新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用

岩石节理的应力渗流耦合性质对工程结构稳定性的影响普遍存在于各种岩体工程中,而进行岩石节理的室内剪切-渗流耦合试验,是一种有效的研究手段。采用新型数控岩体节理剪切渗流耦合试验台,应用全数字伺服控制系统,实现了对试验进程的平稳控制以及试验数据的多路同步实时采集和处理;通过剪切盒的精细设计,提高了剪切盒可承受的渗透压力值,并保证试验过程密封性能良好的同时实现了柔性边界条件。在恒定渗透压力作用下,分别进行了不同边界条件下的剪切渗流耦合试验,试验结果验证了该试验装置的可靠性和实用性,将能为岩体工程的合理设计提供有效数据依据。该试验台可以应用于地下核废料储存、水利水电地下洞室、水下隧道、采矿等工程有关问题的研究中。     

岩石和岩体的本构关系

引言岩石和岩体的本构关系(包括适用于可压缩流体的状态方程)是岩石介质的应力(或压力)、应变(或比容)、比内能(或温度)、及加载路径、应变率等之间的普遍关系式.它是研究应力波在岩石介质中的传播规律及其与地下结构相互作用的基础;在估价地下结构对各种爆炸作用的抵抗能力以设计经得起这些作用的防护结构时,在预报周围环境地运动及确定结构--介质相互作用时,都需要岩石和岩体介质的动力响应的精确描述;     

大型地下水封石油洞库渗流场时空演化特征研究

地下水封石油洞库是利用饱水岩体密封性进行石油储存的方式。在地下水封石油洞库的建设中,由于工程体的出现,改变了区域地下水的补给、径流和排泄条件,干扰了原来平衡的地下水渗流场,为保证地下石油洞库的水封效果,需进行裂隙岩体渗透特性及地下水渗流场时空演化研究。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为工程背景,结合现场试验数据分析,运用等效连续介质的方法,采用裂隙岩体各向异性渗透张量,建立三维地下水数值模拟模型,预测不同施工进程时地下水位的变化。分析预测结果表明：在地下洞室开挖过程中,无水幕条件下地下水位逐渐降低,主洞室部分区域出现零水头压力区,无法保证水封性;模拟运营期水幕巷道施加定水压力,地下水位上升至设计高度35 m且趋于稳定,可以满足水封效果要求。研究结果对地下石油洞库的水封性评价具有一定的工程意义和理论价值。     

裂隙岩体水力劈裂研究综述

作为裂隙岩体渗流-应力耦合研究的一个子课题,岩体水力劈裂问题的研究尚处于初始阶段,许多基本的理论问题尚待深入研究。当今许多大型工程的建设已经在向地下发展,建设在地下的各种建筑结构离不开水压的作用。工程建设的需要正在推动岩体水力劈裂理论的研究。水力劈裂作为一种技术最初在石油工业用来增加油井产量,后来逐渐用于初始地应力测量等其他工程项目。随着水电工程建设、地下核废料储存、地热开发、井工矿产采掘等岩体工程越来越多的处于高水头、大埋深等恶劣水文地质条件下,水力劈裂作用正在受到越来越多工程岩体稳定性研究者的关注。通过对水力劈裂研究的现状作较为详细地综述,列举了当今研究的理论、方法和成果,以及目前水力劈裂研究的热点问题,并作了简单评述。最后,指出了目前需要重点研究的几个关键问题。     

某水工隧洞裂隙岩体高水头作用下的渗透性试验研究

结合某抽水蓄能电站高压引水隧洞裂隙岩体的高压压水试验、常规压水试验和室内试验,分析了裂隙岩体在高水头条件下渗透流量与压力关系所反映的岩体渗透特性变化规律;在定量计算基础上探讨了裂隙岩体渗透系数与压力的相互关系。通过对比高压压水试验、常规压水试验和室内试验得到的渗透系数,分析了环境应力状态和压力变化对渗透系数取值影响的原因。研究结果表明,高水头作用下裂隙岩体的渗透系数明显大于低水压条件下的渗透系数,室内试验渗透系数因应力解除影响而大于原位压水试验渗透系数值。     

掌子面前支撑压力带岩层变形破坏机制研究

利用岩石滑移破坏强度理论,研究地下开采时掌子面前方岩体中的应力和应变状态,分析引起支撑压力区岩体体积变化的主要因素,并通过对体积变形状态及变形结果的分析,得到深部围岩区域破裂现象的发生条件。结果显示,深部岩体工程中掌子面前支撑压力区域体积变化的主要原因是最大支撑压力区域在各向不均匀压缩的条件下产生的“分层剥离”,该机制可解释分区破裂化现象。同时,根据浅部与深部岩体工程的不同特征现象,给出以单轴抗压强度表示的界定浅部与深部工程的解析表达式,并认为对于较薄的岩层,普朗特解是一种很好的近似     

岩体原地承载能力评价方法初步研究

有效评价岩体的原地承载能力,对于水电工程设计和安全运行是非常重要的。结合现场实测资料对岩体的原地承载能力评价方法进行了分析研究,提出了具有明确物理意义的评价岩体在长期高水头作用下原地承载能力试验方法,对水力劈裂和单压力点压水试验的原理、方法进行了论述。从理论上讨论了岩体原地承载能力与地应力、孔隙压力的关系,探讨了岩体原地承载能力的时间效应及其影响。依据裂隙面正应力和孔隙压力的影响,给出了岩体的原地承载能力取值范围。     

钻孔高压压水测试在深埋与承压洞室工程中的应用研究

随着工程建设的发展,最高压力为1.0 MPa的常规压水测试,已不能满足具有压力洞室工程的勘测需要。只有按照洞壁围岩实际承受的压力进行高压压水测试,才能为确定岩体的高压透水性状、洞壁围岩的临界破裂压力、岩体透水性随时间的变化特征,以及岩体高压作用下的变形与工程稳定性分析等提供可靠依据。     

多种高压压水测试方法在某抽水蓄能电站的应用研究

常规的岩体裂隙渗透性测试方法无法满足抽水蓄能电站工程设计的需要,为研究在高水头压力下岩体裂隙的透水特性,针对某抽水蓄能电站不同工程利用部位的岩体承载特性,进行了不同方法的高压压水测试,分别为变压力长时程高压压水、四循环高压压水、多阶段高压压水及逐级加压至岩体裂隙张开试验。这些试验方法的应用,不仅真实反映了该电站裂隙岩体在不同加压载荷下的渗透特性,而且可以评价岩体的各类结构面抵御水头压力的能力,为工程设计提供合理的依据。     

多种高压压水测试方法在某抽水蓄能电站的应用研究

常规的岩体裂隙渗透性测试方法无法满足抽水蓄能电站工程设计的需要,为研究在高水头压力下岩体裂隙的透水特性,针对某抽水蓄能电站不同工程利用部位的岩体承载特性,进行了不同方法的高压压水测试,分别为变压力长时程高压压水、四循环高压压水、多阶段高压压水及逐级加压至岩体裂隙张开试验。这些试验方法的应用,不仅真实反映了该电站裂隙岩体在不同加压载荷下的渗透特性,而且可以评价岩体的各类结构面抵御水头压力的能力,为工程设计提供合理的依据。     

基于Hoek-Brown准则的岩体分级法在地下工程中的应用

根据Hoek-Brown破坏准则和等面积原则,通过岩石力学试验数据和野外地质调查结果,算出工程岩体主要的力学参数,可用于地下工程的岩体分级。该方法能够较好地反映岩体的赋存条件和力学状态,对岩体的工程力学性质认识更加深入,为地下工程设计和施工支护提供更加科学、合理的依据。实践表明,相比于最常用的BQ分级法,文中方法在深埋地下工程中更加科学、适用     

胶东白垩系泥岩现场岩体抗剪强度试验研究

我国胶东地区广泛分布白垩系泥岩地层,其具有遇水软化、膨胀,失水收缩、崩解等工程特性,岩体抗剪强度的准确确定对该区域基坑、边坡稳定性设计和施工具有重要意义.通过开展现场岩体抗剪试验和室内岩石直剪试验,得出岩体与岩石内摩擦系数和内摩擦角基本一致,岩石黏聚力是岩体黏聚力的10.6倍,分析二者差异原因主要有岩石直剪试验岩样代表...     

地下洞室中裂隙岩体围岩稳定性研究的模糊信息优化处理方法

基于地下洞室工程中裂隙岩体围岩分类及稳定性分级的实际资料,选取岩石单轴抗压强度、岩体ＲＱＤ值、裂隙间距、声波纵波波速等重要影响因素,运用模糊信息优化处理技术,建立了一套裂隙岩体围岩稳定性分级的评价方法;并应用于某水电工程地下厂房的围岩稳定性评价,体现了该方法简单、快速的特点。     

基于高压压水试验的岩体透水率变化研究

在水利水电等地下工程的常规压水试验中,一般以1Lu（吕荣值）作为防渗灌浆结束的标准。近年来,随着科学技术水平的不断提高,我国的高水头抽水蓄能电站得到了迅速发展,也进行了相应的高压压水试验。对于高水头的水电工程,现场高压压水试验结果和常规压水试验结果对比发现,对于同一试验段,高压压水试验计算的岩体透水率反而比常规压水试验计算的透水率小,由此计算的岩体渗透系数也偏小,但在高压水作用下岩体渗透性会不同程度地增加。如果岩体透水率还用《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）中的公式计算,则由于压力的增加计算的Lu变小,防渗的标准会相应提高。针对规范中岩体透水率的适用性问题,提出了基于高压压水试验的高压单位吸水量的概念,即在直径75mm、试段长度约5m的孔内高压压水试验中,围岩在设计水头（2MPa）作用下,单位长度上的压入流量,用DK表示,单位为Lmin-1m-1。基于这一概念,应用数值模型计算了岩体试段的压入量,通过与某抽水蓄能电站高压压水试验的实际岩体试段的压入量进行的对比,获得了最大压力为4MPa时,岩体注浆结束标准为2DK（0.5Lu）。因此,对于不同的高水头水电工程,隧洞注浆结束标准（高压单位吸水量）要根据设计水头进行调整,而不能以常水头那样始终以1Lu作为防渗结束标准。     

基于RES的地下巷道工程稳定性全耦合分析方法

针对地下巷道工程稳定性问题,基于岩石工程系统(RES)理论,提出了全耦合分析法及优化设计思想.首先简要地叙述了全耦合分析过程的思想及流程,并在收集的27个样本的基础上,应用神经网络编码法建立了地下巷道工程的综合交互作用矩阵(GIM),分析了主要因素影响和作用机制.根据本巷道工程系统的稳定性能分析结果,提出了稳定性评价参数,给出了稳定状态范围.针对沙曲煤矿顺槽进行了优化支护设计举例,并用Q系统岩体质量评价法对其进行对比分析及验证.现场监测及对比分析结果表明,提出的全耦合分析法对稳定性分析及支护设计方法有实用价值.     

高放废物地质处置的岩体深部结构面特征研究——以甘肃北山高放废物地质处置地下实验室工程为例

岩体深部结构面是岩体工程质量评价、三维地质建模、钻孔水文地质试验和地下实验室工程设计等研究的重要影响因素。甘肃北山新场花岗岩地段已被确定为中国高放废物地质处置地下实验室的推荐场址。基于超声波钻孔电视技术和其他地质资料对场址岩体深部结构面特征开展研究,结果表明:场址内花岗岩体具有很好的完整性,有利于地下实验室的工程建造。场址周边断裂构造纵向延伸范围有限,断裂带规模和横向影响范围随深度增加而逐渐减小。结构面产状特征与区域构造特征相一致,为区域构造特征研究提供了佐证。研究成果为地下实验室工程的开挖设计提供了重要参考依据,并为区域基础地质研究提供参考资料。     

《岩体结构力学》

本项成果是水利水电工程、建筑工程、铁道工程、矿山工程、国防工程中存在的地质工程(岩石地基、岩石边坡、隧道等)勘察、试验、设计、施工等的基础理论,也是地震、山崩、滑坡等地质灾害预报和防治的基础理论。 该项成果是孙广忠教授二十多年来组织、领导和参加三十余项大中型工程地质勘察、岩体力学试验研究及设计、施工实践的总结。该项成果系统的研究了岩体结构力学效应,研究了岩体结构对岩体变形、岩体破坏、岩体力学性质控制等方面一系列规律,提出了“岩体结构控制理论是岩体力学基础理论”、“岩体结构力学效应是岩体力学的力学基础”、“岩体结构分析方法和结构力学分析方法是岩体力学研究的基本方法”等一     

高压压水试验在深钻孔中的应用

常规压水试验一般按三级压力、五个阶段进行。三级压力一般分别为0.3,0.6,1 MPa。但对于水库大坝、深埋地下工程等水头很高的工程而言,常规压水试验结果不能反映实际水头压力作用下岩体的渗透特性。试验在某花岗岩地区500 m深孔中进行,因此选定压力阶段为2,4,6 MPa。试验段长度取为6.5 m,钻孔中共取21个典型区段进行高压压水试验,试验结果表明,高压压水试验能很好地反映岩体透水性的变化规律。该地区属低渗透岩体,因此在该地下工程灌浆处理裂隙岩体时最小灌浆压力值应不小于5 MPa。     

盆地水力学状态对成岩作用的控制

一、孔隙水流动的方式和原因我们在研究一个盆地的沉积物成岩作用时,应该把整个地下环境看成是一个有机联系的动力学体系。携带成岩物质的孔隙水在盆地内的流动状态和化学性质都在随时间和空间的变化而变化。孔隙水流动的原因有: (1)补给作用和排泄作用:地下水由于有高水头的补给和沿压力降低方向上的排泄作用而引起流动。由于岩石的压实和去压实作用也可引起液体流动。 (2)固体体积发生变化可引起流动,如水化作用使岩石膨胀而引起液体流动。     

冲击回转碎岩机理探讨

地下岩体中,天然地存在有许多微观裂纹与节理。在冲击回转的联合作用下,冲击使近钻头的岩石发生裂纹断裂、破碎,形成破碎小坑;使远离钻头的岩石中的微观裂纹扩展、连通、甚至断裂。在离钻头更远区域,使岩石产生新的微观裂纹。回转使冲击产生的破碎小坑沿圆周方向扩大,并使钻头上的金刚石颗粒换位。在回转冲击的联合作用下,岩石中的裂纹不断产生、扩展、断裂,从而达到高速碎岩的目的。