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 2010年第01期杂志 文档列表

真三轴荷载条件下大型地质力学模型试验系统的研制及其应用1-7

摘要：为研究深埋、高地应力条件下地下洞群围岩稳定性，新研制大型真三轴加载地质力学模型试验系统，该系统主要由三维钢结构台架装置和液压加载控制系统组成，可实现全三轴应力状态下在侧向施加梯级荷载。在各加载面上研制和布设组合型滚珠式滑动墙，实现新型超低减摩技术。用该系统开展洞群开挖支护的模型试验，在试验技术和模型制作工艺上有了创新和重大改进：采用预制模块堆砌黏结成型的工艺方法制作模型，提高全模型在力学性能上的一致性；采用数字照相变形量测技术、基于光纤Bragg光栅的棒式位移传感器和新研制的高精度光栅尺型微型多点位移计进行围岩内变形量测；新研发施作注浆锚杆和预应力锚索的独到工艺技术；还开展大埋深条件下的超载试验，观察到围岩破坏的发展过程，试验结果还与数值分析进行对比。研究的方法技术及结果将对类似工程研究有一定的指导和借鉴意义。

边坡和坝基抗滑稳定分析的三维矢量和法及其工程应用8-20

摘要：在二维矢量和法的基础上提出三维矢量和法中整体下滑趋势方向的确定方法，需首先计算整体下滑方向的初值，然后进行投影计算得到其整体下滑趋势方向及矢量和法安全系数。运用该方法对几个三维边坡算例进行分析，结果表明矢量和法安全系数与三维极限平衡法结果基本一致，且对于滑移面单元尺寸不敏感。最后，以三峡大坝26#坝段抗滑稳定性分析为工程实例，针对通过详细勘察而指定的4种滑移面进行平面矢量和分析及三维矢量和分析，结果表明三维矢量和分析结果均较二维矢量和结果要大，且深层滑移面得到的安全系数比浅层滑移面稍大，其抗滑安全系数远大于1．0，说明坝基是安全的。该方法具有明确的物理和力学意义，只需一次弹性或弹塑性数值计算，不需过多的人为假设，即可得到三维矢量和法安全系数。该方法具有三维极限平衡法及强度折减法无法相比的优势，计算过程简单，便于在工程实践中运用。

高地应力条件下卸荷速率对锦屏大理岩力学特性影响规律试验研究21-33

摘要：岩石所处的初始应力状态及开挖等工况诱发的卸荷速率大小对其力学特性具有明显的影响，通过室内三轴卸荷试验和破裂断口的SEM细观扫描分析，研究高应力环境中不同卸荷速率下锦屏一级水电站大理岩的变形破裂及强度特征。卸荷速率vu和初始围压σ3^0越大，岩石脆性及张性断裂特征愈明显，快速双向卸荷时甚至可在次卸荷方向产生张拉裂缝。张性破裂断口细观形态随vu，和σ3^0的增大依次呈现“树枝形张裂状”、“千层饼形撕裂状”和“近光滑平面形弹射状”；卸荷过程中轴向压缩应变增量△ε1随vu和σ3^0增大而减小，而侧向膨胀应变增量△ε3却增大；不同的卸荷变形阶段卸荷速率vu对变形模量E的影响规律不同，峰前E随vu的增大而增大，而峰值E随v。增大先逐渐增大再迅速降低；卸荷过程中岩石的泊松比μ逐渐增大，并随vu和联增大而显著，特别是从峰值点后；相对于加载试验，卸荷条件下岩体的黏聚力C大大减小，而内摩擦角砧口有少量增大，vu越快，C减小得越多，φ增大的较少。

基于边界元法各向异性岩石的裂纹传播路径分析34-42

摘要：利用边界元法来探讨各向异性大理岩的裂纹传播特性，如应力强度因子与裂纹倾角及材料各向异性的关系、裂纹初始开裂角度与裂纹传播路径的预测及仿真分析。将边界元法结合最大围压断裂准则来预测各向异性材料的裂纹初始开裂角度及模拟各向异性材料的裂纹传播路径，并将数值分析结果与前人的初始开裂角度及试验所观察的传播路径得到的结果进行比较，研究结果表明，数值分析结果与试验结果均较为吻合。因此，所提出的裂纹传播方式可准确地分析各向同性及各向异性材料的裂纹传播特性。

盐岩力学特性应变率效应的试验研究43-50

摘要：以层状盐岩体矿床中的NaCl岩盐与无水芒硝盐岩为研究对象，在实验室内进行10^-5～10^-31^-1S范围内单轴压缩强度与变形特性的应变率效应研究。研究结果表明：在上述应变率范围内，NaCl岩盐与无水芒硝盐岩的单轴抗压强度与弹性模量基本不随加载应变速率而变化：同一应变速率条件下，无水芒硝盐岩强度略高于NaCl岩盐；两类盐岩的泊松比均随加载应变速率的增大而减小；随加载应变速率的增大，试件在峰值应力点处的应变减小，其变形模量与加载应变速率呈对数关系；试件破裂方式不随加载应变速率而变，NaCl岩盐试件破裂为柱状劈裂或楔型剪切，而无水芒硝盐岩则表现为单斜剪切。对扩容应力与极限强度之比统计结果表明，盐岩扩容应力与极限强度之比（平均值）为87．3％～91．0％，表明盐岩在扩容之前均具有很强的变形能力。由试验结果可知，在其他安全稳定条件满足的前提下，盐岩溶腔储气库运营中、腔壁应变率在10^-5～10^-3S^-1范围之内，可以保证储气库腔体的安全稳定运营。

端部消波和加密锚杆支护洞室抗爆能力模型试验研究51-58

摘要：利用抗爆模型试验装置，研究在集中装药爆炸应力波的作用下，端部消波和加密锚杆支护洞室的抗爆能力；分析和比较3个洞室的拱顶垂直压应力、顶底板相对位移、洞壁应变、顶底板加速度及洞室围岩宏观破坏分布形态的差别。试验结果表明：在爆炸应力波的作用下，当洞室没有发生严重破坏时，端部消波和加密锚杆支护洞室顶底板相对位移和拱脚处最大应变都有减小；拱顶加速度整体上都有不同程度的降低；3个洞室都在拱脚处两侧产生断裂缝，但端部消波和加密锚杆支护洞室在拱顶方向断裂缝明显减少，其拱顶破坏程度得到减轻。说明端部消波和加密锚杆支护洞室能够提高锚固洞室抗爆能力。

湖南岐山仁瑞寺节理边坡稳定性的细观损伤力学分析方法59-64

摘要：对湖南仁瑞寺岩质边坡进行地质勘查，该边坡结构面主要为X节理，一组走向为170°～265°，另一组走向为105°～125°，倾角较陡，普遍为50°～90°。通过6组实验分别确定岩块与结构面的力学参数。基于细观损伤力学理论，认为节理岩体是由岩块与微裂纹构成的各向异性材料，并利用代表性体积单元建立微裂纹的滑裂准则。通过编制相应的软件建立坡角为60°、节理倾角为52．5°和90．0°的岩质边坡计算模型，并对该边坡的稳定性进行分析。采用逐步去除约束的方式进行开挖模拟，得到边坡的塑性贯通区。通过与实际滑坡形式进行对比，模拟效果好，证明微裂纹是控制岩质边坡破坏的主要因素，对理解节理边坡的破坏机制具有重要意义。同时，该方法对于预测节理边坡破坏面的形状与位置以及复杂边坡的稳定性分析都有一定的借鉴意义。

溜砂坡大规模失稳动力学机制试验研究65-72

摘要：大量直剪试验结果表明，随着细颗粒含量的增加，散粒体抗剪强度不断降低。结合天山公路沿线溜砂坡的现场调查资料，在物理模拟试验基础上，证实细颗粒层在溜砂坡大规模失稳过程中所起到的控制性作用，进而构建一种由散粒层、细颗粒层和摩阻层所组成的溜砂坡3层散体结构模型，并提出一种具有整体错动特征的滑塌式大规模失稳模式。其失稳动力学机制为，在各种动荷载的强烈扰动下，由于细颗粒层物质抗剪强度相对较低，坡体沿细颗粒层发生类似滑坡的大规模滑塌。

黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体上限解73-81

摘要：为了将多块体上限法拓展应用到饱和黏土基坑抗隆起稳定性分析中，提出支护墙体刚性条件下，用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式，并给出相应的上限计算能量方程。为检验多块体上限方法的应用情况，结合实际工程案例以及针对基坑宽度、坑底基岩埋置深度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质等对抗隆起稳定存在影响的因素进行计算和分析，并将多块体上限法计算结果与基于Terzaghi模式及Prandtl模式的上限解、Faheem强度折减有限元计算结果、Ukritchon的极限分析有限元计算结果做了广泛的对比。通过对比可以发现，所给出的多块体上限解是所讨论上限解中最优的，计算结果与Ukritchon的极限分析上限有限元计算结果较为接近，而多块体上限方法与Ukritchon的极限分析上限有限元相比，更容易实现，计算量也要小得多。通过大量计算以及与其他方法的对比可以发现，多块体上限方法在黏土基坑抗隆起中的应用是比较成功的。

汶川地震诱发滑坡与地震动峰值加速度对应关系研究82-89

摘要：利用汶川地震获得的地震动记录及峰值加速度数据和收集整理的近3000个崩滑点数据，对汶川地震诱发滑坡与地震动峰值加速度之间的对应关系进行研究，得到如下认识：（1）地震动峰值加速度与地震诱发崩滑之间存在非常明显的正相关性，随峰值加速度增加，地震滑坡灾害也逐渐严重。（2）在龙门山震区存在0．2g的峰值加速度分界线，大于此值时，地震滑坡灾害比较严重。（3）整个区域峰值加速度的下限为0．05～0．07g，小于此值时，诱发滑坡的可能性很小。（4）不同地质区域对应斜坡临界加速度有所不同，一般在0．05～0．15g之间变化，平均为0．1g，说明震区斜坡承受地震的水平较差；峰值加速度超过局部场地斜坡临界加速度后，诱发滑坡的可能性增加。得到的峰值加速度研究结果与其他研究结果较为一致，表明利用地震动参数研究地震滑坡具有很好的一致性。依据峰值加速度与地震滑坡的对应关系，可以对震后滑坡灾害作快速评估，也可以将其应用到地震滑坡灾害预测／区划工作中，与地震动峰值加速度区划形成很好的衔接。

油页岩热破裂规律分形理论研究90-96

摘要：以不同温度下油页岩破裂显微CT图片作为分析对象，将分形的基本理论运用到油页岩的热破裂过程中。研究边长为7．0mm正方体油页岩试件在200℃～600℃范围内热破裂裂隙分布的分形规律，得到不同温度下热裂隙分布的分形维数和分布初值。研究结果表明：不同温度下油页岩内部裂隙的分布具有很强的自相似性，符合分形规律，分形维数为1．0～1．5。建立分形维数、分布初值与温度的关系，从分形理论上研究油页岩的热破裂过程，宏观量化裂隙的分布状况和复杂程度。研究结论对分析油页岩热解过程中“微渗流通道”的发展演化过程具有重要的意义；同时，为从分形的角度探索其他岩石的热破裂过程提供一种新的方法和思路。

一种洞室围岩强度参数的反演方法及其验证97-103

摘要：详细分析反演强度参数的惟一性，提出其存在3个层面的多值性问题：（1）实测位移同时与弹性参数及强度参数有关；（2）塑性软化时的应力一应变关系存在多值性；（3）强度参数C，φ的不同组合会使围岩某单元发生相同的塑性变形。针对这3个问题，通过假定围岩是理想弹塑性介质，利用现场实测手段将围岩位移进行弹、塑性分离，并在优化方法中考虑强度参数的内在作用机制，而且提出“塑性变形非协调性”的概念；从而探索解决强度参数反演惟一性的新途径，并利用“理想量测位移”检验新方法的可行性。最后采用数值试验方法开展强度参数反演可靠性研究，结果表明所提反演分析方法的精度与稳定性均较好，且不存在初值敏感性问题。

平洞摄影测量系统研究104-110

摘要：在总结已有方法优缺点的基础上，根据平洞勘察的特点和要求提出一种新的勘察手段：平洞摄影成像测量系统。系统采用摄像头等光学测量仪器和编码器、罗盘等定位设备达到坐标测量的目的。首先介绍该系统所依据的基本原理，在此基础上分析系统各部件的运行过程及结构设计依据，根据原始数据的特点给出错误数据过滤和误差校正的方法；然后通过系统的光路分析得出数字化平洞的数学模型，最后展示并分析现场试验的结果，根据存在的问题提出下一步工作的方向以及需要解决的关键难题。

双目系统的岩体结构面产状非接触测量方法111-117

摘要：提出一种改进的摄像机姿态获取方法，并据其实现岩体结构面产状的非接触测量。主要步骤为：（1）将摄像机安置于云台上，令摄像机坐标系与云台坐标系重合，然后将其固定；（2）通过规范拍摄过程将摄像机姿态参数减少为2个，然后以云台平面产状测量结果换算得到；（3）通过摄像机姿态参数完成坐标系转换，于岩体三维数字模型上测量并得到结构面产状。对该方法中摄像机姿态测量误差造成的目标岩体结构面产状测量传播误差进行分析，通过对边坡和隧道开挖掌子面岩体的现场试验，发现该方法简便易行、精度与传统测量方法接近并有较大提升空间。此方法可以方便地实现岩体结构面产状完全非接触测量，并有效扩大测量范围、提高测量效率，避免测量人员暴露于裸露岩体下的危险。

三维应力下热破裂对花岗岩渗流规律影响的试验研究118-123

摘要：采用“20MN高温高压岩体三轴试验机”，精心设计4块完整花岗岩岩样。在25和75MPa静水应力条件下，实时测试花岗岩岩样在热破裂作用下的渗流规律，这是国内目前首次对花岗岩在高温三维应力作用下渗流规律的实时试验研究。试验结果表明：（1）在三维应力条件下，花岗岩发生热破裂。在热破裂升温过程中，花岗岩岩样的渗透率随温度的升高而表现为正指数增大的规律。（2）在热破裂作用初期，花岗岩岩样渗透率随温度的增加而缓慢增加。在热破裂作用的后期，花岗岩岩样渗透率随温度的升高而急剧升高直至达到渗透率峰值。（3）在整个热破裂升温过程中，各花岗岩岩样渗透率随温度升高而不断增加，渗透率变化率随温度的升高而不断加速。（4）在静水应力和热破裂作用下，花岗岩岩样的渗透率峰值和初始值的比值最高可达93倍，其渗透率的变化率最高达3．5×10^-4mD／℃，热破裂作用极大地增强花岗岩的渗透特性。试验得到的数据和结论对高温岩体地热开发、石油二次开采及煤炭地下气化具有重要的意义。

湘西红砂岩基本物理指标和微结构参数对其强度影响的试验研究124-133

摘要：通过岩石的物理力学测试、偏光显微镜以及粉晶X射线衍射等手段测定湘西白垩系红砂岩的基本物理指标和单轴抗压强度、矿物成分、颗粒面积比、堆积密度和颗粒接触率。对红砂岩进行粒度分析，得出其平均粒径和概率累计曲线。分别在烘干、天然和饱和状态对不同岩性的红砂岩进行单轴压缩试验，研究其浸水软化机制，并探讨红砂岩的基本物理指标和微结构参数对其强度和软化系数的影响。研究结果表明：红砂岩单轴抗压强度与孔隙度、饱和吸水率呈指数负相关，与干密度呈指数正相关，与颗粒面积比、堆积密度和颗粒接触率呈线性正相关，而平均粒径对其影响不大。当黏土矿物含量〉25％时，单轴抗压强度和软化系数随着黏土矿物含量的增大而减小。通过多元回归分析，得出颗粒面积比和饱和吸水率是影响单轴抗压强度的显著变量，并建立其与红砂岩单轴抗压强度和软化系数相应的二元回归方程。

矿井不明水体突出过程的微震辨识技术134-139

摘要：以采动岩体微破裂产生的弹性波为信息源，应用弹性波与岩体破裂的相关理论与技术，探索地下采空区不明水体的蓄积和成灾过程。经研究发现，在突水灾害前存在确切的弹性波波速比VP／VS低值异常、振幅比VSH／VPH。高值异常、震动主频低值异常、波形变异以及隔水岩墙主破裂发生前的微震频度异常。由此提出应用地面微震遥测技术，通过在线监测和分析采动岩体破裂被动震源或增设爆破主动震源所携带的信息，预测矿井不明水体突出灾害的技术思路，达到空间上控制全矿井范围的宏观监测、时间上在线连续监测和远离危险源的安全监测之目的。

四车道特大断面大跨度隧道施工中支护体系力学性态研究140-148

摘要：以目前国内规模最大的双洞八车道高速公路隧道为背景，详细介绍四车道特大断面大跨度隧道施工过程中支护体系应力现场监测的项目、方法及手段，对不同施工工序下隧道支护体系力学性态进行监测与分析。研究结果表明：（1）右导洞上台阶、左导洞下台阶和核心土上台阶开挖引起支护体系应力分布较大变化，是隧道主要监测控制点；（2）封闭支护结构及对拉锚杆的使用是改善结构受力和抑制隧道变形有效途径，应尽早施作仰拱和形成封闭环。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。