价中的应用

某水电站集镇移民点场地上部分建筑的地基基坑开挖时发现基岩中陡倾角裂隙集中发育,岩体切割破碎,建筑施工陷入停滞,为查明该移民点场地下方15m范围内不良地质体分布情况,在集镇新址采用浅层地震、高密度电法、地质雷达方法进行综合物探测试。从测试成果分析来看,测区场地自上而下可分为三层,其中由表层开挖松弛岩体或回填块碎石土与第二层强风化强卸荷岩体组成的岩体其深度一般在5～22m之间,地震波速在510～1800m/s之间,此层岩体中纵向走向的结构面较横向发育;第三层中～微风化岩体的地震波速在3300～3670m/s之间,岩体稳定性较好。     

剪胀对复杂裂隙岩体渗透性影响的离散元分析

裂隙岩体流固耦合问题是目前国内外研究热点之一,采用离散元软件UDEC对裂隙岩体发生节理剪胀的渗透性变化规律进行了模拟分析。基于现场调查的裂隙信息统计生成裂隙网络岩体模型。 通过固定垂直应力、不断增加应力比RS(RS=水平应力/垂直应力)使岩体出现剪胀,采用库伦滑移节理模式对岩体在剪胀过程中的渗透性变化情况进行模拟。结果发现：当应力比较小(RS3.1)时,节理水力隙宽、流速、渗透系数等参数都随着应力比的增加表现出明显的降低; 而当岩体出现剪胀现象之后(应力比大于3.1),发生剪切滑移和剪胀现象的节理控制着裂隙岩体的总体渗流行为,与不考虑节理剪胀的计算结果相比,岩体渗透能力出现了显著增长。这一结果表明,剪胀对裂隙岩体渗透性的影响是显著而不可忽视的。     

综合物探在集镇新址场地稳定性评价中的应用

某水电站集镇移民点场地上部分建筑的地基基坑开挖时发现基岩中陡倾角裂隙集中发育,岩体切割破碎,建筑施工陷入停滞,为查明该移民点场地下方15m范围内不良地质体分布情况,在集镇新址采用浅层地震、高密度电法、地质雷达方法进行综合物探测试。从测试成果分析来看,测区场地自上而下可分为三层,其中由表层开挖松弛岩体或回填块碎石土与第二层强风化强卸荷岩体组成的岩体其深度一般在5～22m之间,地震波速在510～1800m/s之间,此层岩体中纵向走向的结构面较横向发育;第三层中～微风化岩体的地震波速在3300～3670m/s之间,岩体稳定性较好。     

柱状节理岩体渗透性模型试验研究

柱状节理岩体是一类典型的结构性岩体,具有柱状节理网络发育、岩体完整性差的特点,其力学和渗流特性呈现出显著的各向异性。在分析柱状节理成因的基础上,从现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析4个方面系统总结了柱状节理岩体力学和渗流各向异性的最新研究成果,分析了现有研究方法和研究成果的不足,探讨了今后柱状节理岩体力学和渗流各向异性特性研究的新方向,即：基于柱状节理冷却收缩形成机制研究一种模拟柱状节理岩体试件一次成型制备方法,在考虑柱状节理卸荷扩容特性的基础上重点开展卸荷条件下柱状节理岩体力学和渗流各向异性规律研究。     

卸荷过程岩体中弹性波波速变化分析

伴随岩体卸荷过程,岩体内部应力状态要进行调整,同时岩体内部几何结构也要发生变化。由于卸荷过程应力状态变化很复杂,文中利用卸载过程中岩体内部几何结构的变化来反映卸载过程,通过岩体几何结构对弹性波传播的影响来分析卸载过程的波速。为考虑弹性波作用下局部裂纹的相互作用,采用双裂纹模型近似分析。在双裂纹体系内部采用“相互作用”分析法,以部分考虑波在岩体内的多次散射;在双裂纹体系之间采用线性叠加分析法,以考虑岩体中缺陷影响的局部化。通过节理裂隙的张开程度和节理裂隙的张开率描述卸载过程对双裂纹体系的影响,由此,对比分析了开挖卸载过程中四种不同的玄武岩与主频25 kHz和主频1 kHz对应的弹性波波速的变化。结果表明,随着卸载过程的推移,主频25 kHz声波和主频1 kHz地震波对应的相对波速逐渐减小,但声波波速的减小幅度要比地震波减小的幅度小,声波波速可以降低到原来的80%,而地震波波速可以降低到原来的50%。结论对于水利工程、隧道工程等建基面的验收和评价有很好的指导意义     

混凝土喷层支护节理岩体等效力学模型及其应用

考虑喷层在节理面局部的限剪和限裂作用,提出喷层支护节理岩体流变模型,在此基础上推导出喷层支护节理岩体的本构关系,建立了一种喷层支护节理岩体等效力学模型。采用该模型进行结构有限元计算,喷层、节理均不需要离散网格,进行等效模拟;当实际节理裂隙的数量与方向或喷层的厚度变化时,也不需要变化计算网格,从而可降低前处理工作量,为大型复杂结构的计算分析提供较大便利。最后,通过算例和实际工程验证了该模型的有效性--不仅具有离散模型便于模拟喷层真实作用机制的优点,而且具有等效模拟简单易行的优点,具有较好的工程应用前景。