结构面倾角对节理岩体的连通特性和综合抗剪强度的影响

本文介绍了一种确定岩体结构面连通率的方法，该方法首先在岩体结构面网络中搜索到结构面-完整岩石组合的最小抗剪力路径，然后在此最小抗剪力路径上计算结构面的连通率。在考虑结构面的倾角后，本文首先推导出计算结构面抗剪应力的公式，进而提出在岩体结构面网络中搜寻最小抗剪力路径的方法。算例分析表明，考虑结构面倾角后，计算得出的结构面的连通率一般变小，而且在变化的幅度上不能忽略。文中还提供了一种新的确定岩体综合抗剪强度的方法，该综合抗剪强度不仅考虑了结构面和岩桥的抗剪破坏机理，还考虑了另一重要因素——结构面倾角的影响。实例分析表明结构面的倾角对确定岩体的综合抗剪强度影响很大。     

结构面原位剪切试验在宗格鲁水电站中的应用

宗格鲁水电站在平洞及坝基岩体开挖中揭露到缓倾角结构面,部分为软弱夹层,性状差。为满足RCC重力坝抗滑稳定计算需要,分别对坝基岩体刚性及软弱结构面进行原位剪切试验,获取结构面抗剪强度参数,结合结构面连通率及可能发生的剪切破坏型式,提出合理的抗剪强度参数,供设计专业计算使用。     

考虑坝基岩体抗剪强度各向异性的重力坝抗滑稳定分析方法

为研究节理岩体抗剪强度各向异性特征对重力坝抗滑稳定性的影响,利用结构面网络模拟技术,计算节理岩体在主滑动方向上沿不同角度剪切的连通率与相应的抗剪强度参数,对Mohr-Coulomb强度准则进行各向异性修正。在此基础上,结合极限分析法,提出了一种考虑岩体抗剪强度各向异性特征的重力坝抗滑稳定分析方法。将该方法应用于向家坝泄12坝段的深层抗滑稳定分析,并与传统方法的计算结果进行对比。结果表明:该方法与传统方法获得的临界滑裂面位置比较接近,但其抗滑稳定安全系数明显小于传统方法,且临界滑裂面的剪出段倾角与坝基岩体连通率的最大值方向基本一致,和实际情况相符。该方法充分考虑了岩体抗剪强度各向异性的影响,对合理评价重力坝的抗滑稳定性具有重要的工程和现实意义。     

PFC~(2D)模拟研究不同工况的异面非贯通节理对岩体力学性质的影响

针对非贯通节理岩体研究中多以共面节理岩体为对象、对异面节理岩体力学性质研究较少的问题,为了更全面的研究非贯通节理岩体的贯通扩展规律,基于直剪模型试验及相关颗粒流理论,利用颗粒离散元数值模拟软件PFC~(2D),研究不同工况的非贯通异面节理岩体。对比异面节理起伏角度、节理倾斜角度(节理与水平剪切方向的夹角)、节理连通率以及试验加载速率和法向应力对异面非贯通节理岩体扩展贯通机理和强度特性的影响。试验结果显示以上五方面对非贯通节理岩体的力学特性影响显著:(1)异面节理的起伏角度越大,非贯通节理岩体的峰值抗剪强度越大,抗剪能力越强。岩体的峰值剪切位移随着节理起伏角度的增大有增大的趋势。(2)非贯通节理岩体的峰值剪切强度、峰值剪切位移会随着试验剪切速率的增大逐渐增大,但增大的速率和幅度会随剪切速率的增大而变小。(3)非贯通节理岩体的峰值抗剪强度会随着法向应力的增大逐渐增大,且增大趋势呈线性。(4)异面节理的连通率越大,非贯通节理岩体的抗剪能力越差,峰值抗剪强度越小。峰值剪切位移亦随连通率的增大而减小,但减小幅度不大。(5)节理的倾角越大,岩体峰值切应力越大,抗剪能力越强。     

锅浪跷水电站右坝肩棱形岩体稳定性分析

锅浪跷水电站右坝肩棱形岩体的稳定问题，主要受断层破碎带、缓倾角裂隙密集带和缓倾角剪切破碎带的组合影响，受控于缓倾角软弱结构面的产状及其抗剪强度指标。通过对结构面性状及参数取值分析，采用刚体极限平衡理论和有限元法计算。得出了植形岩体的稳定安全系数以及需要加固的部位。     

某水电站坝基岩体结构面直剪试验研究

c、φ值是衡量岩体结构抗剪强度的主要参数,一般通过岩体结构面直剪试验获取。岩体结构面直剪试验分为多点法和单点法,工程设计中通常采用多点法,而忽视单点法的重要作用。为了对两种试验方法进行比较,结合具体的试验项目, 运用携带式剪切仪,分别采用上述两种试验方法,对某水电站坝基岩体结构面的抗剪强度参数进行了试验测试。试验结果表明两种方法各有所长,并指出只有二者相结合才能客观反映岩体结构面的抗剪强度,从而提高工程设计的科学性、准确性和可靠性。     

岩体高倾角结构面抗剪试验方法探讨

岩体高倾角结构面抗剪试验较平缓倾角结构面抗剪试验而言，无论在试体加工或试验技术方面，其难度和复杂程度都将增加不少。笔者就福堂水电站、狮子坪水电站为满足地质要求所开展的、近９０°高倾角岩体结构面的抗剪试验方法进行技术总结。试验表明：其成果与平缓倾角结构面抗剪试验值类比无显著差异。反映了高倾角岩体结构面在一定的地质条件下特有的强度特性。     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

模拟岩体结构面锚固试验

通过模拟岩体结构面的无锚、非预应力锚固和预应力锚固的试验研究，得到锚固及锚杆倾角与结构面的剪切刚度、抗剪强度、抗剪强度参数之间的关系和影响大小，对认识锚固机理有参考价值．     

层理特性对层状岩体剪切力学特性的影响研究

当前对层状岩体力学特性的研究多涉及抗压及抗拉特性,为研究层状岩体剪切破坏过程中的强度和弹性变形参数及破坏特征,通过基于人工制样方法,开展不同层理倾角、层理间距及层理粘结强度下层状岩体直剪试验,结果表明:随着层理倾角的增大,层状类岩体的抗剪强度指标呈现先增大、后减小、再增大的变化趋势,在３０°左右量值最大,在６０°左右量值最小;当层间粘结强度与岩层强度接近时,层理间距对其剪切特性的影响较小;层理粘结强度的提高会增强试样的抗剪强度。     

基于钻孔图像的结构面分布分维数计算方法

在工程实践中,对岩体结构面分布的分维数进行实测往往存在一定的难度,但是采用钻孔摄像技术既能够准确获取布设的钻孔内各项地质信息,而且形成的钻孔图像能够直观地反映钻孔中岩体结构面的特征参数,因此提出了一种基于钻孔图像的岩体结构面分布分维数计算方法。该方法的原理是:首先,通过钻孔图像获取研究区域内各钻孔内的岩体结构面的特征参数(包括倾角、倾向、隙宽、间距);然后,根据各钻孔之间的连通判断准则,判断区域内各钻孔结构面的连通性,并估算出研究区域内结构面的迹长值,同时参照钻孔的孔位及深度信息,来界定研究区域模型的范围;最后,结合Monte-Carlo法,建立岩体结构面分布的三维网络模型,根据分维数计算方法,求解模型各研究面的分形维数,并将3个钻孔的整体连通模型和各钻孔模型所得到的分维数开展对比分析。结果表明,该方法的计算结果与其他评价方法的结论一致。     

无充填硬性岩体结构面抗剪强度估算方法及应用

岩体结构面抗剪强度参数是进行结构地基抗滑稳定计算的基本参数。通常,对于小型工程均是由有经验的地质工程师通过对各结构面的性质进行分析后,参照类比经验取值;而对于大型工程都是通过试验获得参数值。类比取值完全取决于地质工程师的工程经验,试验只能对部分代表性结构面进行,不可能包含所有具体结构面。而将裂隙面的粗糙度和结构面的岩壁强度综合考虑,能弥补两种方法的不足,可在现场方便快捷地估算出岩体结构面的抗剪强度。通过工程实例介绍了该方法在现场的具体运用,可供工程技术人员借鉴。     

结构面特征及应力边界对岩体渗透系数的影响研究

裂隙岩体介质渗透特性是研究地下水问题的重要参数,不仅取决于结构面产状规律同时与所处地应力环境相关。本文针对裂隙岩体渗透性问题,考虑结构面分布随机性,利用UDEC软件,通过多个数值分析模型,研究了结构面特征和应力边界条件对裂隙岩体等效渗透性的影响。结果表明：裂隙倾角、间距、隙宽和迹长对岩体的渗透特性均有明显影响,裂隙倾角与渗流主方向较为接近时,该方向的岩体渗透系数较高;岩体的渗透系数随裂隙间距的增加呈幂函数降低趋势,随隙宽的增加而增大;各渗透分量均随迹长的增加而增大,但增长速度由快变慢;岩体所赋存环境地应力场对岩体的渗透系数有明显影响,地应力水平的提高会导致有效水力隙宽减小,进而降低岩体的渗透性,渗透系数随地应力的变化基本呈线性关系。     

节理倾角对砂岩强度及物理特征的影响

节理岩体广泛存在于实际工程中,深入研究节理倾角对岩体强度和物理特征的影响,对节理岩体工程稳定性研究具有重要的意义。通过完整及含不同节理倾角岩样在不同围压下的三轴加载破坏试验及声波测试试验,探讨了节理倾角对砂岩强度及物理特性的影响规律。试验结果表明①随着节理倾角的变化,岩样纵波波速衰减率有所不同,节理倾角为60°时岩样波速衰减率最大。②节理岩样的弹性模量随倾角大小的变化规律是E_完整>E _90°>E _30°> E _60°。③在同一节理倾角下,岩样峰值强度随着围压的增加而增大;在同一围压下,岩样峰值强度随着节理倾角的变化表现出明显的各向异性。④节理岩样的黏聚力随着节理倾角的变化呈现出U型的变化趋势,且在节理倾角为60°时黏聚力最小;同时内摩擦角随着节理倾角的增大而逐渐增大。由上述成果可知,节理倾角对砂岩强度和物理特性影响较大,节理倾角为60°时,影响程度最大。     

北本水电站坝基岩体剪切强度参数取值分析

以北本水电站的岩体抗剪强度试验数据为基础,采用Hork-Brown理论对数据进行整理及分析得出,坝基岩体与混凝土的抗剪强度主要受岩体强度控制,结构面抗剪强度主要受结构面充填物质及矿物成分控制;岩体抗剪强度的残余内摩擦角是峰值内摩擦角的0.78~0.95、残余粘聚力是峰值粘聚力的0.35~0.8,采用小值平均值拟合的数据及0.2分位值统计的结果与采用Hork-Brown理论推算的抗剪强度基本一致,说明采用岩体残余强度值为设计值是合理和安全的,但尚有一定的安全储备。     

共面断续岩桥直剪试验破坏过程研究

岩桥对岩质边坡稳定性起控制性作用,而非贯通性节理岩体是广泛存在于岩质边坡中的一种岩桥载体形式。研究共面断续岩桥连通率对岩石抗剪性能的影响,可为岩质高边坡稳定性评价提供理论依据。以直剪试验的形式,通过石英砂、水泥、石膏和水制备直剪试验试样, 并预留相同长度的3条共面断续节理,对共面断续岩桥进行剪切模拟,分析其破坏模式、破坏过程演化机制和力学参数。结果表明:直剪试样呈现张拉破坏、拉剪破坏和剪切破坏3种破坏模式,以剪切破坏为主,节理所在面为控制性结构面;试样破坏过程依次呈现为裂纹稳定、裂纹破坏和残余变形阶段;随连通率增大,抗剪强度降低,黏聚力减小,内摩擦角小幅变动;共面断续岩桥连通率越大,岩石抗剪性能越差,岩质边坡稳定性越低。