深埋花岗岩隧道岩爆灾害微观断裂机制分析

深埋花岗岩隧道工程常面临埋深大、地应力高、构造活动强烈的复杂地质环境,开挖过程岩爆灾害显著,一直是深部地下工程建设领域关注的重点和难点。通过对中国西南地区某深埋花岗岩隧道岩爆岩石开展微观试验,结合现场岩爆案例及地质资料,分析了深埋花岗岩隧道岩爆岩石矿物成分及微观断裂破坏机制。结果表明:深埋花岗岩隧道岩石矿物成分主要为石英、钠长石与钙长石、最大微斜长石、黑云母和斜绿泥石;岩爆微观断裂机制主要为拉剪混合破坏,少数为单独的拉破坏或剪破坏。当岩爆区存在明显充填物时,岩爆微观断裂机制主要为张性破坏,少数为剪切破坏。研究所得深埋花岗岩隧道岩爆岩石矿物成分分析及微观断裂破坏机制对于类似隧道工程建设具有重要的参考价值和工程实践意义。     

西南某电站辅助隧洞岩爆岩石试验研究

在分析、总结西南某电站交通辅助隧洞岩爆发育特征的基础上,通过岩石单轴应力-应变全过程试验和岩石弹性能量指数测试,研究岩爆产生的基本条件,然后通过岩石断口扫描电镜分析和卸荷三轴试验,分别从微观和宏观角度探讨不同烈度岩爆的破裂机理和形成力学机制.     

锦屏二级水电站引水隧洞围岩岩爆特性研究

为了解锦屏二级水电站引水隧洞围岩岩爆特性,对该工程区典型岩爆岩样系统地开展了岩石力学特性试验研究。试验结果表明岩样较完整坚硬、抗压强度高,主要以脆性破坏形式为主;典型地层试样的岩爆倾向性指数平均值W_et均大于2.0,当地处高应力区时,岩爆特征明显;岩样卸围压破坏过程中变形特征规律为初始卸载围压越大,岩石的扩容效应越显著,与常规三轴压缩试验相比,岩样卸荷破坏的峰后应力跌落时的轴向应变变化较小,初始围压越大脆性破坏特征越明显;CT扫描断面与图像重组手段分析表明,试样在卸荷试验过程中,首先经历压密阶段,然后进入扩容状态直至破坏,破坏后存在“密度回弹”现象。卸围压试验中,试样瞬间发生破坏,多数伴有破裂响声,多数产生“双剪”破坏;利用岩体基本质量指标来描述岩石坚硬程度和岩体完整程度,提出了一种新的岩爆判据形式与分级标准,利用试验成果对提出的岩爆判据与分级进行了验证,结论与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际情况相符。     

砂岩与花岗岩在冻融循环和化学腐蚀下力学性能及断裂韧度变化的对比

为探究冻融循环-多种化学溶液溶蚀等因素耦合作用下岩石力学特性的变化规律,选取砂岩和花岗岩作为岩样开展了一系列岩石力学试验,借助智能显微镜观察比较了不同外部条件影响下岩石的表面微观结构,分析了岩石的溶液溶蚀机理和冻融损伤机理。试验结果表明岩石应力-应变关系、弹性模量、峰值应力、断裂韧度等力学特性受溶液溶质种类的影响较小,而受冻融循环温度影响显著,砂岩受冻融循环破坏程度大于花岗岩。两种岩石力学特性都随冻融循环温度的降低而减弱,I型断裂韧度与冻融循环温度之间呈二次函数关系。     

基于颗粒流的花岗岩微观破坏机制研究

为研究岩石在单轴压缩条件下的微观破坏机制,利用岩石力学试验机进行花岗岩岩样的室内试验,采用颗粒流分析程序编程建立可靠的数值模型,通过分析试件压缩破坏过程的裂纹演化规律、裂纹数特征和能量耗散规律,讨论其微观破坏机制。结果表明,花岗岩岩样内部拉裂纹分布与宏观破坏面较为吻合,在裂隙发展中起着关键作用;峰值强度前,剪裂纹较拉裂纹发育显著,峰值强度后,拉裂纹数剧烈增加,造成岩样承载力的降低;岩样最终失效形式为沿对角形成宏观剪切面破坏,并有少量张拉襞裂破坏。     

岩石锚杆界面滑移破坏的DEM数值模拟

锚固体与岩体之间界面滑移破坏是锚固系统失效的主要形式之一,开展岩石锚杆界面力学特性和破坏机制研究具有重要意义。基于岩石微观胶结接触模型,采用颗粒离散元(DEM)模拟了岩石锚杆的拉拔试验。首先分析了荷载-位移关系、轴力分布和界面剪应力分布规律,然后通过胶结破坏点的数目和组构研究了锚固段界面的微观破坏机制。主要结论有:模拟的荷载-位移曲线与室内试验结果基本一致;拉拔峰值荷载随锚固长度的增加而增大,界面平均粘结强度随着锚固长度的增加而减小;拉拔荷载值达到峰值后,锚固段界面产生渐进破坏;锚固段破坏在宏观上表现为界面滑移,在微观上主要表现为界面处的胶结拉伸破坏和沿轴力方向的微裂纹扩展。研究成果对开展岩石粘结锚杆的界面力学特性和破坏机制研究以及正确指导工程实践具有重要意义。     

含天然微裂隙岩石的力学特性试验研究

为研究含天然微裂隙岩石的劈裂力学特性及微观结构,对含天然微裂隙岩石进行单轴压缩试验、劈裂试验与SEM扫描试验。分析了微裂隙岩石单轴压缩试验及劈裂试验的破坏形式、抗拉强度的变化规律,并对劈裂破坏形式中岩石较为破碎部分进行微观结构分析。研究结果表明:在单轴压缩试验中,天然微裂隙岩石破坏形式主要表现为张拉破坏、沿天然裂隙面剪切破坏以及拉剪复合破坏;天然微裂隙倾角对岩石抗拉强度影响较大,其抗拉强度随微裂隙倾角增大而增大;岩样发生劈裂破坏后较为破碎的部分,其劈裂力学特性主要受天然微裂隙岩石的微观结构决定,其微观结构主要分为根状结构、雾区结构、台阶结构3种形式,根状结构微裂隙岩石的力学性质最差,台阶结构微裂隙岩石的力学性质最好。研究成果可为天然微裂隙岩石的力学特性理论研究及其工程应用提供参考依据。     

锦屏二级水电站岩石单轴压缩试验

结合锦屏二级水电站深埋长隧洞开挖岩块岩石单轴压缩试验结果,对岩石力学参数进行了分析研究。结果表明:岩石力学参数随着深度的增加呈增大趋势,而泊松比和软化系数基本不变化;岩石的应变软化现象随着深度的增加越来越明显,岩石解除地应力后,岩石内部存在的能量在岩石加载破坏的同时得到释放,现场发生岩爆的几率大。     

中部城市引松供水工程总干线引水隧洞主要工程地质问题分析

引松供水工程总干线是工程的重要组成部分,其中隧洞长91.0km,埋深超过300m洞段累计长度2.6km,最大埋深540m.工程跨越多条河流,沿线岩性繁多,有砂砾岩、砂岩、安山岩、凝灰岩等,隧洞区通过的断裂构造发育.本文运用构造力学,岩石力学理论.定性分析断裂(断层)对隧洞的影响和在高地应力条件下坚硬岩石发生岩爆的可能、涌水等问题.     

江边电站引水隧洞岩爆及其防治分析

在隧道及地下工程施工过程中,岩爆现象时有发生,岩爆产生的危害也较大。由于岩爆发生的时间、强度及具体位置的不确定性,给岩爆的预测及其防治带来了困难。从江边电站引水隧洞支洞岩爆状况入手,结合现场实测的地应力值和岩石单轴压缩变形试验,并通过对岩爆发生的力学机制及其预测的研究分析,提出了防止岩爆发生的对策和安全措施,实现了工程高强度岩爆洞段的快速安全施工,为洞室开挖设计和岩爆监测预报提供了参考依据。     

金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施

岩爆是高地应力区地下洞室开挖过程中因岩体应力释放而导致岩块骤然以爆炸形式从洞室周边飞射出岩块的现象。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡,已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。其为高地应力地区影响地下洞室施工安全顺利进行的关键因素。针对金平水电站地下洞室施工,探讨了岩爆的预防和处理措施。     

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。     

层状岩体的破坏特征及其迭代计算方法研究

层状岩体沿层面和层面法向方向的物理力学特性各异，为明显的各向异性，其破坏形式和破坏机理与一般岩体也不同。根据层状岩体的物理力学性质分析了其破坏特性及其迭代计算方法，推导了损伤状态应力表达式和损伤刚度修正表达式。采用三维非线性弹塑性损伤有限元数值计算方法，通过工程实例分析了岩层倾角对洞室围岩稳定的影响。通过对各种岩层倾角方案的计算和比较，结合工程经验，得出层状岩体中地下洞室的合理布置方式。分析结果与工程实际相吻合，本文的研究为层状岩体中的工程设计提供了比较可靠的理论基础和有益参考。     

板裂原岩抗压试验及显微特征分析

选取典型板裂原岩(即已经发生了板裂化的岩石块体),通过平行板裂和垂直板裂2个方向的抗压强度试验,获取抗压强度参数的各向异性特征;同时,采用偏光显微镜对板裂原岩薄片进行镜下鉴定分析,以便认识到岩石力学特性及自身组成、结构构造和岩体板裂化之间的内在必然联系,为岩体板裂化理论提供依据。研究结果表明:板裂原岩本身具有各向异性特征,而且与板裂方向关系紧密,说明在受力大小相同的情况下,与板裂方向一致时的受力比与板裂方向垂直时更加容易引起潜在板裂岩石发生变形破坏,形成板裂。碎裂花岗岩在地质历史时期曾遭受过强烈构造应力,且在平行板裂面的方向上受力明显,形成了平行板裂面方向的微小裂隙,部分被充填为细脉;对于绿泥石绢云母千枚岩和石英白云母片岩,其岩石构造的力学性质具有明显的各向异性,在后期的特定应力作用下也会形成与片理小角度斜交的微小裂隙,说明板裂原岩的结构、构造特征是发生板裂的内在因素。     

软硬岩互层边坡的破坏模式及稳定性研究

采用FLAC^3D强度折减法研究软硬岩互层边坡在不同岩层厚度组合h、不同岩层倾角下边坡的破坏模式和稳定性系数k。结果表明h对边坡的破坏模式影响较小,θ对边坡的破坏模式影响明显①水平层状边坡破坏模式为滑移—压致拉裂;随着θ的增大,顺倾向边坡破坏模式为滑移—拉裂、顺层滑移、滑移—溃曲、弯折—溃曲;直立边坡为弯折—崩塌破坏模式;反倾向边坡为滑移—溃曲和弯折—倾倒破坏模式。②缓倾向顺层边坡中,h的变化对边坡k影响很小,k由靠近坡脚处的软岩决定;其余层状边坡中,当软岩厚度不变时,k随着硬岩厚度的增大而增大,当硬岩厚度不变时,k随着软岩厚度的增大而减小。③随着θ的增大,顺倾向边坡中,k曲线呈现出先减后增的形状;反倾向边坡中,k曲线呈现出先增大后减小再增大的形状;软硬岩互层边坡总体稳定性趋势为,近直立层状边坡>陡倾向顺层边坡>反倾层状边坡>近水平层状边坡>缓倾向顺层边坡。     

雅鲁藏布江峡谷段某深埋隧道岩爆特征分析

拉萨至日喀则铁路以隧道形式穿越雅鲁藏布江峡谷段。受区域地质环境的影响,区段内盆因 拉围岩内构造应力集中,施工过程中岩爆问题突出。在对现场地应力数据和隧道围岩物理力学特性参 数的实验测试的基础上,分析了盆因拉深埋隧道花岗岩、片麻岩和闪长岩围岩体的弹性应变能、强度和 变形脆性系数以及弹性应变能等指标,进而分析了围岩体岩爆倾向。利用ＭＩＤＡＳ有限元软件计算了隧 道洞壁最大切向应力,应用ＲUｓｓｅｎｅｓｓ和Ｂａｒｔｏｎ判据对围岩岩爆强度进行了评判。其中花岗岩具有轻微 —中等岩爆倾向;片麻岩具有中—强岩爆倾向,局部具有轻微岩爆倾向;闪长岩具有强岩爆倾向,局部具 有轻微—中等岩爆倾向。计算结果和施工监测结果一致,研究结论为该区域类似工程施工提供了参考。     

纤维改性膨胀岩加筋作用试验研究

对掺改性聚丙烯单丝纤维改性后的膨胀岩进行了力学特性研究,通过不同纤维掺量、不同压密度等的无侧限抗压强度试验进行对比分析,研究了纤维改性膨胀岩的加筋作用、破坏模式,试验结果表明膨胀岩掺改性聚丙烯单丝纤维改性后,本构关系呈双折线硬化型,其转折点为纤维发挥作用的临界应变点。     

基于SHPB的复合岩样动态力学特性数值模拟

复合岩层的动态破坏问题在工程中越来越多,因此研究其动态破坏机理很有必要。采用PFC^2D软件建立分离式霍普金森压杆(SHPB)数值模型,模拟了复合岩层试样在不同倾角及不同应变率下的动态破坏过程。研究表明:随岩层倾角的增大,复合岩层试样动态抗压强度、动态弹性模量曲线整体呈先减小后增大的近“V”字型变化;动态抗压强度随着应变率的增加而增大,而动态弹性模量受应变率的影响较小;复合岩样裂纹以拉伸为主,随着应变率的增大,试样的动态破坏破碎程度越来越严重;试样的宏观破坏模式受细观裂纹的数量及贯通情况综合影响。研究结果有助于理解复合岩层动态破坏规律。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。