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岩石力学与工程学报 2008年第08期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志动态

下期内容预告1593-1593

用统一流变力学模型理论辨识流变模型的方法和实例1594-1600

摘要：M．Reiner用弹簧、摩擦片和黏壶这3个元件分别模拟岩石的弹性、塑性和黏性，且用其并联组合可组成7个不同的模型。其中与黏壶并联的有4个（包括黏壶本身），称为基本流变力学模型，对应于与时间有关的4种基本流变力学性态。用这4个基本流变力学模型进行串联组合，可以形成15个流变力学模型（包括4个基本流变力学模型和11个复合流变力学模型）。将包含全部4种基本流变力学性态的模型称为统一流变模型，它包括了其他14个模型，也即其他14个模型都是统一流变模型的特例。根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变曲线的特性，可以全面地辨识出与15种流变力学性态相对应的15个流变力学模型，且15个流变力学模型与15种流变力学性态是一一对应的关系，对模型的辨识具有惟一性。虽然，在其他文献中有一些模型与这15个模型有差异，但可以通过等效变换转化成为这15个模型之一。根据所提出的统一流变力学模型及其性质，详细论述了用不同应力水平下的加卸载蠕变试验结果辨识与岩石流变性态对应的流变力学模型的方法，并采用2种岩石的相应蠕变试验结果，给出了辨识其流变力学模型的例子。

用单轴抗压强度试验分析瑞典Aspo废物罐回取试验中的岩石损伤1601-1609

摘要：废物回取试验是一个在瑞典,Aspo地下实验室完成的，历时近5a，为全尺寸处置库模拟加热试验。试验在一个直径φ1．75m、深度8．5m的钻孔中进行。开挖和加热后周边岩石中的温度升高、应力改变，因此，试验中岩石中可能产生的损伤是工程设计中关心的课题之一。为此，试验结束后，在试验孔3个不同深度处沿垂直和平行于最大主应力方向施打6个深度约1．5m的近水平取样孔，并采集了12组岩样。对这12组岩样用MTS 815岩石力学试验系统进行了单轴抗压强度试验。从单轴抗压强度、裂隙起始应力、裂隙损伤应力、最大裂隙体积应变和最大总体变进行了对比和分析，试验结果分析表明：从最大裂隙体积应变分析，在垂直于最大主应力方向的处置孔孔壁的岩石上可能存在一些轻微的微破裂为特征的损伤。从宏观力学特性来说，岩石没有任何可测的损伤。

考虑路堤填筑过程与地基土固结相耦合的桩承式路堤土拱效应分析1610-1617

摘要：土拱效应分析是桩承式路堤设计时需要解决的首要问题，在总结分析已有现场测试资料及研究成果的基础上，建立能考虑路堤填筑过程与地基土固结相耦合的土拱效应计算模型。该计算模型比较完整地反映了从路堤开始填筑直到地基土固结完成整个过程中土拱效应的发展变化历程，模型计算结果与现场实测结果比较吻合。利用该计算模型对台缙高速公路工程桩承式路堤土拱效应及桩身中性点位置的变化特征进行分析，研究结果表明：（1）在路堤填筑过程中，桩土应力比迅速增加，路堤填筑完毕直至地基土固结完成这个过程中，桩土应力比虽然有所变化，但变化的幅度不大，与路堤刚填筑完毕时的桩土应力比相比，后期桩土应力比的变化幅度不大于15％；（2）在路堤填筑及地基土固结过程中，桩身中性点位置经历了先逐渐向下移动、尔后向上移动、再向下移动、最终趋于稳定位置的过程。该研究成果可为桩承式路堤设计提供有益的参考。

大断面深埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究1618-1625

摘要：黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是争论的焦点，依托正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道工程，采用现场对比试验方法对深埋黄土隧道系统锚杆的作用效果问题进行研究。为了使试验结果有可比性，选取试验条件基本相同的函谷关隧道洞身段作为试验段，分别设置有系统锚杆段45m和无系统锚杆段45m进行对比试验。对比试验的测试项目有：拱顶沉降、拱脚沉降、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力及锚杆轴力等。试验结果表明：有系统锚杆段与无系统锚杆段的拱顶沉降和水平收敛基本相等；两者的土压力和钢架应力相差不大；锚杆轴力较小，且拱部锚杆受压，边墙锚杆受拉。综合分析后认为，拱部系统锚杆作用效果不明显，取消拱部系统锚杆可减少施工工序，加快开挖面的封闭和全断面初期支护的及早闭合，从而能更好地控制支护结构变形，并节约工程投资。

预应力锚固结构腐蚀介质作用下的耐久性试验研究1626-1633

摘要：基于对预应力锚固结构腐蚀影响因素的分析，选取pH值、时间、应力水平及材质作为影响预应力锚固结构腐蚀的主要因素进行分析，并对各因素正交组合后进行预应力杆件的室内加速腐蚀试验。得到预应力锚固结构在腐蚀介质作用下的外观规律性表现，并分析影响预应力锚固结构腐蚀的各种因素对于单位长度腐蚀量及断面损失率等指标的影响规律。试验结果表明，随pH值的增大，单位长度腐蚀量呈现出递减趋势，总体呈负指数形式发展；而随着时间的延长，腐蚀量不断增加，但腐蚀量增量逐渐减小，呈幂函数形式发展，而应力水平对于单位长度腐蚀量的影响并不显著。所得到的拟合公式能够正确地反映单位长度腐蚀量与各因素之间的关系，也为工程中预应力锚固结构使用寿命的预测奠定了理论基础。

裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合模型及其应用1634-1643

摘要：从岩体结构力学和细观损伤力学的角度出发，根据裂隙发育与工程尺度的关系，建立合理且适用的裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合数学模型，该模型能真实反映渗流场与应力场耦合作用下裂隙岩体的损伤演化特性，并能模拟由于渗透压的存在和变化引起的拟连续岩体内翼形裂纹的开裂、扩展和贯通等损伤演化特性和高序次贯通裂隙的张开、闭合。建立考虑渗透压力的三维含水裂隙岩体弹塑性断裂损伤本构方程和损伤应力状态作用下流体渗流方程，给出该数学模型的求解策略与方法，开发裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合分析的的三维有限元计算程序DSDFC．for。该计算程序能模拟岩体分步开挖、应力和渗流边界的动态变化，对裂隙岸坡蓄水加载过程进行渗流-损伤-断裂耦合分析，发现水库蓄水后岸坡山体的竖向抬升，随水位上升岸坡破损区增大，断层塑性区向岸坡深部扩展，与裂隙渗流比较，拟连续岩体渗流滞后。

堆积层滑坡的地下水加卸载动力作用规律及其位移动力学预测——以三峡库区八字门滑坡分析为例1644-1651

摘要：在系统分析水诱发堆积层滑坡位移与失稳动因与机制的基础上，深入研究并总结地下水在堆积层滑坡稳定性演化过程中的动力作用与动力响应规律和特点，发现水诱发堆积层滑坡的位移与失稳直接受地下水位变化量控制，且其位移规律与地下水位变化量存在对应关系。根据上述分析结论并运用加卸载响应比理论的基本原理，首次提出以月地下水位的变化量作为堆积层滑坡的加卸载参数，以相应月边坡位移速率或位移加速度作为其加卸载响应参数，并以此为基础建立和确定地下水位加卸载响应比位移动力学参数与位移动力学预测模型。同时，以三峡库区典型堆积层滑坡——八字门滑坡分析为例，运用地下水位加卸载响应比预测模型对该边坡的关键监测部位进行研究，并使用SZK1和SZK4监测点数据进行加卸载响应比计算，发现其加卸载响应比时序曲线变化规律与其稳定性动态演化规律相吻合。研究结果表明，可以运用地下水位加卸载响应比动力学模型对该类滑坡进行位移动力学预测预报。

裂隙岩体渗流场与应力场动态全耦合参数反演1652-1658

摘要：考虑到裂隙岩体渗流和力学行为的发生与发展往往是一个动态过程，同时现场观测资料也是一个动态的时间序列，为能及时利用现场量测的新增信息使参数反演更为合理，基于求解非恒定渗流场与弹性位移场动态全耦合正分析理论与方法，应用建立的混合遗传算法作为优化算法，同时利用水头、位移等多类型动态观测资料，建立了裂隙岩体渗流场与应力场动态全耦合的参数反演思路。为避免在耦合反问题中由于利用多类型量测资料所带来的量纲问题，采用了各时刻水头、位移的相对值来构造量纲一的目标函数。待反演参数同时考虑了力学参数与渗流参数两种类型，包括岩块的弹性模量、各组裂隙的切向与法向刚度系数、各组裂隙的初始等效渗透系数等。最后以一简单裂隙岸坡为算例，针对库水位快速上涨情况，以各时刻的动态全耦合正分析结果作为“假想”的实测数据，进行动态全耦合参数反演。反演结果表明，利用不断新增的实测资料可提高反演精度，最终获得的参数反演解与理论解吻合很好。

高温静水应力状态花岗岩中钻孔围岩的流变实验研究1659-1666

摘要：采用自主研制的“20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机”对φ200mm×400mm的内含φ40mm钻孔的花岗岩体高温三维静水应力状态的流变特性进行了深入的研究。研究结果表明：（1）花岗岩是由多种晶体胶结而成的脆性坚硬岩石，5000m静水应力以内及600℃以内的恒温恒压状态下，花岗岩中钻孔围岩主要表现为稳态蠕变；当应力达到5000m静水应力，温度为600℃时的蠕变为非稳态蠕变。（2）高温静水应力状态下花岗岩中钻孔围岩蠕变过程存在应力闽值和温度阈值。（3）热力耦合作用下钻孔围岩内部晶间胶结物及晶粒内部产生的位错及微破裂过程，是高温高压下钻孔围岩蠕变存在温度阈值和应力阈值的主要原因。（4）高温静水应力状态下，含有钻孔的花岗岩体流变破坏的应力为5000-6000m的静水应力（125-150MPa），温度为500℃～600℃，破坏形式为压裂破坏、压剪破坏或两者相结合。同时，获得了600℃以内及埋深6000m以内静水应力条件下，不同温度不同埋深静水应力状态下花岗岩中钻孔围岩的蠕变率参数，为高温岩体地热开发钻井井壁稳定性研究提供了重要的力学参数依据。

岩石破坏过程中试件表面应变场演化特征研究1667-1673

摘要：分析了2种岩石试件（一种大理岩方柱试件和一种含圆孔大理岩平板试件）在单轴压缩下试件表面的应变场演化过程，得到了最大剪应变场的特征统计量（方差研随加载的演化规律：S值在试件的均匀变形阶段较小且变化缓慢，在试件的非均匀变形段急剧上升。根据S值的变化趋势，将2个试件的变形破坏过程划分为5个不同的阶段，并给出了5个阶段的代表应变场，总结了各阶段的变形特征。应变局部化是其中一个重要阶段，是联系岩石均匀变形和非均匀变形的“桥梁”。实验结果表明，2个试件的应变局部化开始于加载曲线峰值前非常接近峰值的时刻（方柱试件为99．2％峰值应力处，含圆孔平板试件为92．2％最大载荷处），结束于峰值点。峰值后岩石试件的变形主要表现为弱化带和宏观裂纹的活动。

“隧道及地下工程围岩的屈服接近度分析”一文作者更正1673-1673

摘要：作者在《岩石力学与工程学报》2005年第24卷17期第3083-3087页上发表了论文“隧道及地下工程围岩的屈服接近度分析”（以下简称“原文”），后经作者审阅发现，文中的个别表述可能会给读者带来一些误解或疑问。为严谨起见，作者特对原文作如下更正和说明，并对广大读者表示歉意.

松软煤层深孔预裂爆破力学特性的数值分析1674-1681

摘要：煤层深孔预裂爆破近年来在瓦斯抽放中运用日益增多，但目前对其爆破理论研究较少。以矿井现场实际使用的爆破、炸药和煤层参数为基础，利用三维数值模拟方法进行煤层预裂爆破机制研究。建立柱状药包爆破数值计算模型，研究煤体破坏单元的范围和受爆破应力波作用的抽放影响区域。研究结果表明，爆破粉碎范围最大接近40cm，爆破对抽放量影响的作用半径不超过10m，其中以4m内变化最明显。探讨不同距离抽放孔有效应力传播特点，研究中首次考虑因导爆索与乳化炸药传爆速度不同造成的煤层中应力分布差异，澄清了认识上的误区。分析松软煤介质中不同距离抽放孔的位移场变化规律，计算结果与现场爆破前后实测的瓦斯抽放数据相吻合。研究结果对促进预裂爆破技术更好地运用于煤矿瓦斯治理是有益的。

Kaiser取样偏差对深层油藏地应力测试的影响分析1682-1687

摘要：采用Kaiser效应测定深部地层地应力时，由于油藏岩芯不规则及试件制备过程的误差等因素存在，取样时的偏差会影响地应力测量。假定0°方位和90°方位的取样方位准确而45°方位取样存在一定偏差，根据弹性力学和级数展开建立了应力测量误差分析的力学模型。采用深层均质砂岩岩芯，并变化取心角度（偏差）进行一系列Kaiser效应试验，对比试验和小型压裂解释结果发现Kaiser岩样偏差对地应力数值确实存在影响，其关系为二次函数；当取样偏差角度在5°以内时，应力测试误差可以忽略不计；大于5°时引起的地应力解释误差不能忽略。对于非定向钻取的全尺寸岩芯，当参考取样方位不同时，取样偏差的影响幅度不同。对于深部地层的不规则岩芯，可根据所建立的模型对Kaiser效应测试结果进行相应的误差分析。

冻融条件下岩石损伤劣化机制和力学特性研究1688-1694

摘要：通过循环冻融试验方法，研究岩石在冻融条件下的损伤劣化机制和相应的力学特性。研究对3种岩石（粉砂质泥岩、辉绿岩和白云质灰岩）在2种水化环境下（蒸馏水饱和，饱和并经1％硝酸溶液浸泡侵蚀）分别进行循环冻融试验研究（每循环冻融各4h，共8h），并在不同循环次数下对试样进行饱和单轴压缩强度测试和质量变化测定。研究发现：岩石冻融损伤劣化模式受多种因素影响，不仅与岩石自身特性、冻融温度及循环次数有关，还与所处环境有关；在酸性条件下，岩石冻融强度损伤较纯水化条件下要剧烈得多。因此，纯水化环境下的冻融试验结果常常会给出较为危险的工程安全性评估。研究成果对寒区工程建设及工程安全运营具有重要的参考价值。

外部连接全长黏结式锚杆和弹力式锚杆抗爆加固效果模型试验研究1695-1702

摘要：利用实验室抗爆模型试验装置，研究在平面装药爆炸应力波的作用下，外部连接全长黏结式锚杆和弹力式锚杆对洞室围岩的不同加固效果。通过分析自由场爆压时程曲线，发现该试验仪器测试效果较好，并分析和比较2种锚杆加固所造成的洞室围岩拱顶位移、洞壁应变和拱顶、底板及侧墙加速度的差别。试验结果表明：经过外部连接全长黏结式锚杆加固的洞室比弹力式锚杆加固的洞室拱顶位移峰值减少明显；在平面波的作用下，3个洞室洞壁各个位置都是产生压应变，最大应变出现在拱脚处；拱顶加速度是振动最激烈的地方，底板加速度在变形不大时加l司洞室增加较大，必要时应该采取减震措施；对比2个加固洞室的最大应变峰值和加速度，发现外部连接全长黏结式锚杆相对较小，说明对洞室围岩的加固宜采用外部连接全长黏结式锚杆。

光纤传感技术在边坡模型试验中的应用1703-1708

摘要：关于边坡模型的坡体变形监测较为困难，将光纤传感技术应用于边坡模型试验尝试解决这一问题。构建边坡模型进行人工降雨试验，采用光纤布里渊散射光时域反射测量技术（BOTDR）监测坡体变形和光纤光栅（FBG）传感技术监测坡面变形。将BOTDR光纤分层埋入坡体不同位置，以边坡后缘模型箱为固定的参照点，监测坡体内不同位置的应变变化；将光纤光栅传感器铺设在坡面的不同位置，以坡面后缘为固定参照点，监测坡面各位置处位移变化。根据降雨前、降雨过程中及降雨后变形记录资料，得到边坡在降雨作用下的变形规律：在降雨初始一段时间内，边坡并没有明显变形，随着降雨时间的发展，坡体和坡面位移会出现突发性的大幅度增长，并且距坡面较近的土体产生较大的变形，坡体底部变形较小。总体规律是随着坡体深度的增大，坡体变形受降雨入渗的影响越来越不明显，这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。在坡面上，后缘产生较大位移，而坡体前端位移较小。降雨停止后，部分变形值会变小。试验结果表明，用光纤BOTDR和FBG传感技术监测有众多的优点，且光纤传感技术在岩土模型试验中具有良好的应用价值和前景。

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和实测对比研究1709-1714

摘要：圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程，数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响，因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论，通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场，讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响，并和现场实测进行了对比。研究结果表明，挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致，且能反映土性的变化情况；在动态压桩过程中，水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大，竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加，而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应，因此在压桩过程中要给以足够的重视。