砂卵石地层自钻式锚杆锚固性能现场试验研究

为研究自钻式锚杆在砂卵石地层中的锚固性能,开展了18根自钻式锚杆的现场拉拔试验,从极限抗拔承载力、荷载-位移曲线及界面平均粘结强度等方面进行了分析。结果表明：砂卵石地层中自钻式锚杆的极限抗拔力随锚固长度的增加而增大,当锚固长度超过一定数值后,对提高锚杆极限抗拔力的能力有所下降;在破坏荷载前,自钻式锚杆的抗拔荷载–位移曲线基本呈线性,且位移量较小,达到破坏荷载时,位移量急剧增大,荷载–位移曲线出现明显拐点;锚固体–卵石界面平均粘结强度均值为0.14 MPa,高于该地区卵石层推荐的qsk值0.11 MPa,且锚固长度约在2～4 m时,界面平均粘结强度整体处于较高值。     

甘肃北山地区花岗岩破坏过程能量聚集和耗散特征研究

对甘肃北山地区的花岗岩进行不同围压下三轴试验,通过轴向压力和横向变形联合控制加载过程,获得了不同围压下岩石全应力应变曲线,重点研究了岩石特征应力和不同阶段岩石能量变化特征。研究结果表明:随着围压的增加,特征应力线性增大,围压每增加1 MPa,启裂应力、损伤应力、峰值应力分别增加3.30 MPa、6.74 MPa、7.68 MPa;特征应力对应的总能量和弹性能均有较大幅度的增加,围压从2 MPa升高到30 MPa时,启裂应力、损伤应力和峰值应力对应的弹性能分别增加了5.2倍、5.8倍和5.1倍,启裂应力、损伤应力和峰值应力对应的总能量分别增加了4.9倍、5.7倍和4.7倍;各阶段耗散能增加量整体上随围压增大呈增加的趋势,且裂隙不稳定扩展阶段能量受围压影响更剧烈;定义峰值岩石储能系数,并分析储能系数对峰值岩石稳定状态的影响。     

北山花岗岩张拉力学性质及声发射特征研究

以我国高放射性废物处置库甘肃北山预选区为工程背景,通过巴西劈裂试验、直接拉伸试验以及三轴压缩试验研究北山花岗岩的基本力学性质,试验过程中监测声发射数据,基于声发射特征开展了巴西劈裂试件内部的破裂形式及其演化过程研究。研究表明:(1)直接拉伸试件的强度约为巴西劈裂试件强度的1.23倍,巴西劈裂试件呈现明显的脆性破坏,而直接拉伸试件呈现一定的塑性破坏特征;(2)巴西劈裂试件的声发射事件数在应力达到峰值应力的70%之前增加比较剧烈,直接拉伸试件的声发射事件数在峰值附近增加比较剧烈;(3)三轴压缩试验声发射事件的频率主要分布在0～80 k Hz范围内,直接拉伸试验和巴西劈裂试验的声发射事件频率主要集中在0～160 kHz;(4)巴西劈裂试件张拉裂纹的数量约为剪切裂纹数量的20.6倍,且张拉裂纹由试件中心向端部扩展,并最终形成贯通的破裂面。     

高放废物地质处置库坑探设施微震信号特征研究

为了研究北山花岗岩巷道掘进过程中围岩稳定性,以高放废物地质处置库北山坑探设施为平台,使用IMS微震监测系统进行约180 d连续监测,使用小波分解研究了微震事件的P、S波到时以及频带能量分布特征,通过特征参量研究微震事件的分布特征,使用能量指数研究了完整段和破碎带危险事件分布情况,基于b值研究了围岩的稳定性。结果表明:小波分解可以准确确定微震事件P、S波的到时,并进一步对微震事件进行三维定位;微震事件主要以低震级的小事件为主,高震级大事件很少,完整岩石微震事件可以分为高震级和低震级2部分,破碎岩石微震事件比较集中在低震级区域;完整段危险事件约占总事件的55.88%,破碎带危险事件约占总事件的54.54%;根据微震事件频带能量分布将微震事件分为低频主震型和双频震动型,低频主震型能量主要分布在0~350 Hz,双频震动型能量主要分布在230~700 Hz区域和1 030~1 430 Hz区域,完整岩石中事件为低频主震型,破碎岩石中低频主震型和双频震动型共存。     

加轴压卸围压条件下北山花岗岩破坏特征

为了研究开挖扰动对花岗岩的破坏机理,对北山花岗岩进行了加轴压卸围压的三轴试验,试验中设置0.1,0.5,1.0,1.5,2.0 MPa/min五种卸围压速率,轴压加载速率是卸载速率的10倍,每一种卸载速率设置5,10,15,20,30 MPa五个围压,并在试验过程中记录声发射事件。分析了声发射事件数随卸载速率的变化规律,使用层次聚类的方法将声发射事件分为张拉破坏和剪切破坏,研究了卸载速率、围压和卸载时间对张剪比(张拉破坏与剪切破坏的比值)的影响,研究表明:(1)随着卸载速率的增加,声发射事件数呈幂函数下降,且围压越高,声发射事件数下降越明显;(2)裂纹的张剪比随着卸载速率的增加而增加,随着围压的增加减小,随着卸载时间增加降低;(3)围压卸载速率增加,岩石声发射b值降低,初始围压升高,对应的b值增加,且卸载速率和围压对张拉b值的影响比对剪切b值影响更明显;(4)基于Maxwell模型分析岩石内局部应力状态,并进一步研究了岩石破坏过程中张剪比变化的力学机理。     

不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性研究

为研究不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性,对北山花岗岩试件进行不同围压下的三轴试验,通过轴向压力和横向变形协调控制加载,获得不同围压下岩石全应力应变曲线,研究岩石破坏前能量聚集及破坏后能量释放特征。结果表明：破坏时弹性能、总能量随着围压增加而增大,且破坏后的总能量变化量及弹性能释放量也随着围压增加而增大。分析岩石储能系数和能量释放指数对岩石破坏的影响,发现岩石储能系数和能量释放指数随围压增加而增大;综合能量储存系数和能量释放指数建立新的岩爆倾向性评价指标,该指标不仅表述了岩石破坏前后各能量的综合变化特征,且能研究不同应力状态下岩石岩爆倾向性;使用该指标研究不同应力状态对北山花岗岩的岩爆倾向性,结果表明：北山花岗岩具有较强的岩爆倾向性,且随着围压增大,岩爆倾向性增加;当围压低于10 MPa时,围压对北山花岗岩岩爆倾向性影响较小,当围压超过10 MPa时,围压对岩爆倾向性的影响突然增加,但随着围压进一步增加,其对岩爆倾向性影响逐渐减弱。     

上覆岩层裂隙演化逾渗模型研究

基于裂隙聚团演化过程表现出的临界特征,利用逾渗理论,建立上覆岩层的逾渗模型,并分别分析沿走向和倾向条件下采动裂隙的逾渗特性.根据相似模拟试验结果,分析采动裂隙演化逾渗特性及周期来压之间的关系.结果表明:所建逾渗模型中逾渗概率、裂隙率、逾渗团大小、竖向破断裂隙概率、离层裂隙概率可以较为完备地定量描述裂隙特征,为建立裂隙与渗透率等相关参量的定量关系提供合适的数学载体.     

北山花岗岩声发射特征及破坏模式识别研究

针对北山花岗岩开展了直接拉伸试验、巴西劈裂试验以及三轴压缩试验,试验过程中实时检测声发射事件。详细分析了声发射特征,并基于声发射特征通过Fisher判别方法建立了不同试验方式岩石破裂的识别模型,结果表明:(1)直接拉伸试验强度约为巴西劈裂试验强度的1.23倍;(2)巴西劈裂试验的b值呈“W”形变化趋势,而直接拉伸和三轴试验的b值呈现波动下降的趋势;(3)巴西劈裂试验的AF/RA值呈现稳定波动状态,直接拉伸试验的AF/RA值经历上升、下降、小幅波动3个阶段,三轴压缩试验的AF/RA值在应力达到峰值前波动下降,但在峰值后AF/RA处于大幅波动状态;(4)基于Fisher判别方法建立了3种试验试件破坏的识别模型,并进一步分析模型识别的正确率。