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岩石力学与工程学报 2011年第06期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志动态

本刊2011年第1～4期EI COMPENDEX分别收录22,27,24,24篇（100%收录）1088-1088

摘要：据＂EI中国＂公布的数据显示,本刊2011年第30卷第1期共22篇,第2期共27篇,第3期共24篇,第4期共24篇,EI COMPENDEX收录论文共97篇,收录率为100%。

深埋隧洞岩体开挖瞬态卸荷机制及等效数值模拟1089-1096

摘要：岩体爆破开挖过程中,开挖荷载瞬态卸荷伴随着爆破破岩的裂纹扩展、爆生气体逸出以及新自由面形成等过程而发生。针对深埋隧洞全断面钻爆开挖,确定分段微差爆破对应的分步开挖荷载,分析爆炸荷载耦合作用下的开挖荷载瞬态卸荷方式与持续时间,实现开挖荷载瞬态卸荷的荷载边界条件的数学描述。考虑到炮孔近区岩体因爆破破碎引起的介质连续性的改变及其所经历的复杂应力状态,根据炮孔周围岩体爆破破坏的空间分布特征,基于等效弹性作用边界的概念,提出群孔起爆条件下爆炸荷载与开挖荷载瞬态卸荷耦合作用的等效数值模拟方法。现场实测振动数据验证了计算结果的正确性。

深部岩体开挖方式对损伤区影响的试验研究1097-1106

摘要：深埋隧洞开挖过程中,钻爆法和TBM开挖所对应的不同围岩应力调整路径对开挖损伤区的形成有重要影响,但这一影响尚未引起足够的重视。依托锦屏二级水电站深埋隧洞群的开挖,通过损伤区原位检测试验对比分析2种不同开挖方式下围岩损伤区的特性及形成原因;作为现场试验的补充,在考虑锦屏大理岩基本力学特性和应力瞬态调整效应的基础上,采用数值方法比较应力瞬态和准静态调整所分别形成的开挖损伤区大小。试验结果表明,锦屏二级引水隧洞钻爆开挖的洞段,内损伤区（即严重损伤区）深度可以占到总损伤区深度的50%以上,岩体基本失去承载力。另外,此区域在断面上的分布特性受到开挖二次应力场的影响,表明伴随爆破过程发生的地应力瞬态卸载效应是内损伤区形成的直接原因之一;而TBM开挖洞段,内损伤区深度约占总损伤区深度的30%,该区域的形成可能更多地受到锦屏大理岩强度时间效应的影响,是表面应力松弛破坏逐渐发展的结果;考虑锦屏大理岩脆-延-塑性转换特性和应力瞬态调整效应后,可以利用数值计算方法较为客观地估计不同开挖应力路径下围岩开挖损伤区的范围。研究结论对深埋隧洞开挖方式选择及支护策略制定具有借鉴意义。

甘肃北山地区深部花岗岩的热开裂试验研究1107-1115

摘要：通过岛津SEM全数字液压高温疲劳试验系统,实时观察不同温度下北山花岗岩的热开裂过程,获得北山花岗岩的热开裂临界温度为68℃～88℃。在较低温度时,北山花岗岩热开裂以沿颗粒热开裂为主;在较高温度时,热开裂以穿颗粒热开裂及沿颗粒穿颗粒混合热开裂为主。热开裂不仅受到矿物颗粒的热膨胀性质不匹配及热膨胀各向异性的影响,还受到矿物颗粒的物理、力学、热学性质及矿物颗粒形状结构的影响。而花岗岩内流体包裹体也可能是影响北山花岗岩热开裂的一种重要因素,这是种新的影响机制。在微细观层次对热开裂模式进行分类,并由热开裂的分形模型定量解释沿颗粒和穿颗粒热开裂等发生的难易程度。当温度升高超过250℃时,北山花岗岩有可能存在热熔效应,这导致热开裂裂纹数有减少趋势,并且温度与其对应的热裂纹数量的统计关系符合Gauss曲线关系。

多轴应力对深埋硬岩破裂行为的影响研究1116-1125

摘要：针对深埋硬岩在多轴应力条件下的破坏特征,在笔者所在课题组工作的基础上,提出能够反映岩石在多轴应力作用下力学参数随塑性内变量的演化关系以及中间主应力和最小主应力对深埋硬岩脆延转换行为影响的岩体局部劣化模型（rock mass local deterioration model,RLDM）,该模型考虑真实岩体应力状态对岩体力学行为的控制作用,并嵌入到自行开发的三维弹塑性细胞自动机软件系统中,而基于局部作用原理的细胞自动机方法能够方便地考虑岩石破坏过程中局部力学参数的动态更新。实验室尺度岩样的破坏过程模拟,较好地反映了随着围压的升高,岩石由脆性向延性转化的试验现象;工程尺度的锦屏二级水电站引水隧洞破坏行为模拟,获得的隧洞破裂模式较好地反映现场实际破坏现象,从而验证模型和模拟方法的正确性和合理性。在此基础上,以深埋硬岩为研究对象,分别考虑不同侧压力系数、不同中间主应力大小和方向,分析多轴应力对深埋硬岩破裂行为的影响,解释造成深埋硬岩隧洞复杂破裂模式的原因。结果表明,最小主应力升高使深埋隧洞的稳定性增强;深埋隧洞围岩的稳定性具有中间主应力效应及其区间性的特征。

深埋硬岩隧洞岩爆倾向性指标RVI的建立及验证1126-1141

摘要：在总结国内外岩爆倾向性研究的主要成果和理论方法的基础上,针对性地提出适合于深埋隧洞工程的岩爆倾向性评估新方法的建立过程和基本构架。分析锦屏II级水电站深埋隧洞群中62例岩爆案例,揭示岩爆的特征和主要控制因素,在此基础上提出新的岩爆倾向性指标RVI及其建立方法,确定RVI中岩爆控制因素的选取原则。RVI由4个控制因子构成,即应力控制因子Fs、岩石物性因子Fr、岩体系统刚度因子Fm和地质构造因子Fg,4个控制因子分别反映不同岩爆控制因素对岩爆倾向性的贡献。研究发现,锦屏II级水电站深埋隧洞岩爆破坏深度与RVI存在显著的相关性,建立的经验关系式的确定系数可达到80%以上,该经验关系式可评估深埋隧洞工程的岩爆倾向性和破坏程度。锦屏II级水电站深埋隧洞典型岩爆实例分析验证RVI的适用性。

爆炸振动对塑性混凝土防渗墙的影响1142-1148

摘要：根据混凝土结构设计规范和混凝土材料力学特性的研究成果,在塑性混凝土室内力学特性实验的基础上提出适合塑性混凝土材料受压和受拉状态下的全应力-应变关系。同时结合损伤力学中的能量等效原理,分别定义塑性混凝土材料在受压和受拉状态下的损伤定义,分析损伤发展过程。在此基础上,以辽宁红沿河核电站取水口施工围堰的防渗墙爆破振动控制为背景,采用数值计算分析在爆炸振动作用下,防渗墙顶部质点振动速度与防渗墙损伤面积的关系,据此制定塑性混凝土材料的爆炸振动速度控制标准。分析结果表明,当周围爆炸作用在防渗墙顶部产生的振动速度小于3.0 cm/s时,不会对混凝土产生影响;当振动速度为3.0～7.5 cm/s时,塑性混凝土损伤面积随振动速度线性增长;当振动速度超过7.5 cm/s时,损伤开始加速上升,防渗墙开始产生结构和功能性的破坏。

深地下坑道衬砌结构抗局部冲击计算方法研究1149-1156

摘要：针对深部地下围岩衬砌结构的计算,假设激活的岩块为刚体,衬砌为钢筋混凝土结构,采用刚塑性不可压缩介质模型,用极限分析理论的上限方法,通过建立动力学许可速度场得到钢筋混凝土衬砌结构对岩块冲击的阻力分量。考虑纵向钢筋对震塌和贯穿的影响,根据阻抗曲线的特征,得到具有物理基础的钢筋混凝土结构的临界震塌与贯穿厚度近似计算公式。通过与经验公式的对比,验证该方法的可靠性和实用性。

爆炸荷载下缺陷岩体的动态响应1157-1167

摘要：根据试验结果建立在爆炸荷载下含缺陷岩体的接触爆破模型,所考虑的缺陷为孔洞、孔隙和微小的张开型节理等,并考虑2种情况,一是缺陷含有水,另一种是空缺陷。依据现有花岗岩的试验结果,通过拟合得到其冲击状态方程,并将其应用于炸药附近的花岗岩,而对于远离炸药的花岗岩,采用线性状态方程,并采用改进的主应力破坏准则来确定花岗岩的破坏状态。根据试验结果,将花岗岩的动态强度设计成随应变率变化的变量。模拟结果表明,在爆破荷载下,当缺陷内含有水时,岩体的动态强度降低;缺陷密度越大,其岩体的破坏范围越小;巷道附近的爆破会在巷道自由表面处产生层裂裂纹,结合巷道挖掘过程中产生的径向裂纹,巷道的围岩会被切割成很多块体而发生剥落,进而可能导致岩爆。

大规模开采矿山地震视应力和变形与区域性危险地震预测1168-1178

摘要：大规模开采的矿山存在复杂的诱导地震活动,在高应力硬岩条件下具有产生区域性危险地震和岩爆灾害的可能性,震源的地震视应力和变形参数是地震机制和地震活动性预测研究的重要参数,对此开展研究具有重要意义。针对冬瓜山铜矿深井开采诱导地震活动,对地震视应力和位移在矿区开采过程中的时空特征开展研究,发现地震活动具有区域性分布特征,其时空分布与开采活动及矿区矿柱分布具有较强的对应关系。以此为依据,结合矿区地质构造和地应力状态,研究该矿区区域性地震机制,指出可以利用天然地震复杂震源的凹凸体理论来解释该矿区区域性地震成核机制,从而提出该矿区区域性危险性地震成核概念模型,并针对该矿地震活动的特征讨论识别成核区的方法。针对该矿区域性岩体破坏实例,分析地震视应力和变形参数时间序列特征,讨论潜在区域性地震成核区的地震活动危险性和岩体破坏性态的评价与预测。研究结果在工程实践中得到实际应用。

三维动静组合加载下岩石力学特性试验初探1179-1190

摘要：基于对深部岩石承受高地应力并在动力开挖扰动下发生破坏这一问题的科学认识,利用改造的三维霍普金森动静组合加载试验装置,开展三维动静组合加载下砂岩力学特性试验的初步研究。选取3个围压水平（0,5,和10 MPa）和3个典型轴压水平（60,80和100 MPa）,开展不同应变率下的三维组合加载试验。研究结果表明,当围压一定,轴压比在0.52～0.87范围内变化时,砂岩的抗压强度都会随着轴压的增大而逐步减小。当轴压一定,围压为5 MPa时砂岩的抗压强度跟无围压情况下差别不大。但是当围压增大到10 MPa,砂岩的抗压强度会有较大提高。本文的研究结果也证明了冲击过程中轴压对砂岩内部的裂纹起催生作用,弱化微元体的承载能力,导致割线模量降低;围压则可以抑制裂纹的萌生和扩展,强化了微元体的承载能力,使得割线模量会增加。研究结果还表明,在本文轴压比范围内,当围压一定时,砂岩单位体积释放能会随着轴压的增大而降低,当常规静载轴压比为0.6～0.7时,转化为吸能状态。在三维动静组合加载下,砂岩会呈现出＂单锥＂压剪破裂形式。

地下厂房围岩松动圈声波拟合及监测反馈分析1191-1197

摘要：在对锦屏一级水电站和溪洛渡水电站地下厂房围岩大量声波波速-深度曲线及其曲线拟合的基础上,将声波波速-深度曲线分成5类;利用经典的波速-弹性模量关系式将地下厂房围岩深度与弹性模量联系起来,对开挖后的洞壁岩体松弛现象和弹性模量下降的规律进行评价,提出洞周松动圈深度拟合公式。将提出的松动圈拟合公式应用于地下厂房围岩监测反馈分析和超前预报,分析成果比传统弹塑性理论更符合围岩实际变形规律。研究结果为围岩变形稳定分析和开挖反馈分析提供理论基础。

单轴压缩下含预制孔洞板状花岗岩试样力学响应的试验和数值研究1198-1206

摘要：利用挪威Iddefjord花岗岩试样加工制备含双侧预制方形孔洞的板状试样,并在Instron液压伺服控制试验机上开展单轴压缩试验,监测试样的应力、应变、声发射信号特征及试样破坏过程。研究发现,随着轴向应力的增大,试样在平行于孔洞竖直方向的位置相继出现劈裂裂纹并逐渐贯通,孔洞周边岩体出现块体弹射、片帮等应变型岩爆特征。试验研究表明,含孔洞花岗岩试样在单轴压缩下总是从孔洞周边的劈裂破坏开始,试样的声发射曲线比完整岩样存在更多的跳跃突变点。在此基础上,利用FLAC3D对室内试验进行数值模拟,通过线弹性模型分析含孔洞岩石材料的应力分布特性,通过应变软化莫尔-库仑准则模拟岩样的破坏过程,监测各计算时步下单元拉伸和剪切破坏特性;发现单轴压缩下含孔洞岩样的塑形破坏单元以拉伸破坏为主,拉伸破坏单元沿孔洞竖向边界贯通形成劈裂破坏面,这和室内试验观测结果是一致的。研究结果在一定程度上揭示了深部硬岩洞室开挖后,在高地应力作用下总是产生平行于洞室开挖边界面的板裂、片帮破坏现象。

裂隙岩体的一体两介质模型抗剪性能研究1207-1215

摘要：裂隙薄弱层与岩石接触面的抗剪强度是影响裂隙岩体稳定的重要参量。采用一体两介质力学模型研究裂隙岩体接触面的力学性能。按照著名的Barton试验所采用的粗糙界面,以砂浆和混凝土构造5种JRC曲线的接触面,并采用自创的双指标描述系统——考虑粗糙度的改进分维值指标Rd和考虑起伏度的形状因子λ对接触面形貌进行定量描述。Rd-λ描述系统的优点在于：不仅能描述粗糙程度,还能解释同一粗糙界面上当受力方向不同时,其界面抗剪力学性能显著不同的事实。通过直剪试验,分析岩体接触面的破坏状态及剪切应力-剪切位移曲线,确定影响抗剪强度的主要因素为接触面粗糙起伏形貌、法向力、界面材料的黏结强度等,并借助试验结果,拟合得到考虑上述影响因素,以Rd-λ描述系统表达的剪切强度公式。将提出的剪切强度公式与其他试验获得的剪切试验结果做对比分析,证实该剪切强度公式的正确性。

全国岩石动力学专题研讨会在西安召开1215-1215

摘要：由中国岩石力学与工程学会岩石动力学专业委员会主办,西北核技术研究所承办的全国岩石动力学专题研讨会于2011年5月27～30日在陕西省西安市唐华宾馆举行,中国科学院孙钧院士、中国工程院林俊德院士及来自全国各大专院校与科研院所的48名专家、学者参加了本次会议。

大采高多断层工作面综放诱发地表沉陷观测及数值分析1216-1224

摘要：从现场监测出发,分析近年来的监测数据,获得王庄矿大采高工作面在高强度综放开采条件下的地表沉陷规律,通过打孔观察冒落带、裂隙带的分布规律,得到最大下沉高度。然后基于不连续变形数值分析方法建立地表沉陷模型,模拟和分析多条断层对工作面综放开采的影响规律,并获得最大下沉高度。模拟最大沉陷值约为4.5 m,要小于实测值4.9 m,可能的原因是数值模型中只考虑该区4条较大的断层,而实际该区还有很多小的断层和小构造,并且实际地质情况远远比数值模型要复杂。最后比较相似条件下有无断层的地表沉陷规律,获得有无断层影响下的覆岩破断规律及移动规律,并比较两者的异同。

基于模糊数学的TBM施工岩体质量分级研究1225-1229

摘要：根据隧道掘进机（TBM）施工进度将围岩分为施工条件好、施工条件较好、施工条件较差和施工条件差4个等级。利用模糊数学方法,采用岩石单轴抗压强度UCS和岩体完整性指标KV,分别建立UCS和KV关于TBM施工岩体质量4级分级的隶属度函数。采用单极性S形函数,分别构建UCS和KV的权重函数。这样,基于模糊数学的最大隶属度准则,就可以对TBM施工的岩体质量进行分级。同时,给出3个施工实例,演算表明,预测的结果与TBM施工实际相吻合,表明该分级方法简单而实用,具有很好的应用前景。

岩石材料微裂隙演化的CT识别1230-1238

摘要：采用砂浆来模拟岩石材料以研究其裂隙的演化规律。借助CT扫描获得单轴压缩破坏过程中岩石材料内部的密度分布信息和统计特征,利用同位置点的密度变化来识别微裂隙的活动,通过统计密度变化特征和分形指标Rd描述研究微裂隙的演化行为。研究结果表明：（1）CT图像灰度频数统计变化曲线的幅值和形状变化反映了微裂隙的不同演化效应：荷载水平0%～50%时,曲线波峰顶点上移,而频数变化幅值显著增大,曲线呈规则正弦状;50%～70%时,曲线波峰顶点下移,频数变化幅值降低,曲线形状偏离正弦状;70%～90%时,曲线形状、波峰顶点位置和频数变化幅值基本不变,只有少数灰度区间发生频数变化;90%以后,曲线波峰顶点位置发生非常大的上移,曲线回归正弦状。而波谷顶点的位置移动则相反。这种现象体现了整个压缩损伤过程中微裂隙的主导演化作用由加载前期萌生效应转化为中期压缩闭合效应,再转化为后期的扩展、汇集效应。（2）通过对CT图像灰度进行变换及分形指标Rd描述后发现,Rd随应力增加呈先增加→减小→再增加的三段式增长。这与压缩过程中微裂隙的产生效应与闭合效应的相互影响、转化行为有关;加载前期微裂隙的萌生效应活跃,Rd增大;中期萌生效应趋缓,扩展、汇集效应缓慢发展,此时由闭合效应主导,Rd缓慢减小;后期微裂隙的扩展、汇集效应显著增强,Rd急剧增长。（3）提出的微裂隙体积率分形指标Rd描述能较好地刻画压缩破坏过程中微裂隙演化行为。