基于三维激光扫描技术的岩体抗剪强度参数获取

为了解决在高陡地形条件下难以获取岩体抗剪强度参数的问题,应用三维激光扫描技术得到斜坡岩体结构面几何参数(倾向、倾角、间距、迹长),并结合结构面网络模拟技术生成结构面网络图,使用投影法计算不同剪切方向的连通率,最后计算岩体抗剪强度参数。研究表明:斜坡临界连通率往往在接近优势结构面倾角的剪切方向附近出现;该方法的计算结果与规范法和RMR法的结果均较为吻合,并具有较强的可操作性和实用性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

岩体随机结构面的网络生成及应用

运用蒙特卡罗原理模拟了某坝址区岩体结构面的空间展布状态和交切关系,分析、计算了不同测线方向上岩体工程的力学特性指标。应用结构面网络模拟计算岩体抗剪强度,探讨了结构面几何参数与岩体力学参数问的关系,确定了不同几何参数对岩体抗剪强度的影响和作用。     

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。      

岩体抗剪强度特性研究

岩体是一种不连续介质，岩体及岩体同强度特性具有一定的特殊性，岩体抗剪参数取值是否合理，关系到工程的安全和经济，本项研究主改进结构面及岩桥抗剪强度确定的新技术以及抗剪参数的取值的新方法，具有定的创新意义。     

三峡岩体结构面的强度特性及其破坏机制

 介绍了三峡工程岩体结构面的抗剪强度特性，重点分析了结构面的破坏机制。研究表明，软弱结构面的抗剪强度，主要取决于充填物质的力学性状和充填物厚度与结构面面壁起伏差的比值。无充填硬性结构面的抗剪强度，主要取决于结构面的起伏状况和构成结构面的岩体的强度。     

小浪底水库风雨沟西侧边坡岩体节理抗剪强度研究

根据简易纵剖面仪野外现场绘制的大量节理表面轮廓曲线的修正直边法测量结果,综合评价边坡岩体3个结构区12组节理沿走向方向和沿倾向方向的粗糙度系数,并在此基础上,运用JRC—JCS模型估算了各组节理沿走向和倾向的抗剪强度参数。通过对比统计估算和试验结果,确定节理抗剪强度取值标准,作为边坡岩体稳定性研究的计算力学参数。     

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。     

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。     

冻结岩石节理面峰值剪切强度准则研究

冻土区工程场地岩石节理作为力学薄弱面对工程的安全和耐久性有很大影响,因此研究冻结岩石的力学性质对冻土区工程建设有重大的意义。为了研究冻结岩石节理的剪切力学性质,试验选定青海省G214国道姜路岭路段4组不同粗糙度的凝灰岩天然耦合节理面,在设定温度下冻结后进行直剪试验。试验成果表明:冻结岩石节理面的峰值剪切强度与法向应力呈正比,与张开度和粗糙度呈反比。张开度大于节理面最大起伏差时,节理面以脱离破坏为主,其峰值剪切强度由冰与节理接触面的黏结力决定;当张开度小于节理面最大起伏差时,在较小法向应力下以冰层剪断破坏为主,在较大的法向应力下,冰层的剪断与节理面凸起的剪断同时存在,其峰值剪切强度由冰和节理面的剪切强度共同决定。研究推导出各破坏形式下的冻岩节理面峰值剪切强度准则,对分析岩石的边坡稳定性起着十分重要的作用。     

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。     

典型结构面分布型式节理岩体室内直剪试验研究

针对节理岩体变形破坏及抗剪强度参数确定问题,开展了5种包含两条节理的典型节理分布型式的节理岩体试样的室内直剪试验研究。试验结果表明节理岩体的破坏主要表现为节理控制的节理与岩桥间渐进搭接破坏;对比分析了试验得到的25条应力应变全过程曲线,提出了应力应变曲线分类方法,包括滑动型、屈服型、剪断型、脆断型、剪断复合型五种类型,揭示了不同类型曲线间的转化规律;对基于Lajtai岩桥破坏理论的强度准则进行试验验证,验证结果表明基于Lajtai岩桥破坏理论的强度准则计算得到抗剪强度偏低与试验结果相对误差较小(小于9%),可用于节理岩体综合抗剪强度计算。     

复杂节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响研究

基于三维块体离散元软件3ＤＥＣ程序,考虑存在三组节理的复杂节理岩体的情况,通过对10个 不同尺寸的岩体块体进行直剪试验模拟,探讨岩体尺寸对于剪切强度特性的影响效果。由于剪切面相 对节理面位置的不同,块体分为两组（第Ⅰ、Ⅱ组）,得出了法向应力作用下的剪切应力与水平位移的关 系曲线图。通过计算可得出剪切强度参数———黏聚力和摩擦角及其与块体尺寸的关系曲线。由此可 见,两组的差异较大,故在进行选择参数时应根据剪切面的位置分别进行考虑。最后对岩体的剪切强度 特性的尺寸效应进行了理论分析,认为节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响的关键原因是节理结构面 的存在,节理的相对位置、组数、间距、材料属性等都是重要的影响因素。     

考虑水软化作用的非贯通共面节理岩体直剪试验的离散元分析

水软化作用会使得岩体内的胶结物溶解、腐蚀,引起节理岩体宏观力学特性的劣化。为探究水软化作用对节理岩体力学特性的影响机理,本文将考虑水软化、化学风化因素的岩石微观胶结接触模型引入到离散元中并模拟了非贯通共面节理岩体的直剪试验,根据得到的剪应力-应变曲线、胶结破坏数-位移曲线以及破坏后的微观信息,从宏微观角度分析了不同饱和度下法向应力及节理连通率对节理岩体力学性质的影响。模拟结果表明：在同一饱和度时,节理岩体的峰值剪应力与法向应力的关系满足摩尔库伦定律,饱和度的增长对岩体剪切强度的影响主要是使节理面及岩桥的黏聚力降低。节理岩体的破坏以岩桥与节理面的贯通为标志,在岩桥区域产生张裂缝及贯通的剪切裂缝,且拉力链主要集中在岩桥区域。     

岩体体积节理数的修正研究

首先介绍了岩体体积节理数（JV）的定义,指出 JV 定义中采用节理间距或频率更为恰当。进而讨论了体积节理数计算公式的适用范围,研究表明：该公式仅适用于岩体内分布有不多于3组贯通性正交节理的情况,而一般情况下计算结果偏大。然后,通过体积、连通率修正,使(JV)可适用于贯通性节理岩体和断续节理岩体,客观准确地反映工程岩体完整程度。