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岩石力学与工程学报 2010年第09期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志陈宗基讲座

岩体工程结构的稳定性1729-1753

摘要：首先讲述岩体结构与稳定的意义,其次叙述结构的稳定及求取极限荷载的方法,进而论述岩土稳定的基本问题、岩土材料本构关系及结构的正定问题。结合岩土结构稳定的有限元方法、非线性稳定分析的能量判据、有限元分析多余力加固方法以及结构稳定势能原理等,认为对复杂结构至今缺乏理论解及数值方面的精确解。给出结构的极限荷载求法,并区别结构失稳和材料失稳的不同;应用有限元法求解结构的极限荷载时,指出一般结构的极限荷载可以求得＂上下限＂的解析算法,但是对于复杂结构,特别是高拱坝结构,对其求得极限荷载则有待于采用非线性有限元法进一步求解。据此,着重介绍有限元求解结构稳定的方法,阐述结构稳定的能量原理;结合水利高坝工程,将这些理论与实际工程相结合,表明其工程应用的合理性。综述地质力学模型试验结果,并将试验超载极限稳定系数和计算结果加以对比分析,使之在实际工程中得到验证,并将其引入相关设计规范。研究结果表明,经使用上述方法进行工程计算并结合试验论证,中国高坝工程的安全稳定已得到初步验证。

岩石力学与工程学报杂志学术论文

岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则1754-1759

摘要：对于岩质高边坡而言,其潜在滑动面上力学参数的合理性、边坡开挖后需要的整体加固力以及计算的边坡安全系数与实际边坡安全储备的接近程度将直接影响岩质高边坡工程的安全性与经济性。从现有的确定边坡潜在滑动面力学参数的反演分析方法入手,指出其存在的局限性,提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则;在此基础上,根据开挖岩体的总压力充其量是诱发边坡失稳的全部不利荷载的思路,提出边坡最大主动加固力准则。将潘家铮的上、下限原理应用于边坡的数值分析与稳定性评价,提出数值法进行稳定性分析评价的安全系数上、下限准则,并将其在工程评价中进行验证与推论。该研究可为工程设计人员进行有效经济地选择岩质高边坡加固方案提供宏观判据与基本原则。

基于强度折减安全系数的边坡岩土侧压力计算方法探讨1760-1766

摘要：对边坡岩土侧压力计算方法进行讨论,指出《建筑边坡工程技术规范》（GB50330–2002）中边坡岩土侧压力计算方法没有与边坡稳定安全系数建立直接联系。传递系数法中的滑坡推力计算安全系数并不是支挡后边坡要达到的稳定安全系数。提出基于强度折减安全系数的岩土侧压力计算新方法,计算时将滑面强度除以一个折减系数,然后再根据力的平衡关系直接计算支挡结构承担的相应荷载。按照此方法,支挡后边坡的稳定安全系数就正好等于侧向岩土压力计算时的强度折减系数。由此得出的岩土侧压力计算安全系数就是指边坡治理后要达到的稳定系数,算例表明该方法的可行性。

考虑衬砌和隔热层的寒区隧道温度场解析解1767-1773

摘要：将隧道非齐次的瞬态传热分解为周期函数边界下的瞬态传热和恒温边界下的稳态传热,利用分离变量与Laplace变换相结合的方法,求解有保温隔热层的寒区隧道瞬态温度场的显式解析解。根据能量守恒,建立隧道洞内气体的气–固耦合传热模型,并获得洞内气体年平均温度和温度振幅的显式解析解。衬砌温度影响因素分析表明,随着隧道埋深和年平均气温的增加,二衬内、外两侧的温度呈线性增加,当年平均气温低于0℃,季冻区隧道埋深小于80m时,5cm厚隔热层很难单独满足防寒需求,应与主动供暖措施联合;随着隔热层厚度的增加,二衬的温度呈增长趋势,但增长速率却逐渐减小;当隔热层厚度超过5cm时,通过增加隔热层厚度来提高衬砌温度要考虑其经济性。依据隧址区的气候及地形条件,采用工程类比和解析解相结合的方法分段计算隔热层厚度。与实测值对比结果表明,理论解满足工程精度要求。

孔隙率的应力-剪胀依存性对CO_2地层注入热-气-应力耦合影响的数值分析1774-1781

摘要：在所建立的热–气–应力耦合弹塑性模型中,引入已有的经验关系式,将岩体的孔隙率和渗透性作为平均有效应力和剪胀体积应变的函数,并编制相应的二维有限元计算程序。以一个假定的由注入层和冠石层组成的地质结构为考察对象,就岩体不同孔隙率和渗透系数的3种工况,在CO2注入过程中,对岩体中的热–气–应力耦合现象进行数值模拟。计算结果表明：在相同的注入速率和时间内,3种工况所对应地层的孔隙率、孔隙气体压力、岩体位移、应力状态和受拉、剪切破坏范围均有明显不同。因此,将岩体的孔隙率和渗透性作为应力的函数、特别是计入剪胀体积应变的影响,应该更为接近实际情况。

准脆性材料的破坏概率与强度尺寸效应1782-1789

摘要：基于最弱链模型和缺陷的Poisson分布假设,综合体积和材质因素,建立准脆性材料破坏概率和强度尺寸效应的统计模型和一般表达式。由此可知物体的破坏概率随体积单调增加,强度随体积单调减小,在通常有限的尺度范围内,当体积很大时,强度变化很小可视作常值;无缺陷材料则没有尺寸效应。通过分别采用Weibull分布和对数正态分布,得到材料破坏概率和强度尺寸效应的具体形式并进行对比分析,最后利用典型岩石强度试验结果验证其适用性。分析结果发现,这2种分布都能描述材料的尺寸效应,而且体积相同时Weibull分布给出的强度值较低。当试样体积与参考体积接近时,2种分布给出的强度结果差别很小,而对数正态分布在整个体积范围都能给出更接近工程实际的强度值。在准脆性材料强度尺寸效应的统计途径研究中,采用对数正态分布可作为Weibull尺寸效应理论的简单改进。

爆破地震波在结构面的传播特性与结构面倾角判断1790-1798

摘要：地震波斜入射结构面时,会产生2种不同类型的透射波,引起波场极性变化。采用弹簧模型描述非充填型结构面,运用弹簧模型讨论爆破地震波在结构面的传播特性。研究结果表明,爆破地震波在结构面处的波形转换系数以及P,SV波峰值比和偏振角的变化规律均能有效反映结构面刚度和入射角变化。结合现场试验方案,提出计算P,SV波峰值比和偏振角的方法,建立偏振角与入射角和结构面透射系数的关系;由现场试验数据得到空间各测点的P,SV波峰值比和偏振角的变化规律,进而确定结构面倾角。现场试验结果表明,根据各测点的P,SV波峰值比和偏振角变化规律可以准确确定结构面倾角。

无厚度三节点节理单元在裂纹扩展模拟中的应用1799-1806

摘要：节理厚度在实际工程中很难用常量描述,为便于描述节理的力学行为,在原三节点节理单元的基础上构造无厚度三节点节理单元,并推导出相应的刚度矩阵。由于三节点节理单元与原三角形单元共享节点,因而它在模拟裂纹扩展过程中无需对网格进行重新划分;另外,在网格剖分时,也无需考虑裂纹体的几何完整性,可直接对结构进行三角网格剖分。因此,该方法可为裂纹的模拟提供极大的便利,并显著提高计算效率。相应的大理石模拟试验表明,该方法在岩石裂纹扩展的模拟中是有效可行的。

不同卸围压速率下深埋大理岩卸荷力学特性试验研究1807-1817

摘要：为了更准确认识卸荷速率对岩石力学性质的影响规律,进行不同卸荷速率的三轴卸围压试验,试验采用新的试验路径和加载方式,减少试验过程对试验结果的不利影响。针对锦屏二级水电站深埋大理岩,通过新提出的描述变量（应变围压柔量）重点分析卸围压速率在0.01～1.0MPa/s范围内围压卸荷对变形规律的影响,研究扩容过程的演化规律和强度特征的差异。研究结果表明,大理岩的轴向变形和扩容过程受卸围压速率的影响较为显著,影响规律主要由初始围压水平控制。卸围压试验扩容过程与常规三轴压缩试验峰前阶段的扩容演化规律存在显著差异。不同卸围压速率破坏时获得的极限承载强度均高于加载速率为0.5MPa/s时常规三轴压缩的峰值强度。随着卸围压速率的增大,极限承载强度不断提高,达到1.0MPa/s速率时极限承载强度可提高10%～15%。

矿山地震活动多重分形特性与地震活动性预测1818-1824

摘要：矿山地震活动可直接揭示矿山岩体活动状态和危险性水平。利用冬瓜山铜矿矿山地震监测数据,采用广义关联积分计算地震震源空间分布的分形维,利用Gutenberg-Richter关系中的b值与地震事件能量分形维关系计算地震能量分形维,并结合开采活动及矿山结构特征,研究矿山地震活动的分形结构特性和时域谱特征。研究结果表明,矿山地震活动具有多重分形特性,它与开采活动及矿山结构特点之间存在相关性;只有当计算空间区域的地震分形结构较均匀时,其分形维才能有效应用于地震活动性预测。这些空间通常对应于采掘类型少和结构单一的空间区域。地震空间分布分形维D∞反映了矿山地震活动状态,其时域谱具有较好的主震前兆特征,可以作为地震预测的参数;D2-D∞时域谱的地震前兆性较差,较难预测主震。

地震作用下顺层岩质边坡动力响应的试验研究1825-1832

摘要：基于相似理论建立顺层岩质边坡力学模型,并介绍爆炸模型试验的设计思路及试验方法。以导爆索为爆源,通过水下爆炸模型试验,研究近场地震作用下原型边坡的变形破坏模式以及支护结构对边坡稳定性的影响。试验结果表明,顺层岩质边坡的在近场地震作用下的破坏主要表现方式为节理岩体间的层间滑动,破坏模式为应力波导致的滑移–拉裂破坏;重力式挡墙的压应力峰值分布随着墙高的变化呈现先增大后减小的钟形分布;结合汶川地震现场考察及试验结果发现,支护结构对边坡稳定性起着重要作用。

液化判别应力折减系数分布特征研究1833-1839

摘要：基于FLAC3D软件对饱和砂土离心机振动台模型试验进行数值标定,以获取合理的分析模型,然后采用数值模拟分析不同地震波和简谐波下模型地基内部应力折减系数rd的分布规律。研究表明,已有经验公式能较好地描述土体未液化时应力折减系数的分布形式,但土体液化后土层剪应力分布与经验公式预测值存在显著差别。地震动作用的作用时间对折减系数也有较大影响,其中,孔隙水压力增长水平和土体软化程度是重要影响因素。而地震动频率对rd的影响则主要与场地卓越频率相关,地震动频率越接近场地卓越频率,rd沿土层深度的变化越剧烈。因此,液化评价中采用Seed-Idriss简化公式估算CSR时,需要综合考虑地震动特征和场地条件对rd分布的影响。

基于多重属性区间数决策模型的边坡整体稳定性分析1840-1849

摘要：为了研究边坡的整体稳定性状况,通过构建多重属性区间数决策模型以实现边坡整体稳定性分析。依据官家边坡实际地质条件和工程剖面情况,建立影响因素集与研究对象集,采用多重属性区间数决策模型进行其整体稳定性分析和反馈其所处的安全稳定状态,并引用边坡宏观破坏迹象予以对比验证。研究结果表明：经模型求解确定表征边坡整体稳定性变化情况的稳定系数区间为[0.927,1.032],其发生滑动失稳破坏的概率可达70%;边坡整体稳定性差、安全程度低,处于不稳定的危险状态,具有变形进一步增大和滑动失稳的趋势,迹象较为明显。目前的活动状态下边坡发生失稳破坏的可能性大,为维持其安全、稳定和可靠,需进行综合治理。由此可见,该决策模型可为边坡灾害状态反馈和防治对策提供可行的技术平台,具有积极的指导意义。

汶川Ms8.0地震四川及邻区数字强震台网记录1850-1858

摘要：2008年5月12日汶川Ms8.0特大地震是龙门山构造带逆冲–右旋错动的结果,四川数字强震台网共获取133组三分向加速度记录,结合陕西、甘肃部分台站观测结果,根据原始记录绘制的加速度峰值等值线呈长轴为NE方向的不规则椭圆形,与地震影响烈度分布具有较好的一致性。进一步分析发现,该次地震的加速度记录具有比较明显的方向性效应和断层上盘效应,即沿破裂传播的NE方向加速度峰值衰减显著慢于SW方向;而处于断层NW上盘的地震动峰值衰减明显慢于SE下盘,出现系统性偏高现象,且在发震断裂的映秀—北川段更为显著,与震源破裂的方式和过程具相关性。另一个现象是近发震断裂的竖向（UD）与水平向（H）地震动峰值的比值明显高于远场,在近断层附近比值在1.0左右,与现行的《建筑抗震设计规范》（GB50011–2001）规定的比值2/3存在较大差异。随断层距的增加,加速度反应谱峰值逐渐移向长周期,当断层距大于200km时更为显著,但在近断层100km时存在速度大脉冲现象。

长焰煤热解过程中孔隙结构演化特征研究1859-1866

摘要：随着煤热解温度的升高,煤孔隙结构和数量发生剧烈变化。为研究其变化规律,以长焰煤为研究对象,应用压汞法分别对300℃～600℃常规热解和600℃高温蒸气热解固体产物的孔隙结构参数进行测定和分析,计算不同热解温度下的孔隙分形维数,详细比较2种不同的热解方式下固体产物的孔隙特性。研究结果表明：（1）常规热解条件下,总孔隙体积和孔隙率随温度的演化表现为：黑岱沟煤先减小后增大,温度高于500℃后增长的速率较大,而子长煤先增大后减小再增大,增长速率最大的区段是300℃～400℃;比表面积随温度的演化表现为：黑岱沟煤一直增加,而子长煤持续减小。（2）常规热解条件下,长焰煤孔隙体积分布以中孔和大孔为主,温度超过300℃时,大孔占绝大多数;而比表面积的分布以微孔和过渡孔为主。（3）高温蒸气热解条件下,长焰煤热解固态产物的孔隙体积分布以中孔和大孔为主,大孔占主导地位,子长煤表现更为明显,大孔比例达99.91%;孔隙比表面积分布表现为：黑岱沟煤以微孔和过渡孔为主,而子长煤以大孔为主。（4）高温蒸气热解固体产物表现出更为优良的渗透性能,与注入惰性气体相比,注入高温蒸气是煤层原位热解工艺实施的最佳方法。在煤层原位热解工艺实施过程中,该研究可为煤体孔隙结构随温度变化问题提供科学依据和理论指导。

岩石力学与工程学报杂志土工基础

层状地基中盾构隧道开挖非均匀收敛引起临近管道变形预测1867-1876

摘要：采用弹性层状地基模型来考虑地基土体的非均质性,并针对隧道开挖边界引入椭圆化非等量径向土体位移模式;采用基于位移控制技术的边界单元方法来求解土体自由位移场,提出层状地基中盾构隧道开挖非均匀收敛引起临近管道变形影响的位移控制分析方法。结合位移控制有限元数值模拟和既有离心模型试验结果进行对比分析,验证该方法的有效性。算例分析结果表明,土体自由位移场计算对管道纵向变形性能的评估具有较大影响;对于非均质层状地基,如果采用以往的将不同土体参数近似折算成平均值,进而按照弹性均质地基进行求解会带来较大的计算误差。研究成果可为合理制定城市地铁隧道施工对周围环境影响的保护措施提供一定理论依据。

青藏高原东北部黄土区灌木植物根系护坡效应的数值模拟1877-1884

摘要：为研究青藏高原东北部黄土地区灌木植物根系与边坡稳定性之间的关系,以试验区西宁盆地及其周边黄土边坡为例,选取适合于研究区生长的柠条锦鸡儿、四翅滨藜、霸王及白刺4种灌木进行坡面种植,并对其根–土复合体进行力学强度试验,且采用二维有限元法模拟试验区生长期为2a的4种灌木植物根系对边坡稳定性的增强作用。试验和模拟结果表明：试验区种植4种灌木植物的坡体,其水平方向和垂直方向的位移显著小于素土边坡,相比较而言,种植4种灌木植物的坡体所发生的水平和垂直最大位移量相对由小至大的顺序依次为柠条锦鸡儿、四翅滨藜、霸王及白刺;4种灌木植物其侧根和主根在土体中分别起到加筋和锚固作用,这种根–土相互作用增加了坡体的黏聚力和抗剪强度,从而使试验区边坡应力集中范围缩小,塑性破坏区面积减小。试验区边坡安全系数计算结果表明,与素土边坡相比,试验区四翅滨藜、柠条锦鸡儿、霸王、白刺根–土复合体边坡相对稳定安全系数依次增强80.5%,48.7%,22.1%和8.0%。由此说明试验区4种灌木植物其护坡贡献大小依次为柠条锦鸡儿、四翅滨藜、霸王及白刺。研究成果可作为青藏高原东北部黄土区采用优势护坡灌木植物,防治坡面浅层滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生的理想依据之一。

宏细观结合的砂土各向异性破坏准则1885-1892

摘要：采用宏细观结合的方法,建立一个砂土的各向异性破坏准则。该方法将细观定义的组构张量和加载应力张量结合形成一个组合张量,用组合张量的2个不变量定义一个新的各向异性状态变量,将该状态变量引入到宏观方程中可建立各向异性破坏准则。考虑组构和应力状态的关系,建立的各向异性强度准则可以描述主应力轴旋转和固定时,细观各向异性参量对砂土破坏强度的影响,而且该准则的参数有清晰的物理意义。采用多组试验数据进行验证,结果表明,在整个三维条件下,该准则能较好地反映细观参量对砂土的各向异性强度和峰值内摩擦角的影响,初步验证该方法描述各向异性的合理性和有效性。