岩石力学与工程学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

岩石力学与工程学报 2008年第04期杂志 文档列表

中国地下工程安全风险管理的现状、问题及相关建议649-655

摘要：地下工程建设具有投资大、施工周期长、施工项目多、施工技术复杂、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，是一项高风险建设工程。建立风险管理制度，对拟建和在建的城市地铁工程项目进行风险评估，继而进行风险控制十分必要，并应扩大到整个地下工程建设领域。主要论述地下工程安全风险管理的现状和地下工程安全风险管理实践中的问题，这些问题包括：（1）缺乏规范的安全风险管理体系；（2）工程安全风险管理责任主体不够合理，安全风险管理经费不到位；（3）工程安全风险管理专业队伍不够规范，专业水平参差不齐；（4）风险管理相关技术规范、标准不符合目前地下工程发展现状；（5）缺乏合适的信息化安全风险管理平台。针对我国安全风险管理实践中的问题，提出4条建议：（1）加强针对地下工程安全风险管理的法规建设工作；（2）推行安全风险管理计划，将安全风险管理作为地下工程建设管理的一个必要组成部分；（3）安全风险管理要有基于信息化技术的风险管理和预警决策支持系统；（4）加强地下工程安全风险管理、重大事故预测预报以及防治技术的研究。

结晶岩开挖损伤区的温度-水流-应力-化学耦合研究656-663

摘要：介绍国际合作研究计划DECOVALEX—THMC的TASK B关于结晶岩开挖损伤区温度-水流-应力-化学耦合研究的部分进展情况，给出结晶岩开挖损伤区温度-水流-应力-化学耦合研究的基本研究思路，以典型地下实验室（如瑞典Aspǒ硬岩实验室）的试验为基础，进行开挖损伤区的形成与演化机制规律分析，建立弹性、弹塑性、黏弹塑性的THMC分析模型，开发高效的数值分析软件系统，并分析结晶岩开挖损伤区温度-水流-应力-化学耦合作用行为，通过各个研究小组背靠背的研究，然后进行成果对比、相关专家对分析结果的技术审查，以及修改和更新，以获得比较准确模拟结晶岩开挖损伤区的THMC模型。在此基础上，形成结晶岩开挖损伤区温度-水流-应力-化学耦合研究工作指南，为高放核废物地质处置研究工作提供理论、方法和技术支持。

DDA方法块体稳定性验证及其在岩质边坡稳定性分析中的应用664-672

摘要：首先，介绍DDA方法中关于块体接触力的计算过程，提出计算沿潜在滑动面稳定性安全系数的计算方法；然后，在此基础上以沿折坡单块体滑动问题为实例，利用DDA方法分别计算仅考虑滑动面摩擦角φ和同时考虑摩擦角φ和黏聚力c条件下块体的运动稳定性和安全系数大小，并与理论值进行比较与验证；最后，针对乌江银盘水电工程右坝肩边坡开挖后因软弱断层控制引起的稳定性及处理措施选取问题，利用已有的极限平衡分析条块系统，将DDA方法应用于该边坡稳定性分析，对边坡的实际稳定状态及锚固效果进行对比分析与评价。研究结果表明，利用DDA方法在计算滑面上条块系统沿滑面稳定安全系数时，因其条块间接触力是建立在严格的力学平衡方程基础上，允许块体系统非连续变形，并且勿需条块界面强度等比例调用的假定，其结果对反映实际岩质边坡的稳定性应该更具合理性。另外，DDA方法关于边坡锚固模拟计算，充分反映和验证了锚杆在边坡稳定性加固处理中的效果。

孔庄矿深部软岩巷道非对称变形数值模拟与控制对策研究673-678

摘要：煤矿开采进入深部后，地质力学环境远比浅部复杂，由此引起的非线性力学现象日益严重，给深部支护与开采带来很大难度。孔庄矿-785m水平轨道大巷地应力水平和围岩黏土矿物含量较高，并受上部采空区影响，呈现明显的非对称变形特征。在对孔庄矿进行工程地质调查与分析的基础上，结合室内岩石力学实验，运用三维数值模拟方法，研究巷道非对称变形时周围岩体的位移场分布规律，分析巷道推进到上部工作面下方时应力分布规律。数值分析结果表明，孔庄矿-785m水平轨道大巷非对称变形主要受其上部采空区煤柱的集中压力控制，黏土矿物遇水膨胀、岩层结构及高地应力作用进一步恶化巷道围岩结构。该研究可为孔庄矿深部巷道非对称变形控制对策提供初步的理论依据。

地基沉降计算的新方法679-686

摘要：根据原位土压板试验的P-S曲线来建立沉降计算的新方法。在假设压板试验P-S曲线为双曲线方程时,建立双曲线模型方法,同时通过双曲线求得土体的切线和割线模量,把所求得的模量用于分层总和法进行基础的沉降计算,建立原位土的双曲线切线和割线模量法。在假设压板试验P-S曲线为双曲线方程时,所需要参数只是土体的初始切线模量Es0、土体内摩擦角φ及黏聚力c。对压板试验P-S曲线为其他任意曲线时,建立土体切线模量与荷载水平的关系,用于分层总和法进行基础的沉降计算,建立一般曲线的切线模量法。由于切线或割线模量是随着荷载水平的不同而呈现非线性特点的,新的计算方法可以计算接近地基极限承载力时的沉降,由此形成以原位土切线和割线模量法的地基非线性沉降全过程计算新方法。由于这样确定的土体变形参数能较好地考虑地基土的原状性和非线性性,因而可以较准确地计算基础的非线性沉降过程,同时该方法所需土体参数较少。将该方法分别应用于桩基、筏基以及复杂的路堤地基和复合地基的沉降计算,通过实际工程的检验,验证该方法的实用性和有效性,这可能是地基沉降计算的一个重大进展。

基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析687-695

摘要：充分利用地质资料建立正确的岩质边坡稳定性分析计算模型,对于获得正确的分析结果至关重要。根据地质资料建立坡体结构,由此建立分析计算模型。考虑到岩质边坡所经历的浅表生改造和受到自然营力作用而具有的特殊工程地质性质,坡体结构和现有岩体结构的概念存在较大差别,用这些差别来充实现有坡体结构的概念,由此建立的计算分析模型才能获得较为正确的稳定性分析结果。首先对比坡体结构和岩体结构的不同之处,重点论述建立坡体结构应考虑的问题（即边坡所在岩体的浅表生改造特征）、自然营力对坡体浅层的作用程度和影响范围、坡体地质力学模型涉及的范围等;结合地勘资料建立坡体结构,在此坡体结构上既要能体现边坡所在岩体的地质结构特征,又要能反映其特殊工程地质性,例如组成坡体的岩性、节理裂隙特征、地下水和地表水的作用、结构面形状及其充填物、浅表生改造形迹、风化与卸荷性等;再由坡体结构建立用于稳定性分析的计算模型,确定模型范围、计算参数、主控结构面位置、可能的失稳破坏模式等,在此基础上选用合适的分析理论进行坡体的二维或三维稳定性分析就能得出较为合理的结果。

滑行道下超长管棚–箱涵顶进地表沉降分析696-703

摘要：首都国际机场西区L滑行道下管棚–箱涵顶进工程是当前首例在机场滑行道下不停航施工规模最大的顶进隧道,地表沉降控制要求严格,施工风险高。为研究施工工法的可行性,针对超长管棚施作、开挖导洞布设下滑道、长大箱涵顶进等主要工况进行数值模拟,重点对典型施工工况引起滑行道地表沉降变形特征和规律进行分析研究。计算结果表明,在理想状态下施工引起的地表沉降最大值约为24mm,能控制在允许范围内,而工程实施过程中地表最大沉降基本控制在30mm之内,可满足飞机运行安全,表明计算模型和结果是有效的,工程采用超长管棚–箱涵顶进工法施工是合理可行的。

强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究704-711

摘要：根据饱和非饱和降雨入渗有限元模拟技术和非饱和土强度理论,研究考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响的降雨过程边坡稳定性强度折减分析法。将此方法应用于元磨公路K261段典型滑坡体工程边坡,进行降雨过程边坡变形情况及稳定性变化分析。分析结果表明：在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响,降雨入渗时边坡稳定性将明显下降;现实施的抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高工程边坡稳定性有重要作用,但目前边坡稳定程度仍处于较低的安全裕度状态;连续降雨同时存在地震的极端条件,边坡可能再次失稳滑移。加强坡面防渗坡体排水对提高边坡稳定性具有重要作用。为确保工程边坡长期稳定,建议在6级工程边坡平台位置局部增设预应力锚索抗滑桩。

循环荷载作用下岩石阻尼特性的试验研究712-717

摘要：对2组红层泥质粉砂岩在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行单轴4级循环加卸载试验。试验加载波形采用正弦波,频率3Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环,得到动弹性模量和阻尼比随动应变的变化规律。通过试验发现,泥质粉砂岩在循环荷载作用下的加卸载应力–应变曲线并不重合,而是形成一个封闭的滞回环,动应变相位始终滞后于动应力相位;滞回环在荷载反转处并非椭圆形,而是尖叶状,在该处岩石的塑性变形小,弹性变形响应迅速。随动应力幅值增加,泥质粉砂岩的动应变增加,动弹性模量随动应变增加线性递减,而阻尼比则线性递增。得到2组泥质粉砂岩的平均动弹性模量和阻尼比与动应变的相关表达式,其相关系数的平方R2均超过98%。岩石的不可逆塑性变形随动应变增加而增大,同时由循环荷载引起的损伤变形也逐渐增加。

准脆性材料的物理力学参数随机概率模型及破坏力学行为特征718-727

摘要：结合数值计算分析,讨论几种采用常见随机分布函数来实现的非均匀性弹性损伤模型,定义随机概率模型的非均匀性指标,并采用数值模拟方法研究这些随机分布函数的概率模型在载荷作用下的破坏过程,对比分析几种概率模型的合理性与适用性,同时也探讨物理力学参数随机分布的相关性的影响。研究结果表明,无论是采用哪种分布函数,比较均匀的试样强度较高,并且表现出具有更加脆性破坏特征,而随机分布模型中力学参数的相关性对材料的破坏力学行为影响很大;采用对数正态分布函数来描述岩石类材料的非均匀性比较合理,也可以纳入非均匀概率模型库中。相比较而言,Weibull随机分布模型具有物理概念清晰、应用较简单的特点。统计损伤理论中很难考虑破裂局部化等问题,基于统计理论上的数值计算实现简单方便,适用范围更广。在细观力学和统计强度理论基础上,将损伤力学与计算机技术相结合将是一种有前途的分析方法。

非饱和岩体弹塑性损伤模型研究与应用728-735

摘要：从多孔介质的角度,首先建立岩石孔隙度与体积应变之间的关系,在此基础上定义材料的渗透系数、孔隙度、损伤变量和饱和度的基于孔隙度变化的动态演化关系式;然后基于多孔介质有效应力原理,提出非饱和渗流应力耦合的弹塑性损伤本构模型;最后将所建模型通过子程序导入大型非线性有限元分析软件ABAQUS,对锦屏水电站引水隧洞开挖过程中的围岩变形、应力、塑性区、孔隙水压力、损伤及孔隙度演化进行计算与分析,研究结果对引水隧洞的开挖与支护设计具有一定的参考价值和借鉴意义。数值计算结果表明,所建模型合理,可反映围岩饱和–非饱和–再饱和过程中变形、损伤演化的机制。

基于统计模型的裂隙岩体渗流场的并行数值模拟736-742

摘要：为模拟天然岩体中裂隙对渗流的影响,基于裂隙的空间形态及分布的统计特性,应用裂隙网络随机模拟技术,采用Matlab程序生成二维裂隙网络。由此裂隙网络生成包含裂隙的有限元计算网格。考虑到渗流场数值模拟分析时步多、计算量大的问题,采用基于element-by-element策略的有限元并行计算方法进行数值模拟。该方法不集成整体刚度矩阵,可有效节省存储量,同时可降低共轭梯度法中的迭代次数,提高收敛性。编制相应的模拟分析并行程序,并在分布存储的并行机上实现。分别对包含1,2组裂隙的岩体进行渗流场的数值模拟。计算结果表明,该方法能够较真实地反映裂隙岩体的实际状态,对于模拟岩体中的裂隙是很有效的;同时,并行计算可有效降低数值模拟的计算时间。

有限覆盖Kriging插值无网格法在裂纹扩展中的应用743-748

摘要：无网格法前处理过程比较简单,Kriging插值无网格法是其中的一种格式。数值流形方法能够统一处理连续与非连续变形问题,有限覆盖技术是该方法的核心。将有限覆盖技术与Kriging插值无网格法相结合发展有限覆盖Kriging插值无网格法,综合数值流形方法与Kriging插值无网格法各自优点,能够有效地处理连续与非连续性问题,而且所构造的形函数具有Kroneckerδ–函数属性,便于直接施加强制边界条件。结合弹性力学边值问题,阐述该方法的基本原理,进而通过算例计算与分析,考察该方法的计算精度及其处理奇异问题和非连续问题的能力。

基于散体介质理论的砂土管涌机制研究749-756

摘要：结合小比尺细观模型试验,利用基于散体介质理论的颗粒流方法,考虑流固耦合作用,对砂土管涌的发生发展过程进行模拟。模拟方案跟踪记录管涌发展过程中砂样的孔隙率、流速、颗粒接触数、移动轨迹和流失量等参量的动态变化过程。分析结果表明：管涌发展过程中,随着水头增加,颗粒逐渐流失,砂样孔隙率增大,透水性能发生变化,进而影响系统的流速和水头的反应,揭示管涌发展过程中系统几何特性和水力特性的非线性动态变化过程和相互影响特性;颗粒流失量沿渗流方向呈逐渐减小趋势,管涌发展过程中颗粒移动轨迹随机,渗漏通道形成也具随机性,是复杂水土相互作用的结果。颗粒间接触数的剧烈波动揭示管涌发展过程中细颗粒运动剧烈,与粗骨架颗粒进行不断碰撞、分开,而颗粒的流失基本上不影响整个土体的应力场。模拟结果与有关的模型试验结果较吻合,一定程度上验证了该数值方法应用于大变形和流固耦合问题研究的可行性和合理性,所揭示的结果有益于砂土管涌机制的更深入研究。

爆炸波作用下锚杆间距对围岩加固效果影响的模型试验研究757-764

摘要：为比较锚杆间距对洞室围岩加固效果以及抗爆性能的影响程度大小,通过实验室地质力学模型试验,研究在集中装药爆炸应力波作用下,2种长度相同而间距不同的锚杆对洞室围岩的不同加固效果。比较和分析因锚杆间距不同所造成的洞室围岩中测点的应力、洞壁表面应变、洞室顶底板相对位移、顶底板及侧墙加速度和洞室围岩宏观破坏形态的差别。试验结果表明,与较大间距锚杆加固的洞室相比较,较小间距锚杆加固的洞室围岩中应力较大,洞壁表面应变、顶底板相对位移、顶底板加速度较小,加固区域内围岩无破坏裂纹,说明对洞室围岩的加固宜采用较小间距锚杆。将部分试验数据同相应的数值分析结果进行比较发现,两者的拱顶应力峰值和顶底板相对位移峰值较为一致,证明模型试验结果是可靠的,对防护工程设计及坑道围岩加固具有一定参考价值。

单轴压缩下岩石声发射定位实验的影响因素分析765-772

摘要：应用声发射及其定位技术,在单轴压缩载荷作用下,采用实验方法观察重庆细砂岩试样破裂失稳过程中其内部微裂纹孕育、发展的三维空间演化模式,研究岩石声发射定位实验的影响因素。实验结果表明：（1）端部摩擦对岩石破裂过程中的声发射特征影响显著,采用1∶1（质量比）硬脂酸和凡士林的混合物作为减摩剂进行AE定位实验,在试样初始压密阶段基本没有AE事件,取得较好的效果。（2）重庆细砂岩的AE定位事件主要分布在中部,呈散漫分布,两端没有明显的条带丛集现象,中部没有得到声发射定位事件的“空白区”,通过与相关成果的对比,说明岩石的种类、构造和均匀程度是AE定位实验的主要影响因素之一。（3）加载方式和加载的控制方式会直接影响岩石试样破坏的进程和程度,从而影响AE事件。（4）通过重庆细砂岩试样疲劳荷载AE定位实验说明加载历史对AE时间序列及AE事件均有影响。以上实验和分析结果可以为岩石声发射定位实验的方案设计提供参考。

非均匀应力场中爆破开挖时地应力动态卸载所诱发的振动研究773-781

摘要：采用数值模拟和实测围岩振动资料验证相结合的方法,分析非均匀应力场中圆形隧洞钻爆开挖时开挖边界上的径向、剪切地应力动态卸载以及二者耦合卸载所分别诱发的围岩振动特性。计算结果表明：径向、剪切应力动态卸载所分别诱发的振动及二者耦合卸载所诱发振动的大小和分布均由各自的卸载地应力场的分布决定,而卸载地应力场则由侧压力系数和崩落层的相对厚度决定;在最大主应力方向,径向、剪切地应力动态卸载所诱发的围岩振动方向相同,耦合卸载振动等于二者之和,在最小主应力方向,两者所诱发的振动方向相反,耦合卸载振动等于二者之差。在圆形地下洞室围岩中,耦合卸载振动呈椭圆形分布,其长轴在主地应力较大的方向,短轴在主地应力较小的方向,表现出一定的地应力导向性。最后,利用小波变换突出信号奇异点的特性,采用小波分析模极大值方法识别瀑布沟水电站地下厂房开挖过程中实测围岩振动曲线中地应力动态卸载振动的到达时刻,初步分离围岩总体振动中的地应力卸载振动,验证上述数值模拟结果。

潘家铮极值原理的优化算法实现782-788

摘要：边坡极限平衡分析法通常情况下是静不定的,需要引入一些简化假定来求得安全系数。条间力函数f（x）作为其中的主要假设条件,其对安全系数的影响在过去的研究中并没有得到足够的重视。对二维极限平衡法采用优化算法求得满足潘家铮极值原理的安全系数,对于某一确定的滑裂面,将条间力函数f（xi）视为控制变量,采用模拟退火方法不断调整f（xi）以求解安全系数极大值,实际上是一种下限法;而搜索临界滑裂面的过程,采用粒子群法或和声法搜索最危险滑动面。另外,还探讨求解安全系数时通常会碰到的收敛性问题,结果证明f（x）不能随意设定,否则会引起不符合实际的条间力。相比传统的极限平衡法,该极值优化法极大地提高了收敛性。