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岩石力学与工程学报 2009年第A01期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志第一部分：岩石力学理论研究与数值分析方法

深部煤巷底臌控制机制及应用研究2593-2598

摘要：以徐州矿区发生非线性大变形破坏现象的深部煤巷围岩结构体为研究对象，从围岩3个部位相互作用的角度提出有效控制底臌的新方法。通过对围岩物理力学性能的测试、理论分析、数值模拟、现场试验的研究，得出采用锚网索耦合支护技术控制底臌的力学作用机制：利用关键部位施加锚索，减小顶板松动岩体通过两帮传递到底板上的压力，有效减小底臌量：利用锚网注浆增加两帮岩体强度及减小收缩量，限制两帮对底板两侧形成的固定约束向深处转移，以减小发生底臌的底板宽度；对底角施加刚性锚杆及注浆，分解来自两帮的挤压应力，提高底角抵抗剪切滑移破坏的强度，控制底臌。在该原理下提出控制设计，运用到夹河煤矿一850m水平煤巷，监测结果表明：基于技术原理下的支护设计可以有效控制深部煤巷大变形和底臌的发生。

加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应影响的试验研究2599-2604

摘要：当加载速率较快时，砂岩、粗砂岩、泥岩等岩石相对于加载速度较慢的测试，Kaiser点对应的应力值增大，但对于灰岩等脆性岩石，加载速率对其Kaiser效应影响甚微。因此，需要具体分析加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应的影响。试验发现，不同加载速率导致声发射累积次数随应力的变化曲线存在显著差异。这是因为当加载速率较慢时，岩心内部较大和较小的裂缝都会发生错动和扩展，致使声发射信号比较明显，得到的Kaiser点对应的应力值较小：而当加载速率较快时，只有较大的裂缝才会发生错动和扩展，Kaiser点对应的应力值相对较大。当深度大于2500m的岩心在声发射测量过程中，Kaiser点往往出现在岩石破坏点之后，因此必须模拟地层条件采用围压下的Kaiser效应进行测量，测得相应地层的地应力大小。针对不同的岩性岩石选取不同的加载速率进行加载研究，试验结果与现场试验结果基本一致。结论为Kaiser效应试验测地应力提供理论依据和借鉴。

大理岩硬性结构面剪切蠕变及粗糙度效应研究2605-2611

摘要：针对锦屏二级水电站地下洞室富含节理的实际情况，利用双轴蠕变仪对大理岩硬性结构面进行剪切蠕变试验。通过对大理岩硬性结构面表面的量测，采用平均粗糙角描述大理岩硬性结构面表面粗糙度情况；分析不同粗糙度情况下岩样剪切位移与时间的变化规律。结果表明，粗糙角大的岩样瞬时变形要小于粗糙角小的岩样。此外，试验在较低的应力水平下，岩样蠕变变形表现为衰减蠕变和稳态蠕变，但当剪应力水平达到某一应力水平时，岩样在极短时间内迅速破坏，未出现加速破坏阶段，因此，利用大理岩剪切蠕变试验数据对标准线性体剪切蠕变模型进行辩识，得出各岩样的剪切蠕变模型参数，通过由模型参数得出的拟合曲线与试验曲线比较知采用标准线性体模型是合理的。最后分析各大理岩岩样的平均粗糙角与剪切蠕变模型参数的变化规律。

山东东明黄河标准化堤防裂缝危害数值分析2612-2619

摘要：采用淤背方式加固黄河大堤时，河南、山东一期工程堤身多处出现裂缝。因放淤固堤具有特殊性，裂缝对堤防安全影响的量化研究成果较少，裂缝工况下堤防的安全性态尚不清楚，从而制约处理方案与应急预案的确定。堤防破损或开裂时，其安全状况受裂缝状况、水位、降雨、土壤特性等因素的影响，现以山东东明段黄河标准化堤防为例，分析裂缝对堤防安全的危害。研究表明，堤身裂缝越深，堤防安全状况越恶劣；降雨会进一步恶化堤身安全状况；堤身裂缝的危害程度与土壤特性密切相关，堤防发生事故的几率同降雨历时、雨强、裂缝深度、临河堤坡水位下降速率成正比。该成果可为防汛抢险与堤防维护加固提供参考。

弹塑性问题的杂交无网格有限体积差分法2620-2628

摘要：为了提高无网格法的应力精度，将应力与位移作为独立变量进行插值。将整个求解域分为边界域和内部域，对于位于边界域上的节点通过有限体积法建立离散方程，域内节点则利用有限差分法对节点应力梯度进行离散，逐点建立离散方程。在小变形假设的前提下，提出基于增量本构关系的弹塑性杂交无网格有限体积差分法，并用来模拟隧道开挖过程，算例表明，增量形式的杂交无网格有限体积差分法具有较高的计算精度和一定的工程实践价值。

非线性法向变形节理对岩体电磁辐射传播的影响研究2629-2636

摘要：为了明确非线性节理对岩体电磁辐射传播过程中强度的影响，从压电效应机制出发，给出含石英等压电介质岩体在应力波作用下所产生的电磁波与入射应力波之间的关系。并依据两者之间的关系及应力波在非线性节理面的透反射解，获得应力波作用下岩体电磁辐射强度变化与节理参数之间的关系表达式。同时，研究节理的变形和入射波频率对电磁辐射强度的影响。结果表明，在震源中心，电磁辐射强度最大，随传播距离发生衰减。电磁辐射强度随节理变形增大而增大：并且随着传播距离的增大，高频电磁信号衰减比低频信号衰减要快得多。

含水量对沉积岩力学性质及其冲击倾向性的影响2637-2643

摘要：通过试验和统计分析系统研究不同含水条件下煤系沉积岩石力学性质及其冲击倾向性，建立岩石力学性质及其冲击倾向性与含水量之间的相关关系和模型，揭示含水量对岩石力学性质及其冲击倾向性的控制机制。研究表明：岩石单轴抗压强度和弹性模量值随含水量的增加而降低；不同岩性岩石单轴抗压强度和弹性模量值受含水量的影响程度不同，降低的速率受岩性所控制。在干燥或较少含水量情况下，应力-应变曲线在峰值强度后岩石表现为脆性和剪切破坏，具有明显的应变软化特性，且随着含水量的增加，峰值强度后岩石主要为塑性破坏，应变软化特性不明显。随着含水量的增加，岩石脆性指标修正值（BXU）逐渐增加，弹性变形指数逐渐减小，岩石在受力过程中储存的弹性应变能随含水量的增加而急剧减少，而消耗的塑性永久变形能相对增加，即岩石的冲击倾向性随含水量的增加而显著降低。

围压和地下水对软岩残余强度及峰后体积变化影响的试验研究2644-2650

摘要：就宜万铁路堡镇隧道高地应力大变形段中所揭示的黑色炭质页岩设计不同饱水时间下的三轴试验方案，进行三轴力学性质测试，获得围压和饱水时间对软岩残余强度和峰后体积变化的影响规律，探讨二者对软岩残余强度和体积变化的作用机制及特点，对隧道二次衬砌作用时机进行分析。

基于分形理论的土石混合体强度特征研究2651-2656

摘要：从土石混合体的非线性特性出发，应用分形几何理论研究土石混合体的强度特征。通过大型三轴试验，对不同粒度分维不同围压下土石混合体的应力-应变特性、强度参数特征及峰值强度特征进行分析；并讨论强度参数、峰值应力差与粒度分维值的关系。结果表明：土石混合体的应力-应变特性相似于岩石典型应力-应变曲线：不同粒度分维的土石混合体强度包线总体呈线性性质，粒度分维值对强度影响很大，其与抗剪强度的关系近似一抛物线：对于只具一维分形的土石混合体具有最大的密实度和抗剪强度，属最优级配土石混合体，并分析产生这一现象的原因。

岩石变形与渗透性变化关系研究2657-2661

摘要：将变形（应变）作为基本变量，引入损伤作为中间变量，建立新的渗透性演化模型。该模型可以用来计算岩石峰值破坏前，受剪切和拉伸破坏时的渗透性变化情况。模型经试验资料验证，在应力-应变峰值前与实测值吻合良好。

NATM公路隧道围岩时间效应的统计分析2662-2666

摘要：基于50多条两车道NATM高速公路隧道的现场监测数据，通过对围岩收敛变形和拱项下沉数据的统计分析，探讨隧道Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩随时间的变形特性，得到不同级别围岩隧道从开挖到变形稳定的时间，分析稳定时间与围岩级别的关系，为隧道施工阶段围岩的稳定性评价以及二次衬砌的合理施做时机提供依据。

基于多点位移计监测成果的坡体变形特征分析2667-2673

摘要：结合工程实例，通过位移-时间过程线、位移-孔深关系曲线以及变形速率图，从时间和空间的角度分析监测成果，并将不同部位仪器的监测成果加以对照，综合分析坡体的变形特征。一般情况下开挖坡体的变形量是随着高程的降低而增大，对于存在软岩夹层的岩石边坡在开挖时坡体的变形会表现出与一般情况下不同的特征。实际工程中影响岩体变形的因素是多种多样的，需借助地质资料并结合现场施工进度以及巡视结果分析监测成果，掌握坡体变形特征，从而对坡体的稳定状况做出判断。

微地震波在煤矿岩层中的传播特征研究2674-2679

摘要：在塔山矿8103工作面微地震监测中，测到距离震源远的底板孔检波器比距离震源近的顶板孔检波器先接收到微地震波的异常现象。研究表明，微地震波的直达波和透射直达波两种传播模式是造成这一异常现象的主要原因。在性质相近的介质中，微地震波是按直达波模式传播，现场监测到的“顶板断裂产生震动波-顶板-顶板检波器”的路径是典型的“直达”传播模式。而在性质差异较大介质的界面处，微地震波在入射界面上的入射点将形成新的震源点，并以新震源点为起始点，再按直达波模式传播，从而形成“透射-直达”传播模式，现场监测到的“项板断裂产生震动波-综放支架-底板-底板检波器”的路径是典型的“透射-直达”传播模式，这是造成微地震监测中“远点先达”现象的重要原因。根据微地震波在煤矿岩层中的传播特征可以确定合理的定位方法和验证震源定位的准确性。实践证明，在性质差异较大的介质中定位震源时，需将性质相近介质中的检波器信号放在一起定位，这样可以减弱“透射-直达”传播模式造成“远点先达”现象的影响，提高定位精度。

深埋洞室围岩分层断裂现象模型试验解析2680-2686

摘要：对深部围岩分层断裂破坏机制模型试验进行再分析，研究模型介质断裂形态，指出模型裂缝存在剪切和拉伸2种形式。采用锯齿形岩石模型和极限应变破坏准则，推导洞室围岩的应力场，定量分析试验结果。通过与试验对比，证明解析方法的正确性。研究结果表明，在很大的轴向水平压力作用下，介质会产生间隔的拉伸裂缝，形成分层断裂现象。拉伸裂缝的几何形状逐渐趋于圆形，每形成一道拉伸断裂，模型等效于形成一个受支护作用的洞室，随着等效洞室半径的增大，其受到的支护力迅速增大，使得分层断裂现象局限在一定范围内。该解析方法可为研究不同条件下深部洞室围岩破坏规律奠定理论基础。

乌鞘岭隧道三维地应力场多元有限元回归拓展分析2687-2694

摘要：采用三维有限元多元回归分析方法，基于有限测点的地应力量测结果，拓展分析隧道区原始宏观地应力场。建立隧道区两个大规模三维计算模型，通过有限元分析软件ANSYS对重力、水平挤压和剪切等4种丁况的构造应力场分别进行计算。编制三维地应力场多元回归分析计算机软件MEBA以及与ANSYS的接口程序MEBAC，实现地应力场的多元回归拓展分析，着重分析乌鞘岭隧道岭脊地段的复杂应力状况、应力值的宏观大小和规律，特别是F4，F5，F6，F7断层及其附近的应力状况。宏观地应力场的分析结果表明，乌鞘岭隧道宏观地应力场的主应力方向为N21．2°E，与隧道轴线的夹角为38．2°，断层区隧道衬砌具有纵向挤压和横向受力不对称的特点。区段地应力值高，在隧道轴线位置，最大垂直地应力为32．10MPa，垂直于隧道轴线方向最大水平地应力为21．72MPa。宏观地应力场的分析结果对工程的动态设计与施工具有重要参考价值。

岩石点荷载作用下对应力记忆效应的声发射数值模拟与试验研究2695-2702

摘要：在分析单轴压缩试验岩石Kaiser效应机制的基础上，建立岩石在点荷载作用下对先前应力记忆效应的理论表达式，采用岩石破裂过程分析软件RFPA^2D对14种不同尺寸和力学参数的试件进行数值模拟，模拟结果表明，岩石点荷载声发射试验能够反映岩石先前应力状态，点荷载加压出现声发射时的点荷载值与岩石先前所受应力值成正相关关系。为了进一步验证上述结论，对5个岩石试件进行单轴压缩加载、卸载后用点荷载重新加载的循环试验，得到与数值模拟相同的结论，研究成果为工程现场地应力值估算、评价提供新的研究方法。

断层错动引发基岩上覆土层破裂过程模拟2703-2707

摘要：利用有限元方法对断层基岩错动引发上覆土层破裂过程进行数值模拟，展示场地土层破裂形成和扩展特征，以及场地地表出现破裂并不一定形成土层贯通破裂的地震现象。研究表明，土层破裂始于土层与基岩的交界面并向上扩展，而随着断层基岩错动量的增加，场地地表出现破裂（单个或两个）并向下扩展，在断层基岩错动量达到一定值时上下扩展的破裂在土层某一深度位置相连形成土层贯通破裂；不同的断层基岩错动量和覆盖土层条件将导致隐覆破裂、非贯通地表破裂和贯通破裂3类不同的场地地震破裂现象。研究进一步揭示土层厚度和特性对土层破裂特征的影响。当出现地表破裂时，土层越厚破裂带的宽度越大，砂土形成的破裂带宽度小于黏土；土层越硬，越易于形成贯通破裂；土层厚度和土质特性对土层破裂的破裂角影响不明显；对于逆冲断层，地表土层初始破裂出现所需的基岩位错量约为贯通破裂位错量的80％或更小，50m以内的覆盖土层产生贯通破裂的基岩位错垂直量小于上覆土层厚度的5％。

层状盐岩体非线性蠕变本构模型2708-2714

摘要：针对由不同岩层交替而组成的层状盐岩体，建立泥岩夹层和盐岩复合体代表单元，根据应变协调原理，从细观力学分析角度通过考虑泥岩夹层弹性性质、盐岩弹性及蠕变力学特性以及两相体积含量建立层状盐岩体宏观各向异性非线性蠕变增量型本构模型，分析层状盐岩在蠕变过程中因保持细观应变协调而产生的应力重分布问题，给出新本构模型ABAQUS有限元二次开发增量迭代算法实现方法，对一层状盐岩体简单试样算例进行初步计算分析验证，分析计算与试验结果吻合较好，表明该本构模型能反映细观应变协调时层状盐岩体宏观蠕变力学特性，该模型将为层状盐岩体内硐室长期稳定性分析提供理论计算基础。