库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象，通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验，分析其蠕变特性，分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度；此外，基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明：干湿循环会造成土体承载能力降低，蠕变变形增大，达到稳定的时间变长，且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大；偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形，衰减蠕变和稳定蠕变阶段，中应力下和高应力下经历瞬时变形，衰减蠕变和等速蠕变阶段；Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土，且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域，应加强对该区域的防护。     

考虑岩石蠕变与损伤的直立层状边坡倾倒模型

倾倒破坏是直立层状岩质边坡失稳破坏的模式之一,目前仅研究了岩石分别为线弹性体、损伤体或蠕变体时在自重作用下边坡倾倒临界高度的计算方法,而实际工程中,岩体则往往同时具有损伤及蠕变特性。为此,针对软岩中同时存在的损伤与蠕变特性,在经典欧拉压杆模型的基础上分别假定岩石为Maxwell蠕变体、基于Weibull分布的统计损伤体及损伤与蠕变共存的复合体等三种模型,获得了相应的边坡倾倒临界高度计算方法,并讨论了相关参数对计算结果的影响。研究结果表明,在直立层状边坡倾倒计算中,应同时考虑细观损伤与蠕变对计算结果的影响,当考虑岩石蠕变性时,边坡倾倒临界高度随时间增加近似呈指数规律下降。     

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。     

三峡千将坪滑坡滑动带土的非饱和蠕变模型

为定量研究降雨和库水位变动情况下的滑坡蠕滑变形特性，进行了三峡千将坪滑坡滑带土的非饱和三轴排水蠕变试验研究，得出了该滑带土在相同净围压，不同基质吸力下的一组蠕变曲线，在此基础上，类比Singh-Mitchell及Mesri蠕变模型的建模思想，并根据试验曲线自身的特点，给出了适合该滑动带土的非饱和蠕变模型，即剪应力-应变关系采用幂次函数，应变-时间关系采用双曲线函数。拟合结果表明，该模型能够较好地拟合试验曲线，为预测滑坡在库水或降雨作用下的长期稳定性提出了参考意见。     

分级加卸载下深部粉砂岩三轴蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300米东大巷二煤层底板粉砂岩进行了三轴蠕变特性试验,详细探讨了其轴向蠕变和变形模量的变化特征,分析了围压对蠕变和破坏的影响;研究了该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征。试验结果表明,在围压条件下,加速蠕变阶段较明显,岩样经过典型的蠕变三阶段后产生明显的黏塑性破坏;变形模量随应力水平的增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;瞬弹应变、瞬时总应变、粘弹性应变和总蠕变均随应力水平增大而增大;围压越大,岩石蠕变值越小,变形模量越小,塑性变形所占比重越大,非线性流变越明显。加大围压可以减缓岩石的蠕变破坏时间,围压越大破坏时的应变值也越高。表明围压对岩石蠕变有明显的约束作用。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型北大核心CSCD

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

应用于堆石坝的弹塑性模型与亚塑性模型的理论对比分析

未来的超高面板堆石坝的设计与施工将以变形控制为核心，面板堆石坝的变形与堆石体的材料密切相关，然而，堆石体的材料是一种典型的非线弹性材料，因此选取能够准确反映堆石体应力和变形关系的本构模型将是解决坝体变形的有效措施之一。在广泛阅读国内外相关文献的基础上，选取在经典弹塑性理论与亚塑性理论中具有一定代表性的沈珠江双屈服面弹塑性模型与Gu—dehus—Buaer亚塑性模型进行系统的理论分析与对比，为堆石体材料应力应变分析模型的选取提供理论依据。     

关中咸阳地区Q_2黄土蠕变特性试验研究

通过对关中咸阳地区Q2黄土进行三轴蠕变试验,得到了关中咸阳地区Q2黄土不同围压及不同含水率下的应变—时间曲线和应力—应变等时曲线。分析试验曲线表明:围压及含水率对关中咸阳地区Q2黄土的蠕变特性具有较大影响,表现在其蠕变变形量与含水率在相同围压时呈正相关关系,与围压在相同含水率时呈负相关关系。再进一步对关中咸阳地区Q2黄土蠕变破坏应力与围压及含水率试验数据做拟合分析,得到了其蠕变破坏应力与围压呈线性正相关关系,与含水率呈负对数关系的变化规律。在以上分析的基础上,通过改进常用的五元件模型(H-K-K)参数性质及结构,得到了可描述Q2黄土加速蠕变的七元件非线性蠕变模型,并应用试验数据对其进行拟合辨识,最终得到较为理想的结果。     

膨胀土非线性蠕变模型研究

通过对南宁膨胀土的三轴压缩蠕变试验,研究了该膨胀土的非线性蠕变特性。基于流变力学和分数阶微积分理论的蠕变模型,构建了可反映膨胀土非线性流变特性的本构方程和蠕变方程。为了更好地描述膨胀土的非线性流变行为,通过引入考虑应力水平影响的类粘滞系数,进一步改进了软体元件。研究发现,膨胀土的非线性蠕变过程可以通过调整分数阶次β1和β2进行有效地模拟。研究结果表明,所建立的模型能完整地描述膨胀土的粘-弹-塑性变形,且模型分析结果与试验结果非常吻合,为计算膨胀土地基在长期荷载作用下的变形提供了理论依据,也对进一步探索膨胀土的应力松弛和长期强度等流变特性具有理论意义。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

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。     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅰ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅱ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

蠕变－样条联合模型及其在滑坡时间预报中的应用

根据滑坡演化的一般规律并考虑到外动力因素对斜坡变形破坏的影响，提出了一种蠕变与样条的联合模型。通过新滩滑坡和链子崖危岩体的实例分析，采用蠕变－样条联合模型进行滑坡位移数据分析和临滑时间预报。初步研究表明，联合模型与其它模型相比具有使用方便和精度高等优点     

地震作用下结构失稳诱发的塌陷和地裂缝机理分析

分析了地震诱发的地表塌陷和地裂缝机制。通过地裂缝微观机理分析研究发现:(1)地震造成了大量的地裂缝和塌陷,这些破坏的出现与地震发生时造成的瞬间应力变化和结构破坏密切相关;(2)利用结构突变失稳理论来研究岩土体内部结构是可行的。当应力状态满足孔隙结构失稳判别式时,结构元的变形状态将产生一个“跳跃”;(3)地震情况下岩土体颗粒之间有效接触力的增加,使得结构的变形能增大;同时导致颗粒间连接刚度的降低,导致结构的失稳,这些变化又是在瞬间发生和完成的,这就造成了在地震发生时总是伴随着大量的裂缝和塌陷的出现。     

油页岩地下开采巷道围岩的流变特性及工程应用

为研究油页岩巷道围岩的流变特性,采用岩土SJ-1B三轴蠕变仪对油页岩进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,建立了油页岩非线性蠕变方程。根据上述非线性蠕变方程,以吉林桦甸油页岩矿一井运输大巷为工程背景,分析了围岩的应力场和位移场,并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了系统的分析。研究结果表明,油页岩蠕变具有非线性,控制油页岩巷道围岩过量变形的根本途径是改变围岩的应力状态,以及适当提高锚杆、锚索的初始预应力。本文为有效控制油页岩开采时巷道围岩的有害变形提供了理论依据。     

干湿循环作用对堆石长期变形影响的试验研究

堆石体存在流变,不仅与荷载有关,而且与日晒雨淋引起的干湿循环有关。通过室内试验模拟日晒雨淋引起的干湿循环作用,研究其对堆石体长期变形的影响。试验结果表明,荷载作用流变很快趋于稳定,测得的流变量也相对较小;偏应力状态干湿循环作用引起的长期变形非常明显,其变形占后期变形总量的50%~70%,且后期变形的衰减远小于荷载单独作用引起的流变,这对于坝体的安全和稳定的影响是不容忽视的。根据试验研究揭示的变形规律,本文建立了相应的计算干湿循环变形的数值模型,可用于有限元计算。     

短临前兆跟踪中的前兆场反演法和地震参数预报

利用静力位错理论对地震发生过程中的应力场状态进行分析;利用震时被灵敏仪器记录到的高分辨率应变(形变)阶的量值及其空间分布来反演地震断层的参数。将大地形变仪器的观测数据进行统一标度的归化,对前兆观测物理量进行归化处理分析,并进行震例验算。为正确把握地震时震源周边岩石中的应力过程及对在岩石中设置的形变类仪器的影响情况,特选择在布有各类高灵敏形变观测仪器的徐州综合形变地震台大型坑道中,使用化学致裂试验模拟震源的致裂点周围不同构造和距离位置上的岩石应力状态,分析应变的衰减规律,研究岩石中的不同构造方向上与距离因素有关的能量释放情况,建立相应的关系式。编制了震源参数反演、前兆场物理量归化处理等计算软件。通过震时形变资料反演地震断层参数,在为探索地震预报新途径方面做了一些尝试。