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03期杂志 文档列表

超大跨度悬索桥隧道锚承载特性的岩石力学综合研究433-441

摘要：针对四渡河特大桥宜昌岸隧道锚承载特性问题，采用基于岩石力学的综合研究方法，从围岩地质与力学特性、隧道锚1：12实体模型试验及隧道锚承载特性数值分析等方面，对隧道锚与围岩岩体变形机制、时效特征及超载安全性等方面开展系统研究。结果表明，通过岩石力学试验及基于实体模型试验获得的隧道锚围岩弹塑性及流变参数符合实际；在设计水平下，隧道锚锭围岩变形在mm级水平；隧道锚极限抗拉拔力≥7．6倍设计载荷，满足锚固安全系数〉4．0的设计要求；实桥隧道锚碇的长期安全系数≥2．6。通过工程实际施工过程中的监测实施，对研究成果和结论的合理性进行验证。研究抟术路续及成果可供山区类似桥梁律设借鉴。

锦屏一级水电站复杂地质条件下坝肩高陡边坡稳定性分析及其加固设计442-458

摘要：锦屏一级水电站是我国在建的世界最高拱坝，坝肩工程边坡高度达500m，规模巨大。电站枢纽区地处深山峡谷地区，自然谷坡高陡，地应力水平较高，谷坡岩体卸荷强烈，并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等不良地质现象。在地质条件详细调查基础上，分析左岸缆机平台以上的顺坡向倾倒变形体、左岸1800m高程以上的楔形双滑变形拉裂体等坡体结构及其破坏模式，并进行边坡稳定性分区和计算分析。根据坡体结构特点，确定少开挖、弱爆破、强支护、分区分层支护、控制整体、以面覆点的开挖施工和加固设计原则，实施以预应力锚索和抗剪洞为主、辅以锚杆、混凝土框格梁等措施的局部和整体、浅表和深层的全方位、多层次边坡加固控制体系。精细设计并严格控制施工时序、爆破技术和工艺，保证建基面岩体质量，通过动态设计和完善的管理机制确保边坡施工安全。2006年7月-2009年9月边坡监测资料表明：边坡浅表最大横向位移79．5mm，最大垂直下沉位移52．5／nrll，主要受地层岩性和坡体结构控制；深层最大变形量60mm，最大速率0．1mm／d，主要受深部裂缝控制；目前位移均趋于收敛，满足安全控制标准。锦屏一级水电站坝肩高边坡工程的成功实施为我国工程建设提供新的经验和借鉴。

三向受力条件下冻结岩石力学特性试验研究459-464

摘要：随着寒区或特殊施工环境条件下基础设施建设的需要，越来越有必要对冻结岩石力学问题进行深入的研究。以陕西彬长矿区胡家河煤矿冻结立井为背景，从现场采集的煤岩和砂岩为代表，进行常温（＋20℃）和不同冻结温度（-5℃，-10℃，-20℃）条件下的岩石在不同围压下的三轴压缩试验。分别探讨了围压对于冻结岩石三轴强度特性的影响和冻结温度对于冻结岩石三轴强度特性的影响规律，分析煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度特性，并对2种岩样冻结温度的同一性和差异性进行比较研究。煤岩和砂岩在冻结的效应方面有着明显的差异性，主要原因是其岩石内部结构性的差异。富水砂岩冻结后对温度的敏感程度要高于煤岩。强度随温度降低而增大的主要原因是温度降低时，岩石冻结时的矿物收缩和冰本身的强度及冻胀力使得富水冻结岩石的峰值强度得到提高。为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结立井设计施工提供参考。

多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程精细测试465-470

摘要：综合运用声发射定位技术的灵敏性以及CT技术的直观性等特点，实现对多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程的精细测试。通过分析加载过程中声发射定位事件、CT扫描切片以及CT数的变化，获取多裂纹岩石裂纹扩展破坏过程。加载之初，岩石试件虽总体上表现为裂纹压密，但局部仍可追踪试件内部原生裂纹起始扩展，并随载荷增加向两端逐渐扩展、渐进破坏直至形成贯通破裂面。为探索岩石微细观破坏机制和裂纹扩展演变规律，推进岩石力学试验可视化技术的发展奠定基础。

基于数字图像的土石混合体力学性质的颗粒流模拟477-484

摘要：介绍数字图像处理的基本过程，根据其技术原理编写程序，实现由实拍数字图像直接生成颗粒流模型，为土石混合体力学行为的颗粒流模拟提供新的建模方法。利用该方法，采用PFC^2D程序对土石混合体（SKM）进行双轴压缩试验的数值模拟，并与均质土体的试验结果相比较。结果显示，一定碎石含量的土石混合体试样其应力-应变关系呈现出台阶状分布的特征，第一平台段所对应的主应力差基本反映土颗粒的屈服强度；之后强度的提高则与碎块石存在形成的应变硬化现象相关。数值模拟反映出的规律与现场试验结果一致。通过分析土石混合体试样的破坏形态，发现其破坏过程与形态要比均质土体复杂的多，由于碎块石的存在，破裂面往往不规则，不像均质土体那样呈明显的条带状破坏。

非贯通节理Jennings强度准则的岩桥弱化和节理面起伏角修正485-492

摘要：通过对具有不同粗糙程度（以节理面起伏角表示）的共面非贯通人工节理进行不同法向应力水平下的直剪试验，研究节理面起伏角对非贯通节理剪切强度的影响，分析在剪切过程中岩桥力学参数的弱化机制。现有Jennings准则将岩桥视为完整岩块，计算所得的剪切强度与直剪试验结果存在较大偏差。在试验结果的基础上，考虑剪切过程中岩桥力学参数的弱化和节理面起伏角的影响，对Jennings准则进行修正。将修正Jennings准则计算的非贯通节理剪切强度结果与直剪试验结果对比，结果表明：修正Jennings准则的计算结果与试验结果吻合较好，能较好地预测具有规则起伏角的非贯通节理剪切强度。

溪洛渡电站地下洞室群爆破地震效应的研究493-501

摘要：采用现场爆破振动测试研究复杂地下导流洞群爆破地震波传播规律，并利用萨道夫斯基经验公式对测试数据进行回归分析，测试结果表明水平向爆破质点峰值振动速度可以作为地下洞室的安全判据；应用FLAC如数值软件模拟爆破振动对相邻洞室的影响，得到爆破振动作用下相邻洞室振动速度、应力和位移的分布规律，并从静载作用和动载作用两方面分析评价相邻洞室的安全稳定性。计算结果表明：现场测试结果与计算结果吻合较好；采用振动速度作为安全判据是可行的；爆破振动作用下相邻洞室迎爆侧是容易出现破坏的区域，且随着冲击荷载增大，迎爆侧直墙最容易出现拉伸破坏。最后针对具体工程，根据相邻洞室洞壁最大拉应力与最大振动速度的统计关系，并结合岩石动态抗拉强度准则提出爆破振动作用下相邻洞室发生破坏的临界振动速度。

卸荷条件下裂隙岩体变形破坏及裂纹扩展演化的物理模型试验502-512

摘要：岩体工程开挖是一个卸荷过程，通过裂隙岩体物理模型试验，研究2种卸荷应力路径下裂隙岩体的强度、变形及破坏特征，并探讨裂隙的扩展演化过程和力学机制。卸荷条件下裂隙岩体的强度、变形破坏及裂隙扩展均受裂隙与卸荷方向夹角及裂隙间的组合关系影响；卸荷速率及初始应力场大小主要影响岩体卸荷强度及次生裂缝的数量，对裂隙扩展方式影响相对较少；卸荷条件下裂隙扩展是在卸荷差异回弹变形引起的拉应力和裂隙面剪切力增大而抗剪力减小的综合作用下的破坏，且各个应力对裂隙扩展的影响大小与裂隙的倾角密切相关。

地下洞室开挖松动圈评估方法研究513-519

摘要：采用数值方法分析地下洞室开挖后的岩体塑性开裂区，与实际情况差异较大：主要取决于选择的塑性流动判别准则，因此采用声波测试确定围岩松动圈，界定标准存在一定的模糊性和经验性，实际操作困难也较大。根据围岩松动的主要影响因素，结合实验研究成果，基于施工开挖的声波资料，在统计分析的基础上给出洞室松动圈判别的数学模型。根据监测资料，通过挖掘数据发展的潜在规律，运用监测位移时间和空间上的特性，提出主级松动、松动扩展百分比等新概念。该方法为洞室围岩整体性稳定和围岩松动评判拓展新的思路，并为地下厂房洞室的监测资料分析和开挖质量评估，提供有效方法，同时对其他类似工程也提供一定的借鉴作用。

岩石锚固界面剪切流变试验及模型研究520-527

摘要：大量的试验和工程实践表明：锚固系统的失效多是发生在岩土体和注浆体的锚固界面上。为此开展锚固系统界面力学特性的剪切流变试验，以研究注浆体与岩石交界面的受力机制以及锚杆锚固力在界面剪切流变过程中的变化特征。通过试验表明：在剪切面方向，随着时间的增长，同级剪应力荷载水平下剪切变形有所增加；当剪切应力水平较低时，试样剪切流变表现出初期和稳态流变，当剪切应力值超过某一界限时，剪切流变还表现出加速流变破坏阶段；随着流变时间的增加，锚杆轴向应变值有一定的增加，锚固力呈现缓慢回升的趋势；在此基础上，提出一种基于经验的非线性剪切流变模型，该模型特别考虑法向应力对剪切流变的影响，并将流变模型参数定义成剪应力水平的函数，从而能很好地描述剪切流变的初期、稳态和加速流变整个过程；为进一步验证锚固界面本构模型的正确性，采用此界面流变模型对试样3进行数值仿真的剪切流变试验51h，计算结果与试验数据非常接近，表明采用此模型是合理而有效的。

锦屏水电站绿砂岩三轴卸荷流变试验及非线性损伤蠕变本构模型研究528-534

摘要：以锦屏二级水电站引水隧洞绿砂岩为研究对象，采用恒轴压、逐级卸围压的应力路径开展室内流变试验，研究卸荷条件下的轴向及侧向变形特征。成果表明：侧向塑性变形的发展速率明显比轴向快，岩样破坏前在侧向反应要比轴向更为明显。在对流变试验数据进行深入分析基础上，从材料损伤的角度出发，认为岩石流变力学参数随着黏性应变的负指数形式逐步弱化，从而建立起岩石损伤演化方程及变参数非线性Burgers模型。基于Levenberg-Marquardt（LM）算法，以残差平方和为目标函数，对试验数据开展相应拟合，所获得的参数可较好反映蠕变曲线的非线性特征。经比较，计算曲线与试验点曲线比较接近，说明该流变本构模型能较好的反映出锦屏绿砂岩在卸荷条件下的衰减蠕变阶段和稳定流变特性。

加筋软岩粗粒土路堤填料大型三轴试验研究535-541

摘要：为研究加筋粗粒土填料的强度变形特性及加筋效果，进行加筋强风化软岩粗粒土固结不排水和固结排水大三轴试验。试验表明：加筋填料的应力-应变关系表现为应变硬化型；轴向应变较小（εa〈1％）时，加筋填料效果不明显，随着轴向应变的逐渐增大加筋效果逐渐发挥。加筋填料的孔隙水压力均高于素填料，随着加筋层数的增加均有不同程度的提高。加筋效果系数均〉1．0，一层加筋填料加筋效果系数为1．09～1．21，二层加筋填料加筋效果系数为1．30～1．71，三层加筋填料加筋效果系数为1.31～1．72。加筋前后填料的内摩擦角磋本不变，填料的黏聚力增大。加筋填料的本构关系可以用Duncan-Chang模型来描述，依据试验结果求得模型参数。

高应力下岩石非线性强度特性的试验验证542-548

摘要：深埋工程岩体开挖后围岩的强度特性表现出明显的非线性特征。基于室内岩石三轴加载及卸荷力学试验成果，对高应力下岩石的非线性强度特性予以验证，并开展高应力下应力路径对强度参数影响规律研究。采用已有的二次抛物线型、双曲线型、幂函数型等型式的包络线来研究强度特征的非线性，结果表明，幂函数型Mohr准则能够作为在高应力加载和卸荷应力路径下的岩石破坏的强度判据。在低围压下（〈10MPa），三轴卸围压破坏强度要小于常规三轴强度；而在高围压下，前者略高于后者。内摩擦角的正切值与等效法向应力的函数关系表明岩样的实际内摩擦角并不是一个不变值，具有幂函数关系的非线性特征，在低应力下卸载破坏内摩擦角要比常规三轴压缩剪切内摩擦角略大，在高应力下则相反；根据Mohr准则中内摩擦角与理论破裂角之间的关系，随着应力增加它们的破裂角均呈非线性衰减并趋向π／4。

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析549-557

摘要：厦门市梧村隧道为双向六车道隧道，隧道结构形式设计复杂，分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主，结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明：三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半，双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程；CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50％；核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37．5％；采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果；管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关；临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小；开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素，其中注浆对围岩的收敛位移影响更大；初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。

三维高阶DDA方法的静力分析研究558-564

摘要：借助于DDA方法以“体”为研究对象的潜在优势进行连续结构的静力分析，突破网格相容条件的限制，有利于简化前处理。同时，采用高阶位移模式，在将空间几何形体简单地划分为单个或数个体的条件下，能获取较高的求解精度。遵循以上思路，定义“连接面”、“连接点对”的概念，给出DDA块体在连续系统中所需满足的变形协调条件，推导三维高阶DDA方法的基本公式，包括弹性子矩阵、初应力荷载矩阵、点荷载矩阵、体荷载矩阵和固定点矩阵及相邻块体间的连接矩阵，最终建立三维连续结构的高阶DDA整体平衡方程。最后编程实现上述思路，采用有解析解的经典算例并结合一定网格密度的有限元解进行比对分析，结果表明DDA方法应用于连续结构静力计算的可行性与优越性。

汶川地震中道路边坡工程震害分析565-576

摘要：发生在山区的地震对边坡工程所造成的危害，在致灾机制和破坏形式方面具有鲜明的特征。结合汶川地震灾区道路边坡工程震害实例，分析路堑、路堤以及与桥隧相连的各类边坡及相应支挡结构的震害机制和破坏形式。锚索（杆）地梁或预应力锚索抗滑桩加固的边坡具有较好的抗震性能，其原因是这些结构已与坡体联接在一起而形成一个整体，在地震波作用下结构与坡体的位移和变形能够很好地协调一致。铺设土工格栅或施加加筋材料的路堤边坡工程具有较好的抗震性能，一般填筑路堤特别是高路堤，其抗震性能较差。根据沙土液化和软弱黏性土层震陷造成的震害实例，提出含水沙质地层路堤边坡应注意坡脚沙土液化造成的震害，应采取措施防止软弱黏性土层地基震陷造成路面破坏以及坡脚震陷造成的边坡失稳。山区隧道洞口边、仰坡的抗震设计应重视支挡结构的耐震性。建于坡体上的桥台、桥基和桥路过渡段的安全性与坡体稳定性直接相关，应切实加强这些结构所在边坡的抗震设计。对于依山傍水而建的顺河桥，相关边坡的失稳危害桥梁时，应对其采取抗震措施。目前公路、铁路工程抗震规范涉及边坡工程及支挡结构的内容极少，研究成果可为规范的修改和补充提供有益的参考。

采空区矿柱-顶板体系流变力学模型研究577-582

摘要：以采空区留矿柱采矿为背景，建立采空区矿柱-顶板体系流变力学模型，得出矿柱支撑下采空区顶板受流变作用位移控制方程，依此对采空区顶板破坏的不同阶段进行分析讨论。研究表明，考虑矿岩流变性的情况，采空区顶板岩层将随时间逐渐破坏直至坍塌。通过案例分析，所建立的考虑矿柱流变特性的采空区矿柱-顶板体系力学模型，可以对采空区稳定时间进行估计。

软岩地基悬索桥重力式锚碇齿坎效应的试验研究与数值分析593-602

摘要：基于刚体计算模型，首先从理论上探讨座落在软岩地基上的悬索桥齿坎重力式锚碇的齿坎效应工作机制，得出如下结论：锚碇结构重心位置决定齿坎抗滑效应产生的方式和效果。其次，以赣州赣江大桥作为工程为例，通过现场模型试验分析不同应力水平下，锚碇各级齿坎的应力分布情况，进而研究齿坎的抗滑效应，并检验齿坎效应的上述理论成果。最后，利用FLAC^3D对重力式锚碇的受力特性进行三维数值模拟，分别就有、无齿坎锚碇与软岩地基的共同作用情况，包括齿坎各接触面抗滑力分布情况进行计算分析，结果表明：齿坎的存在改变基底应力分布，减少锚碇的水平位移，大幅度地提高极限抗滑力，并最终改变锚碇破坏模式。研究表明，现场模型试验结果与数值计算分析结果是一致的。基于上述研究成果，讨论锚碇结构重心、齿坎高度、接触面以及地层参数等因素对锚碇结构齿坎效应的影响，并提出带齿坎的重力式锚碇结构的设计原则。