岩石节理抗剪强度的支持向量机预测

提出了岩石节理抗剪强度预测的支持向量机方法,并根据分形节理力学性质和光弹试验数据进行支持向量机的学习和预测.分析结果表明,基于统计学习理论的支持向量机方法可以用来预测节理岩石的抗剪强度,对于复杂的岩体力学行为具有很好的适应性,这种方法在岩石力学研究中具有很好的应用前景.     

影响混凝土与基岩胶结面抗剪强度的主要因素研究

通过现场直剪试验,比较系统地研究了糙度、混凝土强度和正应力对混凝土与基岩胶结面抗剪强度的影响,从而提出了对混凝土与基岩胶结面抗剪强度进行评价的有效方法。 由于混凝土强度不同,造成τ与σ_n关系点群分散。用无因次比τ/R_c与σ_n/R_c的关系,得到正应力与剪应力的明显非线性关系,拟合其曲线方程,从而得到工程所需的任一混凝土标号的抗剪强度。 研究表明,粗糙度是影响抗剪强度的主要因素,根据混凝土与基岩接触面的基本摩擦角和峰值剪胀角,以及胶结面的抗切强度,对设计采用抗剪强度可作出基本的估计。 因此,确定混凝土与基岩平整面的基本摩擦角;在直剪试验中准确地测定峰值剪胀角、不加正应力的抗切强度和混凝土的强度;以及选择适当的糙度,对最终确定混凝土与基岩胶结面的抗剪强度极为重要。     

非贯通性节理砂岩剪切力学特性及破坏模式分析

为分析倾角对节理岩石砂岩剪切力学特性与破坏模式的影响,采用有限元对不同节理倾角砂岩进行直接剪切模拟。结果表明,随着节理倾角增大,岩石抗剪强度先减小后增大,节理倾角45°时岩石抗剪强度最弱;裂纹倾角与岩石破坏形态之间有着较为密切的关系,节理倾角小于45°时,主要表现为沿着剪切方向的左右错动,岩石以受剪为主。节理倾角大于45°时,节理两侧出现明显的压密,导致岩石中部应变量增大,顶部和底部应变量减少,变形不协调导致岩石的顶部和底部出现拉应力,最终导致岩石表现为拉剪破坏。     

考虑接触特征的节理峰值剪胀角新模型

节理形貌是峰值抗剪强度的重要影响因素。基于接触理论,考虑压剪作用下节理的接触特性,且剪切时受到的阻力只是一小部分较陡的区域提供的,提出了一个新的粗糙度指标。新指标以三角形微元面积为权重,计算有效接触区域内的平均视倾角■。基于三种不同形貌的扫描试验和15组节理直剪试验,由经验拟合公式A(σ_n)=4.7σ_n/(σ_cσ_t)计算得到的有效接触平均视倾角■可以很好地与峰值剪胀角联系起来,与峰值剪胀角试验值相比发现相对误差为14.3%。新模型综合考虑了节理的接触特征与剪切特征,且数学形式物理意义明确,更容易理解,同时具有较好的预测精度,为进一步研究节理抗剪强度模型提供了参考。     

含交错节理岩石直剪试验颗粒流模拟

借助颗粒流程序(PFC)建立了模拟含有交错节理岩石试样破坏的几何模型,对试样宏观力学参数进行标定,在编制了伺服模块的基础上,模拟了试样在不同法向应力条件下的直剪强度变化。采用软件内置的fish语言编制了裂纹扩展过程监测模块,从细观角度描述了交错节理试样在直剪过程中的裂纹扩展规律和破坏模式,并通过追踪微裂纹的数量对试样破坏规律进行量化分析。结果表明,试样剪切应力-剪切位移曲线主要分为4个阶段,随着法向应力和剪裂角的增大,剪切强度线性增加。试样裂纹主要产生在节理处,表现为中间夹块和上下节理凸起破坏,剪裂角对试样破坏规模有重要影响。相比单节理试样,交错节理试样抗剪强度明显降低,破坏规律有所不同。同时进一步考虑了节理间摩擦性质差异的影响,分析发现试样节理间摩擦性越强,试样剪切强度和破坏规模越大。模拟试验结果可为复杂节理岩体力学性质的研究提供参考依据。     

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。     

基于强度折减法的岩土边坡稳定性影响分析

建立岩土边坡物理模型,选择强度折减法进行混合土边坡稳定性判别,对梯型边坡进行流变特性分析。结果表明,边坡抗剪强度参数随着黏聚力和内摩擦角呈现线性增长趋势,随着剪胀角增大呈现先增大后减小的趋势,随着弹性模量和泊松比增大基本保持不变,随着坡角增大呈现不断减小的趋势,为实际工程建设提供了理论指导。     

多发性滑坡地面破坏过程的监测与相关稳定性评价

对日本本州岛上的两个多发性滑坡区（Ｓｏｄｅｃｈｉ和Ｙｏｎａｉｈａｔａ滑坡区）进行的现场监测发现，即使滑坡为多发性粘土滑坡，其地面坡坏仍是以普通滑坡的形式扩展。表面位移的迅速增大与地下应变的增大同时发生，从而造成大规模的连续滑坡。因此，当受破坏的表面连成一体时，整个边坡开始崩塌。进行滑坡粘土环剪试验以确定３个抗剪强度参数：（１）完全软化抗剪强度参数Φ′（扰动粘土的峰值抗剪强度参数）；（２）试样分裂抗剪强度参数Φ′ｓｓ（本研究中新的提法）；（３）残余抗剪强度参数Φ′ｒ。稳定性分析发现Φ′ｓｓ是地面破坏传递阶段用来表示边坡稳定性最恰当的抗剪强度参数，该成果初次通过确定试样分裂抗剪强度参数Φ′ｓｓ将地面破坏传递机制运用于边坡稳定性分析。     

溜砂坡抗剪强度参数估算模型实验研究

为揭示溜砂坡抗剪强度参数与其控制因素间的内在联系，配制五种不同级配样品，计算五组样品的浑圆度、细颗粒含量、不均匀系数和曲率系数。分析控制因素对溜砂坡抗剪强度参数的影响:黏聚力和内摩擦角分别与不均匀系数、曲率系数呈正比关系；黏聚力和内摩擦角均随颗粒的浑圆度的增大而增加；黏聚力和内摩擦角均随细颗粒含量的增大而减少。并绘制出关系曲线，刻画控制因素与抗剪参数间的内在规律性。最后通过多元线性回归理论，构建出简洁、快速的溜砂坡抗剪强度参数估算模型，并通过野外取样，验证了此估算模型的准确性。     

岩石节埋综合峰值抗剪强度准则

本文根据粗糙表面摩擦变形理论文献提出了岩石节埋新单峰值抗剪强度准则的基本原硬。根据抗剪强度准则，可以解释任何正应力上的岩石切埋峰值抗剪强度，它包括两部分，一部分为纯摩擦，另一部分为几何因素。前者是由于正应力作用下岩石接触面剪的切剪强度造成的，与粗糙度和尺寸无关。后者是由于导致膨胀的表面粗糙造成的。在给定正应力的作用下，节理首先变形，然后顺着由变开粗糙度决定的倾斜面剪切。根据岩盘材料的抗剪强度测定摩擦分量的量值，另一方面，几何分量的量值与正应力有关，它是根据表面粗糙度和接点理论预测的。通过一系列模拟岩石节埋直剪试验结果设定了新的准则。根据几何分量的变化解释了因正应力、尺寸或粗糙度各向性等原因造成的峰值摩擦角变化。     

东深供水改造工程走马岗隧洞围岩抗剪强度研究

结合东深供水改造工程走马岗隧洞工程实践，研究节理岩体抗剪强度参数，为工程设计提供参考。结果表明霍克经验方法是推求节理岩体抗剪强度的有效方法，在岩体工程中具有重要参考应用价值。     

粗粒含量对珊瑚礁砂混合体剪切特性的影响

珊瑚礁砂混合体是基础设施重要持力层，为了探究颗粒级配组成对珊瑚礁砂混合体的抗剪强度及剪胀性的影响，利用全自动中型叠环直剪仪，在相同密实度下，对不同P₅含量、不同含水率的试样，在50、100、200、400 kPa这4种不同法向应力下进行单剪试验。试验结果表明，珊瑚礁砂混合体的抗剪强度随着P₅含量的增加呈现先增大后减小的趋势，并在P₅含量为25%～50%时达到最大值；珊瑚礁砂混合体在剪切过程中，总体存在先减缩后剪胀的特点，P₅含量对剪胀性、内摩擦角、似黏聚力都有着显著影响；含水率对珊瑚礁砂混合体的抗剪强度有着减弱作用。     

基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型

为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。     

饱和度变化对粉质黏土抗剪强度影响试验研究

粉质黏土在三峡库区滑坡体中分布较广,基于分析库水位升降对三峡地区库岸边坡稳定影响的需要,通过三轴试验对库区粉质黏土在不同饱和度条件下的抗剪强度变化规律进行研究。结果表明,粉质黏土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均随饱和度的增大而衰减。其中,黏聚力、内摩擦角和饱和度之间呈现良好的指数关系,且黏聚力比内摩擦角受饱和度的影响更大。综合上述试验结果,建立了一个考虑饱和度影响的抗剪强度模型,可用于库水位升降对三峡地区库岸边坡稳定性影响的分析中。     

膨胀土强度特性及其边坡抗剪强度参数取值方法初探

简要论述了膨胀土强度特性以及影响其强度的主要因素，并通过对一个实际边坡抗剪强度指标的计算分析，揭示了该边坡抗剪强度参数在坡体内的分布规律，最后提出了膨胀土边坡在计算中抗剪强度参数的取值方法。     

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。     

锚杆的剪切试验

在一个大型剪切试验架上,对膨胀式(Swellex)锚杆、实心钢锚杆、实心和空心玻璃纤维锚杆作剪切试验。锚杆对节理岩石中节理面的倾斜方向、法向应力和安装锚杆试件的类型是各种各样的。剪切试验表明,新型空心锚杆(膨胀式和劈裂式锚杆)破坏前允许的剪切位移比实心锚杆的大。然而,在断面面积相同的情况下,空心锚杆比实心锚杆有较低的抗剪强度。玻璃纤维空心锚杆的加固能力比钢锚杆的低。锚杆对剪切面(节理面)的倾斜方向在锚杆破坏前对抗剪强度和剪切位移有很大影响。锚杆沿施加剪切和拉伸荷载方向的倾斜,使抗剪强度最大。     

土石坝坝体土抗剪强度现场测试结果的分析研究

基于松塔水电站土石坝现场取样的固结不排水三轴剪切试验,分析了反映土体抗剪强度两个关键指标的测试结果,即四个参数:粘聚力C、内摩擦角φ、有效粘聚力C’、有效内摩擦角φ’,然后与土石坝主体工程初步设计中坝坡稳定分析选择的坝体土抗剪强度指标值进行了比较,并基于测试统计值的稳定分析计算结果,认为坝体填筑土的抗剪强度指标能够满足设计要求。     

ABAQUS中剪胀角的选取探讨

混凝土、岩土等摩擦型材料,其强度特性参数指标的选取至关重要。而当前对剪胀角存在模糊认识,导致在理论分析和数值计算中常会产生较大的误差。研究材料的本构关系时,常会根据材料的特性对混凝土、岩土等摩擦型材料采用非关联流动法则,即剪胀角ψ<φ(摩擦角)。有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型也采用该法则,设置了剪胀角参数,但剪胀角到底如何取值,目前尚无定论。本文从实验和理论两方面对剪胀角取值进行分析,并探讨剪胀角对坝体地震反应的影响。     

河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层, 以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响, 经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布, 并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明, 心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大, 在接近坝底附近达到最大值; 剪应力自坝顶向下先增后减, 最大值发生在坝底向上约1/5坝高处, 当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则, 心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏; 岸坡面中上部强度较低, 当岸坡角达到或超过45°时, 上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比, 实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全, 中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此, 给出了岸坡角45°临界值, 在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时, 建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。