冻融环境下岩体损伤力学特性多尺度研究及进展

岩体因天然缺陷存在易受到冻融环境影响而产生损伤,冻融损伤过程实质上为反复冻胀荷载作用于缺陷引起的疲劳演化过程。但从冻融损伤存在显著的尺度效应,缺陷的不同空间尺度往往决定了冻融损伤评价尺度,如初始损伤以空洞、孔隙、微裂纹等为主的多孔岩石,其冻融损伤多表现为孔隙或微裂隙萌发、扩展、连通等,反映的是微、细观尺度范畴;而初始损伤以节理、裂隙等为主的岩体,其冻融损伤多体现沿宏观缺陷的局部化冻融损伤,属于宏观损伤尺度范畴。着眼于岩石冻融损伤尺度及对应损伤识别尺度两大关键问题,首先,依据岩石天然缺陷空间尺度进行量化分级,明确不同层级下的损伤特征及对应损伤识别方法;而后系统归纳微、细、宏观尺度下岩石冻融损伤识别及评价方法,明确不同尺度条件下冻融损伤识别手段及损伤力学机制。最后,结合现今岩石冻融损伤研究现状,提出岩体冻融多尺度损伤识别及评价机制发展方向,并初步探讨冻融诱发岩体损伤的微–细–宏观的跨尺度认知思路,有望对冻融诱发岩体损伤特性及对应性识别系统认知提供参考。     

冻融–周期荷载下单裂隙类砂岩损伤及断裂演化试验分析

开展冻融–周期荷载下裂隙岩体损伤及断裂演化规律分析,首先通过对0°,45°,90°的单裂隙类砂岩试样开展0,10,20,30次冻融循环;而后对不同冻融次数后的试样进行每级10次加卸载试验,进而关注冻融–周期荷载联合作用下裂隙岩体损伤特征及端部断裂。取得的成果如下:(1)裂隙岩体在冻融–周期荷载联合作用下,其损伤特征与裂隙发育形态、冻融次数、周期荷载作用方式均存在关联,其中,冻融次数与周期荷载存在典型叠加效应;(2)因冻融作用的参与,疲劳破坏强度与裂隙倾角呈现正比关系,该规律明显有别于未冻融加卸载试验结论;(3)随着周期荷载强度提升,裂隙岩体回滞环形态趋于饱满,并依据裂隙倾角差异出现不同迁移方向;此外,回滞环饱满程度呈现"中央小于首尾"典型特征;(4)基于渐进损伤区"缺陷面积"表征累积性损伤,可较好体现冻融–周期荷载作用下裂隙端部三阶段局部化疲劳损伤效应。研究成果对不同形式周期荷载作用下裂隙岩体损伤及断裂演化认知具有一定参考价值。     

西南某水电站地下厂房围岩稳定性分析

采用地下厂房高边墙一个关键点位移的预测方法得出高边墙关键点的位移,并以弹塑性位移相对比值判别法作为围岩稳定性的判据,再分别讨论计算顶拱围岩在有塑性区和无塑性区情况下顶拱的临界沉降量,对西南某水电站地下厂房洞室围岩整体稳定性进行研究和评价。监测数据显示顶拱的位移近似呈阶梯式上升,自09/01/01以后基本保持平稳没有大幅度上升的趋势,围岩的位移值小于计算的临界位移值,与本文分析结果相符合。根据收集的地质素描资料对顶拱和边墙出现的结构面组合切割形成的失稳块体进行稳定性分析计算,对于不稳定的块体进行及时的支护,保证厂房围岩的局部稳定。     

高山冰川地貌区垂直分带性与地质灾害空间配置关系

高山冰川地貌因垂向落差大,受垂直性气候条件和局地水热环境影响,造就了典型的垂直分带性特征。而地质灾害作为表生岩土圈动态平衡失稳外在动力形式,必然与其禀赋的构造地貌与气候环境密切相关。基于青藏高原冰川地貌区地貌特征及地质灾害统计分析,梳理各地貌单元垂直分带性界限标志及典型特征,进而构建高山冰川地貌区垂直分带性与地质灾害的空间配置关系。研究表明：(1)高山冰川地貌区可按雪线、冰线、雨线与高山苔原线等“四线”进行界限标志划分,且大陆性与海洋性冰川地貌区界限高度存在显著差异;(2)夷平面为高山冰川地貌区地质灾害重要物源场所,因冰川类型差异存在明显不同。具体而言,大陆性冰川区普遍存在山顶面、高原面2级夷平面物源区;而海洋性冰川区则普遍存在山顶面、山前侵蚀面及河谷侵蚀面3级夷平面物源区。(3)高山冰川地貌区地质灾害按照“四线”界限标志存在典型的垂直分带性特征,具体按照“四线”界限范围、动力地质作用方式、海拔高度可划分为：超高位冰蚀型(雪线以上/冰–岩作用带,对应划分依据,下同)、高位溃蚀型(雪线–冰线之间/冰–水–岩屑作用带)、中位冻融剥蚀型(冰线附近/冰–水–土作用带)及低位降水侵蚀型(高山苔原...     

岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型及试验分析

首先从"地质体–工程体"二元介质材料界面黏结机制出发,探究影响岩石–混凝土界面黏结性能的控制性指标,并构建二元体介质界面黏结强度理论表征;而后,通过内在认知冻融对界面黏结性能的劣化过程,提出岩石–混凝土界面黏结强度冻融劣化模型。为进一步验证模型准确性及评价效果,以花岗岩–混凝土二元体试样为对象,开展不同界面粗糙度(JRC)及循环次数的界面黏结性能剪切试验,试验结果较好验证了理论模型的可靠性。该模型综合考虑界面表观特征、混凝土C-S-H基团"树根桩"效应及冻融损伤劣化特征,为认知岩石–混凝土界面黏结强度冻融劣化提供了理论参考。此外,为深入认知界面黏结性能冻融劣化理论模型与实测值误差原因,围绕壁面强度分配系数、界面破坏形貌分析特征、NMR分层细观分析技术及界面黏附强度冻融劣化耦合特征予以进一步讨论,拓展了冻融诱发界面黏结性能劣化认知深度。研究成果可为评价冻融诱发岩石–混凝土界面黏结强度劣化提供理论及试验依据。     

基于可拓学的基坑支护方案优选模型及应用

为了在众多的基坑支护方案中选择出最优的支护方案,实现整个基坑工程的经济性、安全性、环保性和施工便捷性.本文针对深基坑支护的特点,采用可拓学理论中的优度评价法建立评价模型,对各待评方案的优度值进行比较,合理选择基坑支护方案.实际工程证明该方法是切实可行的.     

基于分析分解模型数值试验的围岩力学参数估算

地下硐室围岩因结构面存在稳定性显著降低,且受结构面影响难以进行力学参数室内试验测定,导致不同围岩力学参数难以准确表示。提出一种采用分析分解模型数值试验估算围岩力学参数的新方法,依据围岩分类体系结果,借助FracSim 3D程序构建不同围岩类别的三维结构面网络模型,并通过x,y,z方向截取二维结构面网络图以反映岩体各向异性特征,实现构建分析分解模型;之后,应用已有试验成果将分别得到的对应的完整岩块及相关结构面的力学参数值作为模型基本输入参数;最后,应用有限元法(Phase 2D程序)建立其对应的岩体结构数值模型,通过有效控制边界条件实现对单轴压缩、三轴压缩等试验的模拟,即实现用宏观等效的岩体模型来预测岩体强度与变形特性,进而完成对不同类别围岩力学参数值的确定。     

节理平均迹长与统计窗选位关联性分析

 目前常用的统计窗迹长估算方法多假定节理中心在各向服从均匀分布,即认为统计窗的布置点位对平均迹长估算结果无影响。而实际上节理作为漫长地质演化过程的产物,受多期地质建造、构造综合作用,使得其形态及规模已发生较大的改变,呈现典型的地质韵律特征,若随机布置统计窗点位将会产生截然不同的迹长估算结果。为研究节理迹长与统计窗选位的关联性,以大岗山水电站地下主厂房区为例,首先对厂房区下游边墙节理组进行地质演化过程分析,确定厂房区优势节理组为辉绿岩脉及其节理影响带。接着以岩脉?81及其影响带为代表,对其发育地质韵律特征予以详细研究,藉此提出统计窗布置点位、尺寸及估算方法建议。最后采用5种统计窗估算法对研究区各区段节理迹长进行对比分析。研究发现：节理估算迹长与统计窗选位存在较强的关联性,不同的节理发育特征及统计窗布置点位适合于不同的节理组迹长估算方法,在应用统计窗法估算节理迹长时,需充分考虑优势节理发育规律,合理选择统计窗位置,尽可能将不同类型的节理包含其中,使之同时体现切割、交接、包含3种关系,并选取适合于本统计窗的迹长估算方法。     

国标岩体分级标准BQ的图解法表示

《工程岩体分级标准》(GB50218—94)作为适用于各类型岩石工程的岩体分级标准,其采用定性与定量相结合的分级方法,在不同岩体工程行业中得到广泛应用。但因其定性描述内容繁杂,分级依据相对笼统;定量指标BQ计算时需考虑相应限制条件,使得实用性受到一定限制。基于此,介绍应用图解法表示国标岩体分级标准BQ,将岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv作为纵、横坐标,同时将2个限制条件考虑进去,建立可反映岩体级别的BQ折线图。经工程实例验证表明,此方法可较方便、快捷、准确地确定待评估岩体质量级别。此外,针对BQ法局部定性特征描述与定量指标不一致的情况,利用图解法结果对BQ法岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv的定性划分提出相应优化建议,较原有分级标准,优化后的定性分级与岩体质量评价值的吻合度提高3%～12%。最后,对BQ图解法分级指标值的选取、修正因素对图解法评价结果的影响作有益讨论与图解表示,该研究思路与结果可为后期修正优化国标BQ法提供一定借鉴作用。     

钢管后压浆预压托换桩竖向承载力性能分析

由于复杂杂填土地基发生不均匀沉降引起某住宅楼裙房结构发生破坏,根据结构破坏特点,提出了适用于地基土质较差的新型钢管后压浆预压桩托换法。本文根据新型桩体桩侧注浆扩散范围,对桩体受力机理进行分析,并提出钢管预压托换桩承载力修正公式,结合现场单桩静载荷试验得到的荷载-沉降曲线,研究分析钢筋混凝土托换桩、钢管托换桩及钢管后注浆预压托换桩的承载性能,结果发现该新型桩改善了桩土接触界面,增强了土体刚度,减小桩体沉降量,提高了桩体的单桩承载力,可较好地对土性较差的地基基础进行加固,并有效阻止上部结构的持续破坏,保证上部建筑结构的安全使用。