裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅱ:解析法

通过分开考虑岩块和裂隙对岩体变形的贡献,研究了任意裂隙分布岩体等效变形模量的解析计算方法,并用正交裂隙岩体对该方法进行了验证,得到的结果和经典解析解完全一致。此外,通过该方法对锦屏Ⅱ级电站辅助洞中段随机裂隙岩体进行不同尺寸、不同方位下等效变形模量的计算,计算结果显示,随着岩体尺寸的增大,不同方位的变形模量值趋于稳定,该裂隙岩体变形模量的特征单元对(REV)尺寸为8 m,和有限元计算结果一致。结果表明该方法可以用来研究裂隙岩体等效变形模量尺寸效应和各向异性特性,研究成果对于裂隙岩体等效变形参数取值具有重要意义。     

岩体变形模量的尺寸效应

岩土工程中,现场岩体的承压板试验和变形试验可看作是不同尺寸岩体的变形试验。在某工程的现场岩石力学试验中,对同一组试点的岩体先后进行了承压板变形试验和承载力试验,研究了岩体变形模量的尺寸效应,结果表明,岩体变形模量主要受岩体中的裂隙发育状况控制,当岩体质量较好时,可以由承载力试验曲线来确定岩体的变形特性,这一做法具有一举两得的效果。     

裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅰ:有限元法

通过对裂隙交叉和非贯通裂隙进行的网格剖分研究,建立了随机裂隙岩体网格生成方法,并编制了裂隙岩体有限元网格自动生成程序。根据锦屏电站辅助洞白山组大理岩裂隙分布调查结果,用蒙特卡洛法生成随机裂隙网络,进行了岩石-裂隙二元岩体网格自动剖分,将试验室获得的岩石和裂隙的力学参数分别赋予岩体模型中的岩石和裂隙,通过有限元方法研究了裂隙岩体等效变形模量的尺寸效应和各向异性。尺寸效应研究结果表明,所研究的裂隙岩体的等效变形模量表征单元体REV为8 m;各向异性研究结果表明,在REV尺寸下,所研究的裂隙岩体各个方向变形模量可以通过柔度张量进行拟合,且张量拟合误差不超过8%。     

地下洞室岩体变形模量的尺寸效应研究

变形参数是岩体工程变形计算、稳定性评价的前提,岩体变形参数的合理取值一直是岩土工程界关注的热点和难点之一.由于岩体力学参数存在随研究尺度不同而变化的特性,被称之为岩体力学参数的尺寸效应,因此由室内试验获取的岩石力学参数,甚至现场试验获取的岩体力学参数,均代表不了岩体工程尺度实际的力学特性,不能直接用于工程实际.为获取能...     

考虑荷载方向效应的软硬相间层状岩体综合变形模量取值研究

基于整体受力特征,提出用综合变形模量来表征多层层状岩体的整体变形效应。通过工程实例,建立体现各项异性特性的软硬相间层状岩体综合变形模量理论模型。采用弹性力学分别推求受力方向平行、垂直以及与层面呈任意角度情况下多层层状岩体综合变形模量理论解,并检验理论解一致性。推导受力方向平行层面的综合泊松比理论解和受垂直层面剪应力作用的综合剪切模量理论解。室内分别建立层面倾角为0o、30o、60o、90o的软硬相间层状岩体地质模型,试验获得其综合变形模量。对比分析试验值和理论计算值,两者差别在4.20%～8.77%之间,验证理论解的正确性。从理论分析和试验角度,研究工程荷载方向效应对层状岩体变形特性的影响,丰富完善现有层状岩体力学参数研究理论和技术方法。     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6:2.5:1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6:2.5:1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。      

应用RMi法估算岩体变形模量

RMR法与Q法是国内外八、九十年代岩体质量和参数估算的常用方法,然而RMR法和Q法对质量较差的岩体不太实用,而RMi法是一种既适用于软岩又适用于硬岩的岩体质量评价和参数估算方法。本文在介绍RMi法基本原理的基础上,对贵州省鱼简河水库坝基岩体变形模量进行确定。     

钻孔弹模法在某核岛岩体力学特性中的应用研究

钻孔试验法的最大优点是可测试深部岩体力学参数(变形模量或弹性模量),为工程支护设计、工程安全性评价提供最为不可缺少的参数。本文结合某核岛工程,介绍了钻孔弹模法在岩体力学特性的工程应用。研究表明:该方法能够反映岩体结构特征,测试获得的压力变形曲线符合实际,规律性良好。在低压力段,变形发展很快,压力与变形曲线呈非线性; 在中压力段,钻孔弹模计的承压板在不断输出增大的压力下与孔壁岩体达到全接触,裂隙闭合,压力与变形曲线接近线性; 在高压力段以上,压力与变形曲线在经历了低压力段非线性,中压力段接近线性后最终呈线性。考虑到岩体本身结构质量变化,弹性模量与变形模量会随深度发生一定的变化。经进一步分析核岛岩体变形模量或弹性模量可知,微风化至新鲜的花岗岩岩体各向异性不明显,部分受裂隙和结构面切割影响的测段岩体模量值小于其他测段,岩体模量比值较大,表现出较强的各向异性。最终,本文还给出了微风化至新鲜的花岗岩变形模量值NS向标准值为24.021.61GPa, EW向标准值为23.921.56GPa,综合变形模量标准值为23.971.10GPa; 弹性模量值NS向标准值为45.152.58GPa; EW向标准值为44.252.57GPa; 综合弹性模量标准值为44.701.79GPa。     

岩体波速与坝基岩体变形模量关系

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一,尽管其可以通过各种现场试验来获得,但因其耗时、费力、投资大,使得许多中小型工程及大型工程的初步设计阶段无法通过试验来得到这一参数。因此,许多研究者建立了诸多岩体变形模量与岩体物理力学参数或岩体质量分级之间的相关关系,如岩体变形模量与RQD、RMR分级、Q分级、岩体纵波速度等之间的关系,从而利用这些关系估算岩体变形模量。总结了已有估算岩体变形模量的各种方法,讨论了其应用条件及预测结果,重点分析了利用岩体纵波速度估算岩体变形模量的方法及存在的问题,并以玛尔挡坝址为实例,建立了相关预测公式。通过与已有估算方法的对比研究,阐明了各种方法预测结果的异同,表明其建立的估算公式与Barton等公式具有较好的一致性,可以用来估算岩体的变形模量     

基于Hoek—Diederichs公式的岩体变形模量估算

工程岩体的变形模量估算的Hoek—Diederichs经验公式是根据中国(包括台湾)大量的现场试验数据拟合获得的。通过对该经验公式的简要介绍,结合溪洛渡坝基的测试成果,详细地讨论了扰动因子的取值问题,并运用该经验公式对坝基岩体变形模量进行了估算。最后,将基于经验公式的估算结果与现场试验成果进行对比分析,发现Hoek—Diederichs经验公式具有较好的适用性。     

A nonlinear deformation modulus based on rock mass classification

Summary This paper describes the development of an empirical nonlinear stress dependent expression for the deformation modulus of rock masses based on rock mass classification. The expression defines the deformation modulus as the ratio of the deviator stress at failure to the major principal strain at failure. The Hoek and Brown failure criterion is used to predict the deviator stress at failure. Research was directed toward developing a failure criterion defining the major principal strain at failure. The expression for the deformation modulus was extended to rock mass conditions through correlations with observed deformations from case history studies and predicted deformations from finite element analyses.     

地应力与岩体模量关系的理论及试验研究

岩体模量（弹性模量及变形模量）是工程岩体力学特性的基础参数之一,研究地应力状态与岩体模量之间的关系具有重要意义.基于静弹性热力学模型原理,结合弹性理论,推导了水平主应力与岩体性质参数的定量关系,并对地应力与岩体模量的关系进行了探讨.在此基础上,以赣龙铁路梅花山隧道为依托,开展了围岩应力及岩体模量参数的现场测试工作,并将实测成果与理论分析进行对比.结果表明：当埋深影响较小时,花岗岩中的水平主应力与岩体模量呈线性正相关关系;当埋深相差较大时,深度对地应力及岩体模量的影响均不可忽略,水平主应力与岩体模量一般呈非线性关系,需要进一步研究;对花岗岩中的岩体弹性模量和变形模量与水平主应力之间的相关性进行对比发现,岩体变形模量与水平主应力的相关性更好.研究成果可为工程岩体力学参数取值及评价提供借鉴.     

鱼简河水库坝基岩体模量研究

岩体变形模量的确定是岩石力学界研究的难点问题。贵州省鱼简河水利工程是国家重点工程,该工程大坝坝型为拱坝,坝基岩体变形模量的大小直接影响其坝体结构设计。本文在坝基岩体分组的基础上,利用Monte-Carlo模拟技术,采用RMR法与岩体损伤的分形模型对岩体变形模量进行估算,最后结合原位试验和工程地质类比给出岩体参数建议值,为坝体设计提供合理的计算参数。     

Estimation of the rock mass deformation modulus using a rock classification system

It is often difficult to directly obtain specific design parameters of interest. In these situations, estimation based on empirical correlations is an alternative. The deformation modulus of a rock mass, which is important to know for engineering projects, is measured by in situ tests, such as plate bearing, flat jack, pressure chamber, borehole jacking and dilatometer tests. Nevertheless, these in situ tests are expensive, time consuming and sometimes even impossible. Many attempts have been made to estimate the E modulus using easy-to-obtain parameters of a rock mass. This paper reviews previous studies and the equations that have been developed. In addition, this study presents a new relation developed using a database of 82 dilatometer test results gathered from two dam sites and a tunnel site. Statistical analyses were performed to correlate accessible rock parameters with measured E modulus values from in situ tests. Knowing that discontinuity characteristics and the strength of rock materials are the most important contributors to rock deformability, the focus was on identifying parameters that are affected by the mentioned properties. Among the tested parameters, RMR (Rock Mass Rating) showed the best correlation with the E modulus. Statistical analyses resulted in a new empirical equation that has an acceptable estimation ability.     

基于节理网络有限元的柱状节理岩体等效变形模量结构效应研究

因其特殊的地质成因,柱状节理成为一种具有强烈非连续性及各向异性的特殊岩体结构。以白鹤滩水电工程设计、建设中所遇到的柱状节理玄武岩体为背景,针对柱状节理岩体的等效变形模量问题,在探讨了其结构效应表征参数的基础上,利用节理网络有限元为工具,研究各结构效应表征参数对柱状节理岩体等效变形模量的影响。研究结果表明：在柱轴线横向平面上,对于柱体不规则程度,当柱体完全不规则相对于完全规则情况,等效模量提高大约10%左右;在其他条件不变情况下,当柱体平均边长从0.1 m增加至0.5 m时,等效模量从5.36 GPa增加至23.4 GPa;对不同加载方向的研究结果表明,柱状节理在柱轴横向平面上可以视作各向同性;当节理刚度线性递增时,相应的岩体等效模量也基本符合线性递增的规律。在平行柱体轴线平面,节理组2间距越大,柱状节理岩体的等效变形模量越大;随着错距比的增加,柱状节理岩体的等效变形模量呈现先增加后减少的趋势,当错距比为50%时,节理岩体的等效变形模量取最大值;对于节理刚度的影响,与柱轴横向平面类似的,随柱体轴线平面上节理刚度的线性增加,相应的岩体模量也基本符合线性递增的规律。该研究成果与已有的现场研究成果及三维数值模型成果相比,吻合良好。说明了文中提供的研究结论具有较好的可信度及参考价值。     

VJC-RMR法在岩体变形模量确定中的应用

在介绍VJC-RMR法 ( Volumetric joint count-rock mechanics rating method )基本原理的基础上,对贵阳市鱼简河水库坝基岩体进行了质量评价和变形模量确定,并与原位试验法、Q法 (Rock mass quality) 和岩体损伤的分形模型(Fractional model of rock mass damage)进行了比较。结果表明,VJC-RMR法能够将一维问题转化为三维问题,更好地反映岩体的实际情况,是进行岩体质量评价和参数确定较好的一种方法。     

考虑累积损伤效应的围岩变形特性研究

隧道爆破开挖诱发的动力扰动作用范围往往远大于其开挖进尺,同一部位围岩受到循环爆破开挖的多次扰动普遍存在累积损伤。对乌东德水电站左岸导流洞爆破开挖过程中的爆破振动和围岩变形监测进行了监测和数值分析,基于累积损伤理论,通过引入损伤判据及损伤变量,考虑计算中产生的不同程度的损伤区域的岩体参数劣化,并将劣化后的参数引入相应损伤单元进行后续开挖爆破数值模拟计算,从而对岩体爆破开挖累积损伤效应进行模拟。通过比较乌东德水电站导流洞的实测数据以及数值模拟计算结果发现,考虑累积损伤的计算结果无论是爆破振动速度还是围岩变形均更接近于实测值。对爆破开挖的分析模拟中应考虑围岩的多次循环爆破累积损伤效应。