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。     

柱状节理玄武岩爆破开挖现场试验研究——以白鹤滩水电站为例

为了确定适合柱状节理玄武岩开挖的爆破参数,研究爆破开挖对柱状节理岩体区域造成的损伤,选择与工程条件相近的梯段,进行了较大开挖规模的坝基柱状节理玄武岩光面爆破与预裂爆破对比试验。结果表明,在相同的爆破参数下,柱状节理岩体在爆破前后损伤深度一般大于非柱状节理;对于柱状节理,光面爆破较预裂爆破的振动大,爆前爆后损伤深度也较大;通过爆破参数的调整,可以减小爆破开挖对柱状节理岩体区域造成的损伤深度。试验研究结果可为柱状节理岩体爆破开挖的优化施工提供依据。     

某渠道顺层岩质边坡开挖过程稳定性计算分析

为了研究渠道顺层岩质边坡在开挖过程中的各项特性,以某渠道顺层岩质边坡的开挖支护工程为研究对象,采用数值分析法进行全程模拟,重点研究边坡开挖支护过程的应力应变特性、结构受力、位移和稳定性变化趋势,结果表明:(1)边坡岩体开挖后,出现了明显的卸荷效应,随着开挖深度的增加,剪应变有增大的趋势,集中分布在坡脚位置;(2)下部锚杆所受轴力明显大于上部锚杆,且越接近坡脚,所受轴力也越大;(3)边坡开挖越深,坡面位移也越大,边坡安全系数越小,采取锚喷支护后,位移变形得到控制,边坡稳定性显著提高。研究成果可为类似渠道边坡工程开挖加固的稳定计算提供参考,便于确定合理的施工方案。     

边坡岩体开挖爆破损伤的影响因素研究

分析边坡岩体开挖爆破损伤的影响因素,并基于ANSYS/LS-DYNA的二次开发数值仿真技术,对不同开挖方式、炸药类型和岩性条件的边坡岩体开挖损伤分布研究表明,光面爆破开挖的爆破损伤具有明显的累积效应,会在保留岩体中沿轮廓面分布较大范围轻度损伤区;预裂爆破开挖在保留岩体中沿轮廓面分布较大范围的高程度损伤区;高爆速、高威力的炸药对保留岩体的损伤大;岩石强度越软,岩体受爆破开挖的影响越大,损伤区分布范围越大。     

预裂爆破在绰勒水利枢纽工程中的应用

绰勒水利枢纽工程水电站右岸升压站开挖边坡高度达20m，且为永久边坡，而山体岩石节理裂隙极其发育，在这种情况下如何能保证高边坡的稳定和平整，可以说是当时施工过程中遇到的一个难题，后经过业主、设计、监理、施工各方及外聘专家共同研究论证，决定采取预裂爆破控制开挖边线、前部岩体采取小药量梯段松动爆破的开挖方式，最后由反铲挖掘机开挖出渣，然后对开挖边坡进行锚喷处理。实际开挖效果非常理想，预裂孔残存率达90％以上。在节理裂隙高度发育的岩石开挖中，能达到如此效果，确实是十分罕见的，应该说是一次成功的尝试。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标( 总能量、弹性应变能及耗散能) 的充填效应。研究结果表明: 节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大; 完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段; 完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)的充填效应。研究结果表明:节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大;完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段;完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

溶洞对岩质边坡爆破开挖的影响研究

为探究岩质边坡溶洞对爆破开挖施工的影响,以六盘水—黄果树高速公路一标段岩质高边坡开挖为例,整个边坡开挖工程中综合采用了浅孔控制爆破、深孔控制爆破和静态破碎剂综合施工,同时采用静态预裂和阻抗消能的方法,降低了边坡开挖施工风险。使用有限元对岩质边坡斜孔爆破进行数值模拟,研究结果表明:爆破对岩体边坡中溶洞外侧岩体动应力较小,外侧岩体不易破碎;若溶洞外侧岩体破碎,可以在溶洞区域减小药量进行爆破,避免产生大量飞石。     

水工隧洞爆破施工对边坡影响的数值分析

水工隧洞爆破开挖的振动波不仅会造成洞身岩体变形,还会继续传播影响邻近边坡。采用数值模拟方法,以在建工程为例,研究爆破振动对边坡不同部位的应力应变影响。结果表明,初爆瞬间动力荷载沿圆周作用于隧洞周壁面并向外扩散,当压应力波扩散至坡面后发生反射并形成拉应力波,拉应力区范围先增后减。在爆破过程中,边坡中各部位应力值呈现先增后减的特征,且坡面的位移较坡脚更大。通过振动效应分析发现,无论在边坡坡脚或坡顶,振速峰值随着距坡脚和坡肩距离增大而减小,振动频率则反之,同时坡顶振速明显大于坡脚。     

开挖卸荷速率变化对岩质边坡应力应变影响作用研究

基于卸荷岩体力学理论及方法,应用FLAC3D有限差分计算软件,在数值分析中模拟不同速率的边坡开挖。并在不同开挖速率下,对考虑及不考虑边坡岩体卸荷变化条件下开挖边坡的应力应变特征进行了对比分析。结果表明:在考虑岩体开挖卸荷作用的前提下,开挖速率越慢,开挖过程中边坡模型的应力应变越小,塑性区范围也越小;而在不考虑岩体动态开挖卸荷作用时,开挖速率对边坡最终的应力应变以及塑性区大小并无直接影响。因此,在实际施工中应充分考虑动态卸荷作用以及开挖速率的影响,注意控制开挖进度,开挖后应对开挖边坡及时进行加固。     

拉西瓦水电站Ⅱ~#变形体爆破动力稳定性研究

基于大型分析系统FINAL,采用特有的动态接触界面单元模拟潜在滑动面,对拉西瓦水电站左岸坝肩Ⅱ#变形体在爆破振动荷载作用下的动力稳定性进行了有限元时程分析,提出了适用于拉西瓦工程边坡的爆破安全判据。数值仿真分析结果表明:采用动态接触界面单元充分考虑了岩体中贯通性结构面对爆振波传播特性的影响,以及对边坡动力稳定性的影响;爆破作用对拉西瓦坝肩这样的较大的坡体的整体安全性影响不大,但对局部失稳破坏的作用较明显,当单响爆破药量达300kg时,坡体的整体最小动态安全系数为1.32,相对于静态安全系数降低了不到10%。本文的分析结果对工程中岩质高边坡爆破施工和动力稳定性分析有较好的借鉴或指导作用。     

考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖特性研究

通过建立柱状节理岩体径向应力比与力学劣化系数的数学关系,获取柱状节理岩体卸荷损伤效应的定量表达式。结合FLAC~(3D)提出一种考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖分析方法,实现岩体单元的力学参数在开挖过程中随实际应力状态得到动态调整。在此基础上开展柱状节理岩体试验洞的开挖特性分析。结果表明,考虑卸荷损伤的计算数据与实测数据基本吻合,试验洞围岩的位移、体积应变增量和塑性区均随开挖断面的逐步增加而增大,且呈边墙最大,底板次之,拱顶最小的分布规律。最后采用体积应变增量大于0.10%和塑性区作为岩体松弛的综合判别指标,其分析结果与钻孔声波测试数据相一致。     

三峡工程永久船闸高边坡卸荷松动带变形特点

岩质人工高边坡的形成常常引起稳定和变形等方面的工程问题。为了探讨裂隙岩体开挖边坡的变形特点，以三峡工程永久船闸高边坡的变形监测和地质研究成果为例，根据变形位移过程并比照开挖过程分析，认为整个边坡岩体卸荷过程须经历预变形阶段、剧变形阶段、渐变形阶段和后变形阶段等４个阶段。开挖边坡卸荷岩体可为３个带：表层松动带、卸荷变形带以及应力调整带。并对一些与边坡变形有关的因素，如结构面的产状、密度和规模，以及加固效果等也进行了讨论。     

爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟

为了得到爆炸应力波在层状节理裂隙岩体中的传播与能量衰减规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性,以凤凰山铁矿为研究背景,建立了2种巷道模型:一种在巷道上方预设2个平行的水平节理,另一种不含节理。通过进行相似理论与试验研究和FLAC^3D数值模拟软件的非线性动力反应对比分析,在输入爆破荷载后,分析在不同时刻和位置时,完整岩体的地质力学模型和节理岩体的地质力学模型的爆炸应力波质点速度。结果表明:爆炸应力波在节理岩体中的衰减比在完整岩体中的衰减快;在同一质点处,各方向上的衰减各不相同,并且2种方法的结果几乎相同。研究成果为爆破应力波规律的把握和对巷道进行支护提供了重要的理论依据。     

精细爆破技术在水利水电工程高边坡开挖中的应用

该文以工程实例为背景,介绍了精细爆破的概念以及在水利水电工程岩石边坡爆破开挖中的应用,重点介绍了基于对保留岩体保护的精细爆破参数的设计方法。边坡岩体开挖满足质量标准、保留边坡岩体完整稳定、预裂爆破残留炮孔痕迹保存率85%以上,取得了良好的施工效果。     

变频变峰正弦波作用下砂岩加卸载与位移速率互推及能量模拟研究

以RMT-150C岩土试验系统为研究平台,中细砂岩为试验对象,对比分析在0.1 Hz、0.2 Hz正弦波加、卸载条件下,E(t)=a·f(t)+b拟合关系式中a值和b值的变化规律及在毫秒级变形速率模拟基础上,分析该岩体内部能量变化规律。结果表明:在相同加载f_(max)条件下,循环载荷频率越高,中细砂岩压密程度a值越低,而对常数项b值无显著影响,并且较高荷载峰值下,a值和b值随荷载峰值呈线性变化规律,这样可预测其余破坏峰值以下的a值和b值;在载荷峰值为32～96 kN的区间内,岩样压实比(卸载段a值/加载段a值)均在2左右波动,说明岩样内部加载时的压缩性能和卸载时的回弹性能有明显相关性。然后,给出了在位移和力两种控制模式下,砂岩加、卸载速率和毫秒级位移速率互推公式,通过计算位移速率和实测位移速率的比较证明该公式的合理性。最后,在毫秒级变形速率模拟基础上,给出能量计算公式,对比分析岩样能量吸收、释放前后数值,结果表明该能量公式能够准确模拟实际砂岩内部能量变化规律。     

不同应力路径下砂岩分段变速连续卸荷变形特性研究

为研究高陡边坡岩体开挖卸荷过程中的变形问题,结合实际高陡边坡岩体开挖应力变化特征,分别开展了室内三轴加载试验及卸围压卸轴压、卸围压恒轴压、卸围压增轴压3种应力路径下的分段变速卸荷试验.结果 表明,在每种应力路径下,岩样分段变速卸荷的变形模量都随初始围压的升高而增大,变形模量随卸荷当量的增加而减小.卸荷当量为0 ～ 60...     

露天边坡爆破施工对下穿隧道扩大段的影响

针对露天边坡与既有下穿隧道的协同爆破施工,为确保上部边坡爆破开挖作用下既有隧道围岩稳定与安全,以某石油储备基地扩建项目为工程背景,利用ANSYS 18. 0建立上部露天边坡与既有下穿隧道协同施工的数值计算模型,研究露天边坡爆破施工对既有下穿隧道扩大段的影响。结果表明:上部边坡爆破施工激发向下传播的初始纵波,随着距离的增加逐渐衰减,到达隧道拱顶自由面折反射形成面波而后在拱与边墙交点处产生叠加现象,导致面波向下传播的规律为先增大后减小。相比于隧道扩挖前,扩挖后隧道断面拱顶质点Z向振动速度峰值提高68. 1%,为7. 58cm/s;拱顶单元动态拉应力峰值提高150%,为0. 45 MPa。根据《爆破安全规程》要求,隧道围岩在上部边坡开挖爆破荷载作用下是稳定的。建议在实际施工中,将隧道扩大段的开挖时序安排在上部边坡爆破施工区域远离隧道扩挖段之后。研究成果对地下近接隧洞爆破施工及隧道扩挖工程具有重要参考价值。     

爆破荷载对隧洞围岩稳定的影响研究

该文以数值模拟为主要手段,研究隧洞爆破开挖施工引起的围岩动力响应及其对围岩稳定性的影响.研究表明,隧洞爆破开挖施工时,爆炸冲击荷载会在短时间内造成围岩的破坏,随后主要以爆破振动的形式作用于近区围岩.