岩石卸围压破坏过程的能量耗散分析

 在分析试验机与岩样之间能量交换的基础上,综合分析岩样卸围压破坏过程的能量耗散规律,以及能量与岩样变形、围压之间的关系。研究结果表明,在卸围压破坏过程中,能量耗散与岩样的破坏特征及施加围压有较大关系;延性破坏的能量耗散大于脆性破坏,同一种破坏模式下,岩样的能量耗散随施加围压的增大而增大。2种卸围压试验均表明,能量耗散与时间呈非线性关系,与侧向变形呈线性关系,且在相同侧胀水平下,施加围压越大,能量耗散越大,岩样更具脆性破坏特征。     

坚硬围岩初期支护合理时机研究

针对某水电站业已完成的地下厂房第一期开挖开展坚硬围岩初期支护的合理时机研究。首先,根据地下厂房围岩变形监测资料,研究分析了围岩位移变化率的时间效应及坚硬围岩的应力释放特征;其次,借助二维有限元分析软件Phase2,通过指定不同的应力释放系数来模拟不同的洞室支护时机,计算结果表明在不同应力释放阶段,围岩自承载能力和围岩变形均表现出阶段性发展的趋势;随支护时机推迟,支护应力减小,围岩塑性区和开挖变形量增大;同时考虑坚硬围岩应力释放的时间效应,研究围岩变形特征曲线,为初期锚喷支护的设置时机提供了可以测量、控制的研究手段。最后,综合不同支护时机下的支护抗力和围岩应力、变形分析表明:针对该水电站地下厂房坚硬围岩,应力释放达约60～70%或开挖通过施工断面15d左右是一个较为有利的支护时机。计算结果符合地下工程施工过程的一般规律,对于该水电站地下厂房正在进行的开挖支护活动具有很好的参考价值。     

越江隧道联络通道冻结法施工力学模拟分析

为直观了解冻土帷幕的力学特性,掌握隧道联络通道开挖过程对冻土帷幕的影响,保证开挖过程的安全,采用大型有限差分软件 FLAC ^3D ,对联络通道的开挖过程进行了数值模拟。从数值分析的角度对冻土帷幕的应力与变形进行了分析和安全评价,详细研究了冻土帷幕中应力与位移的分布情况,确定了冻土帷幕厚度设计安全值为 2.5 m （可以满足施工要求）,并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕与隧道接触部位。由于该部位在冻结过程中散热快,冻结效果差,所以施工中应该值得注意,同时也为今后的联络通道数值模拟与人工冻结法施工提供了参考。     

岩石卸荷力学特性及本构模型研究进展

近年来,国内外一些学者基于围压卸荷试验,对岩石的卸荷力学特性和本构模型进行了大量的研究,取得了丰硕的成果。卸荷条件下岩石的强度特征、变形规律和破坏模式与加载状态相比有着显著的区别,通过围压卸荷试验可以发现,卸荷条件下岩石张性裂缝发育,扩容显著,通常呈张剪性破坏,且卸荷速率、围压和应力路径等因素均对其变形破裂机制有着较大的影响。卸荷条件下岩石的本构模型通常分为唯象学本构模型和细观力学本构模型,唯象学模型忽视了岩石卸荷渐进破坏的演化机制,细观力学本构模型则未考虑微裂纹群及数学简化引起的误差等,这些问题使得未来的卸荷岩石力学研究工作充满了机遇与挑战。     

大岗山花岗岩动态力学特性的试验研究

以大岗山花岗岩为例,分别进行静力三轴和动力三轴试验,分析花岗岩的抗压强度、弹性模量、泊松比以及相应的极限应变等重要参数与应变速率的关系。试验结果表明:不同围压下,随应变速率的增加,花岗岩的侧向破坏应变随应变速率的增加几乎保持不变,并且绝大部分统计结果值在0.002～0.004范围内;轴向破坏应变的增加幅度不明显;抗压强度增加,试验现象明显;弹性模量的提高幅度随围压的增加有减小的趋势;不同围压下花岗岩的泊松比与应变速率没有明确的关系。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力–应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,通过回归拟合分析,建立大岗山花岗岩静力三轴压缩条件下的损伤演化方程。进一步根据损伤理论建立岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性建立经验型的岩石动力损伤本构模型,可以作为研究地震荷载作用下岩体结构中应力波传播和衰减规律的基础。     

山体地形与地质结构面对地下洞室地震响应的影响研究EI北大核心CSCD

以大岗山水电站大型地下洞室为例,分别构建了地下洞室体系简化模型和考虑山体地形与不利地质结构的复杂模型,利用显式有限差分方法分析了山体地形和大型地质结构面对洞室围岩地震响应的影响,研究地下洞室地震变形规律及响应特征。研究表明:山形地表的反射波主要表现为P波作用,地质结构面的反射、折射波主要表现为S波作用;山体地形对地下洞室上部迎波面的地震响应影响要大于下部,且上部围岩的位移与加速度响应均有一定程度的放大。地质结构面对于边墙部位洞周岩体的地震变形幅值有较大影响,对围岩加速度的放大效应也比较显著,但主要集中在距离结构面分布位置较近的有限范围内,并且地质结构面对不同频率成分的地震波的影响规律不同。     

龙滩水电站左岸进水口边坡三维位移反分析

 以龙滩水电站左岸进水口边坡为例,采用正交设计、神经网络和遗传算法建立了力学参数的联合位移反分析模型,反演了边坡岩体的综合力学参数。进一步针对高边坡施工期的工程特点,利用显式有限差分法程序FLAC3D对进水口边坡施工过程进行了三维弹塑性仿真模拟。基于该反演参数的正分析计算结果表明,计算位移与监测位移趋势一致,量值吻合,所得参数是合理的。最后分析了开挖完成后边坡岩体的应力分布和变形规律,并对边坡的整体稳定性进行了评价。     

层状岩坡变形破坏及其治理的离散元分析

某大型水电站为顺倾层状人工高边坡,坡体软弱层面、断层、节理和后缘陡倾卸荷张裂隙对坡体稳定性影响大,在自上而下的挖坡过程中,局部坡体发生了失稳座滑。本文分析了边坡的地质条件和岩体结构特征,采用离散单元法模拟了边坡的变形破坏过程,探讨了坡体的变形破坏机理;研究了在滑坡体上继续挖坡,坡体可能发生的变形破坏形态;另根据坡体变形破坏机理及后续开挖边坡可能发生的变形破坏形态,基于离散元数值模拟优化了边坡预应力锚杆和抗滑桩的工程加固支护措施,确保了边坡稳定,监测表明,后续坡体开挖及开挖完成后未出现明显变形破坏迹象。     

Mine-by试验洞开挖过程中围岩应力路径与破坏模式分析

 地下洞室开挖过程中,围岩经历了复杂的应力路径,正确刻画围岩的应力路径及其影响是岩石地下工程中亟待解决的关键科学问题。基于起裂判据(CIC)、扰动应力比( )和Lode参数等力学表征指标,采用FLAC3D对Mine-by试验洞掌子面掘进过程中围岩的复杂应力路径和破坏模式进行探讨。研究表明：围岩应力场的扰动主要集中在掌子面前后一倍洞径范围内,围岩损伤受掌子面附近高度集中的偏应力和应力主轴旋转支配;随掌子面掘进,围岩顶部和底部偏应力集中程度加大,应力比n逐渐降低,逐步形成V型剥落,而隧洞边墙部位逐渐卸荷,损伤破裂转变为拉应力控制;原位岩体的应力路径涉及应力主轴旋转效应,远比实验室的单调加载路径复杂,Mine-by试验洞开挖过程中,在掌子面的顶部和底部,围岩大主应力方向几乎没有转动,而中主应力和小主应力旋转一定角度(35.2°)后回到初始方向,由于中主应力超过了岩体起裂强度(CIC＞1),其方向的旋转加剧了围岩的损伤程度。相关认识和结论具有一定的理论和工程意义。     

岩滩水电站地下厂房洞室群围岩稳定性分析

随着我国水利水电工程的发展,出现了许多的大跨度、高边墙地下洞室,洞周围岩的稳定性是设计和施工过程中关注的关键问题之一。根据岩滩水电站扩建工程地下厂房洞室群的布置情况,结合洞室围岩地质条件,采用FLAC^3D程序建立了数值分析模型。对施工开挖过程进行了模拟,研究了洞室群围岩开挖后的位移场、应力场和塑性区的分布特征,揭示了应力集中部位和围岩潜在破坏部位的分布规律。分析结果表明断层切割、洞室交叉是影响洞周围岩稳定性的主要因素,未与洞室切割的岩脉对洞周围岩稳定性影响不大。最后综合评价了洞室的稳定性,得到了一些有益结论。