花岗岩非定常蠕变及其参数确定

深部岩体工程的长期稳定性与围岩的时效变形特性有着紧密的联系,花岗岩在高地应力作用下会呈现出流变特性,采用TAW-2000岩石三轴试验机,对花岗岩试件在三轴压缩条件下进行了蠕变特性试验。通过德鲁克-普拉格屈服函数在西原体一维蠕变方程中引入强度参数C、φ值,推导出三维状态下轴向蠕变方程来描述花岗岩蠕变过程,并分析了变形参数泊松比和强度参数C、φ的变化规律。由三轴试验结果,用非线性最小二乘法求出了不同围压作用不同时刻下的流变参数,并根据参数分布规律得到了流变参数与应力和时间的关系,最后推出非定常三维非线性蠕变方程。研究表明:该模型能很好反映花岗岩流变参数随应力和时间的弱化规律、稳定蠕变和衰减蠕变过程的蠕变特性,为深部岩石工程的长期稳定性问题提供新的研究思路与研究方法。     

西南某水电站岩体质量分级研究

介绍了水利水电工程地质分类、RM R分类和Q系统分类等3种分级法的具体使用和评价标准,并以西南某水电站为例,将这3种分类方法对其坝区围岩分类的结果进行了对比和相关性分析,得出了该水电站围岩合理、科学的评价分类结果。依据此评价结果,绘出了坝区岩体质量分级图,准确显示了坝区的岩体质量特征,证实了3种分级法在该类岩体分级的适用性和统一性。在充分调查和资料掌握的基础上,对岩体工程地质分类在实际工程中的应用提出了具体的指标和实际的操作法。     

高地应力条件下Q系统在某勘探洞围岩分类中的应用

西南地区某水电站勘探洞高地应力是一个突出问题,高地应力洞段岩体属于坚硬岩或较坚硬岩,主要破坏方式是岩爆。高地应力区非岩爆岩体中未见结构性流变和软岩塑性流动等变形破坏现象,岩体质量较好。通过对岩体质量分类Q系统在该勘探洞高地应力洞段的应用,发现Q系统对于高地应力区非岩爆段岩体没有给出相应的SRF值;岩爆的发育条件是多方面的,但Q系统对岩爆的发育条件考虑较单一,所以它在高地应力区岩爆段的分类结果不能准确地体现出岩爆的等级和围岩类别。基于这2个问题,本文对Q系统做了相应的修改,以适应该勘探洞围岩分类,从修改后Q系统的分类结果看,效果良好。     

高陡山区深部硐室地应力测量方法与结果分析——以大红山铁矿硐室为例

地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数,其测量方法有很多种。本文详细介绍了适用于深部地下硐室的地应力测量方法——应变解除法,并介绍了大红山铁矿矿区深部地应力测量的方法、过程和结果。在区域地质构造分析的基础上,采用应变解除法进行现场实测,获得了该矿区深部4个水平6个测点的三维地应力状态;利用多方程回归方法分析初始地应力场,获取了大红山铁矿矿区深部地应力分布的基本规律。测量成果为工程设计和稳定性分析提供了依据,并为进一步研究该矿区岩体应力状态和应力场奠定了基础。     

随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

基于岩体质量指标Q分类系统的风险分析方法

基于岩体质量指标Q分类系统,应用Monte-Carlo模拟技术,研究了岩体质量风险分析方法。该方法视Q分类系统中各单因素取值为随机变量,建立了各单因素取值概率模型;通过对所建模型的抽样计算,可获取所评价岩体实际Q值小于设计所采用Q值的概率;通过对比分析Q值累计曲线和岩体质量分布图,可得到任意Q值对应的风险概率,查清岩体中可能出现的质量等级以及每个质量等级所占百分比的情况。本文研究成果已在青岛胶州湾海底隧道工程中得到应用,并获得良好效果。     

极高地应力软岩稳定性指标优先级及多因素耦合分级∗

极高地应力隧道工程设计施工除了考虑地质构造作用极其强烈以外,强度应力比、地下水、膨胀应力、结构面产状等因素对围岩稳定性的影响也必须考虑,同时隧道轴线与最大应力主方向夹角、隧道断面及面积、岩层厚度及倾角等因素也非常重要。以《工程岩体分级标准》为基础,提出一种极高地应力复杂软岩隧道围岩稳定性因素优先级分析思路,并采用熵权法形成多主因素耦合、次因素修正的围岩分级方法。现场实践表明分级结果与现场施工状态吻合较好,进一步对另两座隧道使用本方法进行验证。结果表明,现行规范中围岩分级因素和方法不适用极高地应力情况,且和影响因素优先级加多因素耦合修正 BQ 值的围岩分级方法结果相差 10% 左右,原因是对极高地应力软岩稳定性影响因素考虑不全面。这种围岩稳定性分级方法具有较好的适用性,且耦合时使用熵权法原理使得结果更加偏向于定量计算,减少了人为因素干扰,结果更加客观真实。     

山区公路隧道围岩分级及参数获取方法研究

公路隧道围岩分级是为正确选择支护结构型式和施工方法、进行科学管理及评价经济效益的基础。该文在对影响山岭公路隧道围岩稳定性的各环境地质因素进行分析的基础上,阐述了公路隧道围岩分级的方法和特点。根据公路隧道不同勘察阶段的精度要求及生产实际情况,提出了工可阶段采用定性分类、初设阶段采用定性为主、定量为辅、施工图阶段采用定量为主、定性为辅、施工阶段视情况采用定性或定量手段的公路围岩分级方法。针对定性评价提出了综合利用规范法、宏观地质分析法、工程地质类比法及经验判断法等分析方法。对定量评价时所需的两个基本指标及三个修正系数,分别提出了多种可行的手段进行获取的方法,并强调加强各种定量指标的综合分析,选用复合性指标,正确进行定量计算与分级。     

变质岩区强应变带工程地质特性及隧道围岩稳定性分析

变质岩区强应变带构造挤压变形明显,变质分异现象清晰,工程性质差。通过对鸡公寨隧道湖蓝坡强应变带进行调查、测试及取样试验分析,结果表明:强应变带对岩性有明显的改造作用,片状矿物含量增高,岩石强度下降,软化系数0.36~0.50,岩体完整性系数0.25~0.46,属较破碎~破碎程度,呈薄片~碎片状岩体结构;构造残余应力明显,实测侧压力系数λ为1.3~1.9,以水平应力为主导。隧道围岩稳定性差,计算的围岩变形量远超规范允许值,且构造应力影响下的变形量远大于正常自重应力工况,在隧道设计、施工时需采取针对性的控制变形措施。     

基于CSMR和卷积神经网络的岩质边坡稳定性分析

CSMR分类体系是一种半定量的岩质边坡稳定性分析方法，其综合考虑了多因素对边坡稳定性的影响，但是计算复杂。在岩质边坡稳定性评价CSMR分类体系基础上，引入卷积神经网络原理，建立基于CSMR和卷积神经网络的边坡稳定性评价模型。首先，通过85个实测岩质边坡样本对模型进行训练，构建CSMR方法中的坡高H、高度修正系数ξ、RMR评分、结构面方位修正系数(F₁、F₂、F₃)、开挖方法修正系数F₄和结构面条件修正系数λ共8个影响因子和边坡稳定状态的非线性映射关系。然后，用另外15个边坡样验证基于CSMR和卷积神经网络的岩质边坡稳定性分析模型的有效性。最后，将模型应用于广东清远银湖城边坡稳定性分析，其预测值和期望值基本吻合。同时与有限元分析法计算结果进行了对比，表明该方法具有较强的泛化能力，能快速预测边坡稳定性，可为山区工程建设中岩质边坡工程设计和管理提供依据和参考。     

考虑岩体各向异性强度的隧洞围岩稳定性分析

岩体中普遍存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度有着重要的影响。以具有较密集成组节理的岩体为研究对象,以Drucker-Prager准则和裂隙应力张开准则为基础,分别考虑岩块和节理面各自的物理力学性质,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法,并建立了岩体各向异性本构模型,用以描述节理岩体在强度方面的各向异性及其破坏特征。将该模型用于隧洞围岩稳定性分析工程中,研究表明,该模型可以较好地解释节理岩体围岩的破坏特征,与工程实践相符。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及深埋地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

深埋岩溶隧道掌子面突水灾害可靠性上限分析∗

旨在研究高地应力、高压富水条件下深埋岩溶隧道掌子面突水灾害的可靠性问题。基于已有研究成果,考虑高地应力以及高压富水地质条件,采用极限分析上限法构建了以剪切破坏为主的深埋岩溶隧道掌子面三维防突机制。根据虚功率原理建立突水破坏过程中的能量方程,利用Hoek-Brown 强度准则求解了高地应力以及高压富水条件下防止掌子面突水所需要的支护力上限解。在极限破坏状态下,根据掌子面上施加的支护力与突水破坏时的围岩压力构建极限状态方程,建立了深埋岩溶隧道掌子面防突可靠度模型,并采用响应面法计算了掌子面发生突水灾害的失效概率。分析了水平地应力、溶腔水压力、岩体强度参数以及隧道洞径对支护力、潜在破坏长度的影响规律,给出了满足不同容许失效概率下深埋岩溶隧道预防突水灾害所需要的最小支护力以及在有限支护效应下能抵抗的最大破坏长度。将研究成果应用于实际工程案例中,与已有研究、现场结果相比较,验证了本文计算结果的有效性,可为今后类似深埋岩溶隧道的防突问题提供理论指导和参考。     

宁杭高速公路宜兴兰右山深路堑高边坡整体稳定性探讨

分析了宁杭高速公路宜兴兰右山深路堑工程地质特征、边坡稳定性影响因素及边坡变形破坏机理,并在此基础上指出:该段西侧高边坡一级台阶为泥岩,二级以上台阶为石英砂岩,边坡呈"上硬下软"双层结构;由于泥岩岩性特殊,具有浸水软化、膨胀、崩解、易风化等特征,在地下水诱因下,这种双层结构类型对边坡稳定性十分不利;为高速公路运营安全,宜采取主动防护措施,如坡面封闭隔水处理、预应力锚索、砂浆锚杆框架等防护方案,防止发生边坡深层破坏。     

西南山区公路工程建设对地质环境的影响--模糊综合评价

通过对西昌一攀枝花高速公路沿线地质环境及工程建设活动强度的分析研究，选择地质构造、地层产状、岩性组合和高填深挖等10个子因子，从地质体稳定性、岩土体稳定性、工程活动强度和地质灾害等4方面建立了公路工程对地质环境影响的评价指标体系和层次分析模型，利用模糊综合评判方法对公路工程建设对地质环境影响的程度进行了评价。     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。