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岩石力学与工程学报 2012年第07期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志陈宗基讲座

岩土数值极限分析方法的发展与应用1297-1316

摘要：固体材料受力后从弹性发展到塑性、再发展到破坏,表明屈服与破坏是不同的。本文简述了岩土材料的屈服准则,并提出岩土材料的屈服准则体系,提出材料应力场中点破坏和整体面破坏2种概念及其定义,并用传统极限分析方法定义材料的整体面破坏准则。回顾分析传统极限分析方法的求解特点,由此指出传统极限分析法与数值分析法的不足,两者结合形成近年发展的数值极限分析方法,使极限分析方法的适用范围大幅扩大。就传统极限分析法与数值极限法的内涵、特点做深入的分析,论证了方法的可靠性,同时指出数值极限分析法的优越性及其存在的问题,最后举例说明数值极限分析方法在岩土工程中的边（滑）坡、地基以及隧道工程中的广泛适用性。

岩石力学与工程学报杂志学术论文

渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究1317-1324

摘要：在探讨渗透水压和远场应力共同作用下张开型裂纹的启裂规律及裂纹尖端应力强度因子的演化规律的基础上,建立压剪应力场和渗流场共同作用下含预置裂纹类岩石材料的损伤断裂力学模型和裂纹尖端应力强度因子演化方程,提出运用裂纹尖端应力强度因子作为判断压剪岩石裂纹的启裂准则。研究结果表明：张开型裂纹尖端应力强度因子受围压、渗透水压力、裂纹尖端曲率半径以及裂纹倾角等因素的影响;裂纹启裂角随预制裂纹角度的变化不大,其值约为70.5°;裂纹启裂强度与渗透水压力、裂纹长度、裂纹尖端曲率半径成反比,与围压的大小成正比,此外还与裂纹倾角有关。算例验证表明,运用不同的断裂判断准则均可得出岩石裂纹初裂强度随渗透水压力的增大而呈减小的趋势。且进一步的试验也验证了启裂强度与渗透水压成反比而与围压成正比;当裂隙角度为30°时裂纹启裂强度最大,60°次之,45°最小。提高渗透水压可显著降低张开型裂纹的启裂强度,这一结果可为深部高应力岩体诱导破裂提供新的思路。

城市环境下TBM施工对围岩稳定性影响的监测分析及支护参数优化1325-1333

摘要：重庆市轨道交通六号线一期五里店站—山羊沟水库节点工程是TBM首次应用于城市轨道交通的试验段工程,为研究施工期间隧道围岩的稳定情况,进行大量的现场监控量测。基于现场监测数据,研究拱顶沉降、围岩深部位移、锚杆轴力、钢拱架内力及围岩接触应力的分布特性及变化规律,并通过数值模拟进行支护参数优化,为隧道后续施工及设计方案优化提供依据,也可为TBM在类似城市环境中的应用提供参考。

金川矿山深部采掘条件下岩石力学研究与实践1334-1341

摘要：金川矿山经过几十年开采,开采深度已达1 000 m,复杂的工程地质条件、高地应力以及高渗透压导致深部开采工程的稳定性问题愈加突出。对金川二矿区深部850～1 000 m水平进行大量的现场地质调查研究,测试深部典型岩石的物理力学参数、膨胀与软化特性,研究岩石力学性质和地应力随埋深的变化规律。采用岩体地质力学（RMR）分类法和岩体质量（Q值）分类法,绘制二矿区深部各分段水平的岩体质量分区图。在深入调查金川矿区深部巷道变形和破坏特征的基础上,对高地应力、高渗透压下深部巷道开挖支护稳定性进行研究,结果表明,U型钢和锚杆联合支护效果最佳。全面总结金川矿区深部巷道支护经验,对巷道掘进和支护技术提出几点新的想法。研究不同开采方式对金川矿区深部充填体和围岩稳定性的影响,优化矿体回采方式,建议采用＂隔三采一＂布置回采进路,有助于控制围岩的变形,减弱上部充填体的下沉。

水作用下砂岩断裂力学效应试验研究1342-1348

摘要：消落带是库岸边坡稳定的敏感地带,在库水位反复升降作用下,岩石的断裂韧度变化规律对库岸边坡的稳定性十分关键。以三峡库区典型库岸边坡砂岩为研究对象,针对库岸边坡消落带的实际赋存环境,设计长期浸泡和浸泡–风干循环作用2种试验方案。试验结果表明：（1）长期浸泡和浸泡–风干循环作用下砂岩试样有明显＂变软＂的趋势,其断裂韧度、抗拉强度和抗压强度劣化趋势基本一致,劣化幅度在试验初期较为明显,后期逐渐趋于平缓;（2）各力学参数劣化的幅度差别较大,其中,断裂韧度劣化最快,抗拉强度次之,抗压强度劣化相对较慢;（3）比较而言,在浸泡–风干循环作用下,砂岩的各力学参数劣化趋势更加明显,说明在模拟库岸边坡消落带水–岩作用时,浸泡–风干循环作用是不可忽略的因素。研究成果对大量存在的库岸边坡稳定性分析具有重要参考价值,同时,相关试验方法也可以为类似试验提供参考。

基于定量地震学的矿山微震活动对开采速率的响应特性研究1349-1354

摘要：矿山地震活动是矿山开采的岩体动力响应,反映矿山岩体应力、变形和破坏状态。利用冬瓜山铜矿微震监测数据,基于定量地震学原理,采用累积视体积ΣVA、能量指数EI和累积开挖量ΣVm时程曲线分析方法,研究矿山开采速率与微震变形之间的关系;并从能量的储存与释放的角度,结合视体积VA和弹性收敛体积VE,提出将累积地震视体积ΣVA与累积开采量ΣVm之比作为微震活动对开采速率的响应系数（CSR）,以表征岩体中能量的储存与释放关系。研究结果表明,矿山开采量对ΣVA和EI时程曲线特性有明显的影响,矿山开采速率与微震应变率存在对应关系,CSR的变化反映了系统的稳定变化趋势,可以方便地应用于矿山活动的监测分析和作为矿山生产速率控制的指导参数。

高应力岩石围压卸载后动力扰动的临界破坏特性1355-1362

摘要：利用改造的动静组合分离式霍普金森压杆（SHPB）加载装置,系统研究砂岩历经三维加载–围压卸载–轴向冲击的临界破坏特性。试验结果表明：砂岩受外界冲击时的临界破坏特性受轴向静压影响明显,冲击强度随着轴向静压的增加出现先增加后减小的趋势;当无轴压和轴向静压为单轴抗压强度的20%时,应力–应变曲线为典型的Ⅰ型曲线;随着轴向静压的增大,应力–应变曲线逐渐转变为Ⅱ型曲线。试样破坏过程中能量变化逐渐由吸收扰动能量转变为释放弹性储能,该现象可以较好地反映岩爆发生过程中高静应力和动力扰动的相互作用机制,为深部岩爆机制的深入研究提供试验支持。另外,利用数字散斑相关计算方法对试样应力加载过程进行表面位移场监测;结果表明,常规冲击加载下,试样表现出为整体膨胀特性,当轴向静压为72 MPa时,则表现为入射端张剪性破坏和膨胀性破坏的共同作用,反映出轴向静载对试样动态破裂面断裂方式的影响。

动静组合载荷破岩声发射能量与破岩效果试验研究1363-1368

摘要：在动静组合载荷多功能试验装置上,以脆性岩石（花岗岩）为研究对象,进行不同载荷作用下的破碎试验。运用声发射系统AEwin采集岩石破碎过程中的声发射数据。基于不同加载模式下的声发射总能量和破碎体积的实测数据,分析两者之间的关系;采用破岩体积和破岩比能2个指标作为表征破岩效果的参量,综合分析各种加载模式下的破岩效果。结果表明：岩石破碎声发射累计能量与破碎体积有密切相关性,动载荷、动静组合载荷和静载荷下破碎单位体积岩石释放的声发射累计能量分别为WD,WS＋D,WS,且WD

土质边坡极限平衡状态及临界滑动面的判定方法1369-1378

摘要：开展边坡失稳判据及临界滑动面确定方法的理论与数值实现研究。应用分叉理论的研究成果,证明满足关联流动法则的理想弹塑性材料,在平面应力或平面应变条件下的失稳模式为应变局部化模式,由此类材料构成的边坡模型的失稳过程为局部带渐进扩展过程。基于以上证明,提出局部化带贯通判据,认为表征边坡整体失稳的充要条件是局部化带在边坡内部的完全贯通。基于数值模拟,发展一种局部化带路径追踪技术,根据每个增量时步土体单元的局部化状态信息,通过后处理显式追踪局部化带的形成、扩展、汇合直至贯通的过程,直观、方便地判断边坡的极限平衡状态,同时确定临界滑动面的位置。并开展强度折减和位移加载算例研究,验证局部化带贯通判据及数值实现方法的适用性。

高围压卸荷条件下大理岩破碎块度分形特征及其与能量相关性研究1379-1389

摘要：高应力条件下,岩石卸荷的力学响应特征及发生机制是高地应力地区岩体工程开挖稳定性评价及控制的关键问题。基于不同卸荷速率和初始围压条件下三轴高应力大理岩卸围压试验,结合分形理论和能量原理,研究高应力卸荷条件下岩石破裂块度分布规律及其与能量耗散和释放的相关性。高应力条件下三轴卸围压大理岩试样碎块分形性质具有较强的局部性,仅在小于某一特征尺度（分形特征尺寸阈值）范围内表现出较好的分形性质,其碎块分维数均大于2,分维数随卸荷速率增大而单调减小,但初始围压对分维数的影响与卸荷速率密切相关。相对常规三轴压缩岩样,高围压下卸荷岩样虽然峰值点附近耗散和储存应变相对少得多,但其峰值前、后应变能转化速率相对大得多,特别是峰后的弹性应变能释放速率和环向膨胀消耗应变能速率。高应力卸荷条件下卸荷速率越快、初始围压越高,峰前损伤和峰后破裂贯通历时越短,峰值点处耗散应变能和储存弹性应变能越大,峰前、峰后应变能转化速率越快,破碎岩样的分形特征尺寸阈值越大,分维数越小,张性破裂程度和性质越强。

高围压条件下含充填裂隙类岩石水渗流试验研究1390-1398

摘要：进行高围压、高水压条件下的含充填裂隙类岩石的渗透性试验研究,根据配比试验,制作模拟砂岩的试样,并应用自主研发的三轴试验仪器进行试验研究。研究发现：（1）不同充填裂隙试样的渗透系数不同,但不同围压下渗透系数均处于同一数量级;（2）围压升高时,充填裂隙介质的渗透系数呈下降趋势;（3）渗透结构面几何特征是影响试样渗透性的主要因素之一;（4）试样渗透性规律应建立在试验的基础上。

钻井液浸泡下深部泥岩强度特征试验研究1399-1405

摘要：针对钻井液作用下深部泥岩破坏的关键技术难题,通过室内试验分析钻井液浸泡下深部泥岩强度弱化规律,并从微观角度分析试样发生变化的机制。研究结果表明：（1）钻井液浸泡下,随取芯夹角增大,岩石强度先增大后减小,岩石强度降幅高达49.5%～54.7%;随着围压增加,取芯夹角为0°和90°时岩石强度增幅较低,仅为26.4%～39.2%。（2）泥岩弹性模量随钻井液作用时间的增加而降低,随取芯夹角的增加呈现先增大后减小的变化规律,泊松比变化规律则相反。（3）与内摩擦角相比,泥岩黏聚力变化规律性强,0°和90°条件下黏聚力降低幅度较大,最高达67.3%;其他情况下泥岩黏聚力变化幅度不大。（4）钻井液滤液的渗入导致泥岩内部裂缝缝尖应力强度因子增加、临界断裂韧性降低、裂缝扩展,这是泥岩强度降低的根本原因。同时,钻井液滤液改变了层理面填充物的矿物成分,降低裂缝面的摩擦因数,加剧岩石强度的降低。

穿越断层破碎带隧道动力响应特性分析1406-1413

摘要：通过数值分析和振动台模型试验相结合的方法,研究穿越断层破碎带隧道在地震荷载作用下横向内力分布和纵向动力响应特性。结果表明：围岩条件是影响衬砌地震内力的重要因素,围岩越差,地震作用产生的内力越大,其抗震性能越差;在横断面方向,不同围岩条件下衬砌内力均在共轭45°方向最大,为隧道抗震最不利位置;在纵断面方向,隧道位于围岩与断层破碎带接触面时,衬砌地震内力急剧增大;当隧道断面沿纵向远离断层破碎带一定距离后,其内力趋于一个稳定值。研究结果可为穿越断层破碎带隧道结构抗震设防提供参考。

基于冲击启动理论的深孔区间爆破疏压技术1414-1421

摘要：通过分析巷道冲击地压启动机制,采用数值模拟方法研究巷帮集中应力分布的爆破效应,提出基于冲击启动理论的深孔区间爆破疏压方法。研究表明：巷帮深孔爆破的区间应为冲击启动区,否则将起到负面作用;加大巷帮煤壁支护强度以疏、降集中应力是有限的;深孔区间爆破疏压方法,一方面疏、降冲击启动区应力或能量集中程度,阻止冲击启动环节发生,另一方面迫使率先冲击启动的区域向煤壁深部迁移,并增加疏压区消耗冲击地压启动后的总能量,降低能量释放速度。研究结果在现场取得较好的应用效果。

地质雷达隧道超前地质预报检测信号的HHT分析法1422-1428

摘要：隧道工程建设因开挖而诱发的各种地质灾害时有发生,为确保隧道施工安全,目前普遍运用超前地质预报探明掌子面前方的地质情况,如何提高超前地质预报的判释水平显得尤为重要。针对隧道超前地质预报地质雷达信号的特点,采用HHT分析法提取原始图像各IMF分量的瞬时剖面图及其单道信号的瞬时幅值、瞬时相位、瞬时频率。结果表明,HHT分析法分解出的瞬时参数突显了原始信号的特征信息,能较好地定量识别不良地质体位置与形状,提高地质雷达原始图像解释的精度和可信程度。

采矿环境再造地下人工结构稳定性综合方法研究与应用1429-1436

摘要：采矿等地下空间工程的稳定性研究一直是岩土工程界关注的热点问题。在分析、总结近年来国内外地下结构稳定性研究成果的基础上,尝试将数学解析法、经验类比法、相似模型试验法、数值模拟法以及现场监测法有机结合起来,提出研究地下人工结构稳定性的综合分析方法。将该综合分析方法应用到工程实践中,探讨在松软破碎矿岩条件下通过采矿环境再造技术实现矿石安全、高效回采的可行性。研究结果表明,该综合分析方法具有可操作性和实用性,可为此类复杂问题提供科学参考。

基于三维裂隙网络的RQD尺寸效应与空间效应的研究1437-1445

摘要：岩石质量指标（RQD）是岩土工程与地质工程中的重要概念,在岩体性质分析中起到了重要作用,但RQD存在着明显的尺寸效应与空间效应,这在以后岩体工程设计计算中并没有引起充分的重视。为研究RQD的空间效应,采用三维裂隙网络模拟方法模拟现场真实岩体,并在模型中设立大量测线获取岩体中不同位置的RQD值。结果表明,岩体中不同位置的RQD值并不相同,存在明显的空间效应。为获取可整体代表岩体好坏程度的RQD值,需在大量RQD样本的基础上进行分析。另外,为更好地体现岩体的非均质性,研究不同阈值下的RQD范围,最终确定可充分反映待分析岩体的最佳阈值,为4 m。尺寸效应是RQD参数的重要性质,通过改变测线长度的方法探讨RQD在不同尺度下的变化情况。总结、提出RQD的计算模型与公式,即：A-A模型、T-T模型、A-A-S模型、Priest-Hudson公式与Senz-Kazi公式。分别研究与对比不同模型下RQD的尺寸效应,结果表明,采用A-A-S模型可充分减少尺寸效应带来的RQD的计算误差;当阈值较大时,Priest-Hudson公式与Senz-Kazi公式存在一定的误差,基于三维裂隙网络模拟的方法进行RQD的计算将会更为准确。

基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级1446-1451

摘要：对马氏距离判别法和层次分析法存在的不足进行改进,将改进的距离判别分析法应用于南水北调西线工程TBM施工围岩分级中。根据TBM施工特点和相关研究成果,将TBM施工围岩分级标准定为4级。选用岩石强度、岩组特征、结构面间距、结构面与洞轴线夹角以及石英含量5项指标作为判别因子,以南水北调西线工程杜柯河—玛柯河段实例数据作为学习样本进行训练,建立TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析模型,利用得到的线性判别函数对待判样本进行分级。最后,将改进的距离判别分析法得到的判定结果与传统马氏距离判别法、RTBM法以及RMR方法得到的判别结果进行对比分析,验证了改进的距离判别分析法的有效性。研究结果表明,改进的距离判别分析法具有预测精度高等优点,为TBM施工围岩分级提供了一种新的有效方法。