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 2012年第10期杂志 文档列表

地下工程建设安全面临的挑战与对策1945-1956

摘要：详细介绍我国地下工程建设的安全管理现状和我国地下工程建设安全的严峻形势。从事故发生的类型和原因等对工程建设事故进行分析,指出责任事故及主观原因是构成地下工程建设安全管理巨大挑战的主因。结合海恩安全金字塔、海因里希安全法则、约翰逊的工程变化-失误理论模型等工程事故管理理论,提出工程事故预防的可行性和工程建设安全管理实施的对策。对重大地下工程建设中最突出的突水突泥地质灾害和岩爆地质灾害进行详细阐述,主要介绍突水突泥灾害的严重挑战、发生发展的科学规律、事故前兆信息分析以及地质超前预报等事故对策;介绍岩爆地质灾害的定义和分类、岩爆的预测机制、岩爆监测预报的理论基础和工程实践以及岩爆灾害的施工对策等。最后,针对地下工程建设的事故预防提出技术方法和管理手段的一些意见和建议。

隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特性研究1957-1968

摘要：讨论高地应力条件下隧道软弱围岩发生挤压大变形的复杂力学行为,将挤压大变形归属为变形速率快而收敛速率慢的非线性流变变形范畴。在分析挤压大变形流变力学机制的基础上,分别提出非线性二维黏弹塑性本构模型和大（小）变形三维弹黏塑性本构模型,并进行相关专用程序的研发。运用所研发的材料子程序,对相关流变模型进行理论分析,就乌鞘岭铁路隧道软弱围岩施工开挖大变形问题进行工程应用研究。

汶川地震大光包滑坡动力响应特征研究1969-1982

摘要：运用FLAC3D模拟大光包滑坡变形失稳特征,并输入距离滑坡约4.3 km的清平台站强震加速度三向记录,结果表明：其地震动力响应较为复杂,受控于斜坡形态、岩体（地质）结构及地震强度和振动持时等因素,在水平加速度响应方面,前缘滑坡更为明显,地震动频率更高,振幅更大,利于前缘的顺层失稳滑动;在竖向加速度响应方面,后缘滑体的振幅更大,竖向加速度（绝对值）数倍于水平加速度,利于拉裂、振碎解体和抛掷失稳。大光包滑坡与简单均值结构的边坡地震动力响应特征不完全一致,随高程、坡度放大的趋向性和节律性不明显。结合地震动力响应和运动特征,对滑坡堆积和滑源进行概化分区：（1）下部顺层滑坡堆积区,是滑坡的主堆积区,分布于滑坡东侧,堵塞黄洞子沟;（2）上部崩滑堆积区,分布于滑坡西北、北侧,具有明显的带状特征;（3）后缘陡壁及倒石堆区,侧缘拉裂边界,近直立不规则凹凸状断壁,分布多组张拉裂隙,说明受陡倾角张性裂隙控制,表现为张性破坏特征,陡崖下部分布大量倒石堆,呈串珠状分布,以碎块石为主,岩性与后缘及北侧陡壁岩体一致,系地震后的重力调整所致;（4）顺层滑面及擦痕区,在滑面上分布大量与岩层倾向相同的擦痕,说明顺层滑坡在后部具有向北方向偏转滑动的特征。

岩爆孕育过程的动态调控1983-1997

摘要：针对岩爆孕育过程的特征、规律和机制,提出＂优化开挖方案减少应力和能量聚集→预释放和转移能量→设计合理的支护参数吸收能量＂的岩爆＂三步走＂防控理论以及在此基础上基于开挖过程中微震信息时空演化的岩爆动态调控理论。在施工过程中,根据实测到的微震信息演化规律进行岩爆等级预警,据此进行反馈分析和动态调控,运用＂三步走＂防控对策进行及时的开挖速率和支护措施动态调控,以尽可能避免岩爆的发生、降低岩爆发生的等级或延迟岩爆发生的时间。所建议的方法成功地应用于埋深1 900～2 525 m的锦屏二级水电站深埋引水隧洞和排水洞的施工开挖过程中,应用过程和结果验证了所建议方法的适用性。

溪洛渡特高拱坝建设的岩石工程关键技术1998-2015

摘要：通过各设计阶段对溪洛渡特高拱坝岩石工程关键技术问题的不断深入研究,使得拱坝体型和结构设计很好地适应坝址地形地质条件;面对河床坝段基础地质条件的变化,通过建基面扩大开挖和上下游贴角设计,使得拱坝和基础相互协调,改善坝体和地基应力条件。三维地质力学模型试验和有限元分析表明,溪洛渡特高拱坝和基础具有良好的工作性态。监测成果表明,拱坝和基础实际工作性态符合规律。基于全寿命周期理论的溪洛渡＂数字大坝＂的建设与实践,为施工过程控制和决策提供了有力支持,进一步保证了拱坝在施工期和运行期各阶段的工作性态满足设计要求,保障了拱坝的安全可靠。

岩体水力劈裂非稳定渗流影响机制初探2016-2021

摘要：水力劈裂是石油开采、土石坝安全控制、原位地应力测试、隧洞突涌水防治等中的常见突出问题。首先,构建一维非稳定渗流模型,推导其解析解,并将水力劈裂关键因素水压力、水力梯度随时间的变化规律与有限元模拟结果进行对比,从而证明该理论解的正确性。其次,非稳定渗流结果与稳定渗流对比表明,在非稳定渗流状态下水压突增时刻,靠进水口处水力梯度最大,而趋于稳定状态时,水力梯度逐渐减小并最终达到稳定。同时,渗透性越小,高水力梯度作用时间越长,岩体发生水力劈裂的危险性越大。因此,采用非稳定渗流研究岩体水力劈裂作用机制是十分必要的。

回采工作面多巷布置留巷围岩变形特征与支护技术2022-2036

摘要：以晋城矿区回采工作面多巷布置留巷为工程背景,基于大量实测数据,分析留巷围岩变形与破坏的特征及机制。采用数值模拟软件FLAC3D研究巷道布置方式、煤柱尺寸、回采工作面宽度等参数对留巷围岩变形与破坏的影响,分析留巷及采煤工作面周围的应力分布。在此基础上,提出适合留巷特点的巷道支护形式与参数。在井下进行支护试验,监测留巷从掘进到报废全过程的围岩位移与支护体受力,评价支护效果。研究结果表明：留巷在受到本工作面超前支承压力作用后,围岩位移虽有增加,但变化不大;在本工作面后方一定距离围岩位移急剧增加,并在50～200 m范围内位移速度达到最大值,之后逐步趋于稳定;当留巷受到下一个工作面超前支承压力作用后,围岩位移再次显著增加。留巷围岩变形与巷道布置方式、煤柱尺寸及回采工作面参数密切相关。高预应力强力锚杆与锚索支护、全锚索支护是比较适合留巷的支护方式,能够大幅度减少围岩位移,保持巷道长期稳定。最后分析存在的问题,并提出改进意见。

一种新的岩石多尺度本构模型：增强虚内键模型及其应用2037-2041

摘要：在细观结构基础之上,应用增强虚内键（augmented virtual internal bond,AVIB）模型对岩石进行本构建模,得出岩石宏观本构方程,从而对岩石断裂行为进行模拟。AVIB模型是在虚内键（VIB）理论基础上发展起来的一种新型多尺度本构模型。它在微观层面上将固体材料视为由随机分布的材料颗粒组成,颗粒之间的相互作用由Xu-Needleman势函数描述,基于Cauchy-Born规则,在超弹理论框架内直接由微观作用势导出宏观本构方程。由于在AVIB本构方程中已包含了微观虚内键断裂机制,因而它在模拟岩石宏观断裂过程中无需额外的断裂准则,AVIB模型可以将宏观复杂三维断裂问题溯源到微观一维虚内键断裂问题,这些特点为岩石断裂破坏分析提供了很大的方便,为岩石多尺度本构建模和断裂模拟提供一种新的理论和方法。

溪洛渡拱坝施工期岩体质量评价与大坝稳定分析2042-2052

摘要：以溪洛渡工程为例,通过施工期声波试验和变形监测手段,采用分区、分段、分层、分级对标验收评价思想,对溪洛渡拱坝建基面岩体质量进行重新评价验收。采用非线性有限元方法,对施工期典型阶段的大坝基础整体稳定工作状态进行三维数值精细模拟,分析结果与现场变形和压应力的监测值进行对比反馈,得到大坝施工期的整体稳定工作状态,预测大坝运行期的工作性态,从而指导大坝的现场施工。该岩体质量评价验收新思想对同类工程具有指导意义。

周期来压前受超前隆起分布荷载作用的坚硬顶板弯矩和挠度的解析解2053-2063

摘要：将煤壁前方煤层和直接顶视为弹性地基,鉴于坚硬顶板的损伤、破裂从工作面中轴线的超前部位开始,在工作面煤壁中央取单位宽度的岩层结构研究,建立受均布荷载、超前隆起分布荷载和支护阻力共同作用的坚硬顶板超静定挠度微分方程组。在满足所有自然边界条件和连续条件的基础上,导得周期来压前煤壁前方和采空区坚硬顶板的挠度、弯矩表达式。据所得表达式,用Matlab的算例和绘图,对顶板荷载、支护阻力、地层刚度、单位宽顶板抗弯刚度及悬顶步距变化时坚硬顶板的挠度、弯矩进行分析,所得到的4段式弯矩、挠度曲线在考察区间内光滑连接,弯矩峰值位置在煤壁前方,顶板下沉量计算值在现场经验范围内。所得坚硬顶板弯矩、挠度的关系式为理想模型的解析解,其应用是从解析解算例中受到启发,获得参数变动时顶板弯矩、挠度变化的规律性认识,对实际采场顶板状况的变化作出由合理的定性判断,并可为坚硬顶板损伤断裂,为因断裂引发顶板应变能释放及冲击矿压能量来源的研究提供基础。

地下洞库围岩外加固抗炸弹侵彻性能研究2064-2070

摘要：通过相似模型试验研究交叉锚索对均质、层状和块状3种典型岩体加固前后的抗炸弹侵彻能力,试验结果表明,介质类型（均质、层状、块状）对侵彻深度影响不大,岩体质量越好,抗侵彻能力的提高量越小,在弹体动能相同的条件下,均质模拟岩体的侵彻深度最大,层状模拟岩体侵彻深度最小;分析弹体在加固模拟岩体与未加固模拟岩体内侵彻深度相差不大的根本原因,指出提高模拟岩体抗炸弹侵彻能力的首要条件是提高模拟岩体材料的抗压能力,在模拟岩体内配置的锚索含筋率较小时,虽然能够提高模拟岩体材料的抗拉强度,但对模拟岩体的抗炸弹侵彻能力没有明显改善;利用LS-DYNA软件对模型试验结果进行模拟计算,表明锚索角度和间距变化对加固岩体抗炸弹侵彻深度影响不大。尽管交叉锚索对模拟岩体的抗炸弹侵彻能力提高不大,但岩体材料的抗拉、抗剪能力的显著提高可明显减小洞库的变形,有利于洞库的稳定。

强地震荷载作用下临水挡土墙的拟动力法稳定性分析2071-2081

摘要：假设墙后填土破坏面为曲面,用正弦波模拟地震加速度时程曲线,采用拟动力法对临水挡土墙进行稳定性分析,确定了挡土墙和墙后填土所受的阻尼力和惯性力,获得地震荷载作用下挡土墙的被动土压力、抗滑和抗倾覆稳定性系数的封闭形式解析解。定量分析地震加速度、放大系数、墙后填土的物理力学参数和动水压力对挡土墙的滑动位移、挡土墙的抗滑和抗倾覆稳定性系数的影响,得出当地震加速度、放大系数越大,水位越高,内摩擦角越小,临水挡土墙的稳定性越差。

应用单元劈裂法模拟三维内嵌裂纹扩展2082-2087

摘要：对于岩石内嵌裂纹很难通过物理试验进行研究,在应用有限单元法模拟内嵌裂纹扩展时,三维节理面建模、网格划分以及节理扩展后的网格处理一直是难点问题。为简单、高效地分析含有内嵌型不连续面的节理岩体的破坏模式,利用三维单元劈裂法来解决这一问题。单元劈裂法是利用四面体单元的几何性质来构造的一种特殊的四结点节理单元。当有裂纹穿过四面体单元时,位于裂纹两侧的结点可形成3或4个接触点对,由此推导出劈裂单元的刚度矩阵。采用该方法模拟内嵌裂纹扩展时,可以不用考虑节理岩体的几何完整性,而直接对整个岩体进行网格划分。因而一些单元则被内嵌裂纹相切,对于与裂纹相切的单元采用劈裂单元刚度矩阵,而其余单元则采用常规单元刚度矩阵。由此免去了单独设置三维节理单元的麻烦以及为设置节理单元而不断改变网格划分方案的麻烦。这种优势在裂纹数目较多时尤为突出,非常适合节理岩体计算。通过对内嵌椭圆裂纹扩展模拟并与相关物理试验做对比,得出该方法能够再现三维内嵌裂纹扩展的基本特征,说明该方法是有效的。

节理岩体裂隙扩展过程一种新改进的弹脆性模拟方法及应用2088-2095

摘要：通过改进原有的FLAC3D本构关系为弹脆性本构,并采用超细单元划分法,模拟和研究双裂隙岩石试件在单轴、双轴加载作用下的破坏过程。数值计算结果与前人试验所得到的相应结果具有良好的一致性。用此方法还模拟了4条2组不同倾向裂隙的破裂过程和椭圆形三维单裂隙的扩展过程,且三维数值模拟结果与前人试验也有很好一致性。最后,将该模型引入到某边坡开挖工程的裂隙扩展过程研究和稳定性分析中,取得较好效果。

纵向裂缝对隧道衬砌承载力的影响分析2096-2102

摘要：基于隧道衬砌拱顶结构1∶1的荷载试验,建立衬砌裂缝深度与衬砌刚度的关系,提出裂缝处衬砌刚度计算的梁弹簧模型。基于梁弹簧模型分析裂缝位置、裂缝深度和地层抗力对衬砌结构承载力的影响。计算结果表明：隧道拱顶安全系数随裂缝深度增加呈线性降低,裂缝深度为衬砌厚度的50%时,安全系数则降低78%;相同裂缝深度情况下,裂缝在拱顶时最不利,裂缝在拱腰、边墙以及拱脚时对结构安全系数影响较小;地层抗力对拱顶、边墙以及拱腰的安全系数影响较大,对拱脚的安全系数影响较小。

层理对爆破振动传播规律的影响2103-2108

摘要：山东海阳核电厂场地层理分布比较明显,在岩基爆破开挖过程中,通过测试爆区后方测爆连线与层理走向不同夹角方向的一系列测点的振动速度值,求出了与层理走向不同夹角方向的爆破振动衰减规律。文中指出当不考虑爆破抵抗线后冲力等其他因素影响时,同一爆源的相同爆源距处,在顺着层理走向测得的爆破振动速度值大于在垂直于层理走向测得的爆破振动速度值,给出了爆破振动衰减指数随测爆连线与层理走向夹角的增大而增大的结论。在进行爆破振动监测时,应该按照场地地质情况,合理布置监测点。当现场情况较为复杂时,沿爆源周边多布置几个监测点是必要的。

超大断面隧道软弱破碎围岩空间变形机制与荷载释放演化规律2109-2118

摘要：为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程。首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍（0～3倍）洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律。研究结果表明：（1）软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程;（2）软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;（3）台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10%～25%,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期;（4）台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围;（5）隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载�

基于双应变胡克模型的岩石非线性弹性行为分析2119-2126

摘要：富含孔隙/裂隙岩体的非线性变形对于工程的安全评价具有重要意义。在多物理场耦合分析求解器TOUGH-FLAC3D中实现双应变胡克模型（two-part Hooke s model,简称TPHM）的数值解法,并界定TPHM的适用条件。TPHM假设：对于岩体中可承受较大变形的软体（如孔隙、裂隙等）,用基于自然应变（或真应变,即岩体变形与当前应力状态下的岩体体积之比）的胡克定律来描述;而对于只承受较小变形的硬体部分用基于工程应变（岩体变形与原始应力状态下的岩体体积之比）的胡克定律来描述。通过对室内岩样的应力-应变特征计算分析,表明TPHM在本质上反映了加卸载过程中低应力阶段的非线性变形行为,该力学响应完全取决于孔隙/裂隙的自然应变（真应变）;通过对瑞士Mont Terri岩石实验室的深部ED-B巷道围岩的变形场计算分析,显示出TPHM较为准确地反映了开挖卸载诱发的围岩变形特征。因为TPHM本质上是考虑了低应力状态下孔隙/裂隙对岩石力学性质的影响,因此,在具有卸荷扰动特征的岩石工程中应用TPHM模型进行设计分析更符合实际。