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岩石力学与工程学报 2012年第A01期杂志 文档列表

硬岩CWFS模型的改进及其在岩质高边坡稳定性分析中的应用2593-2600

摘要：连续介质模型（如Mohr-Coulomb等基于黏结强度组份和摩擦强度组份同时被调动的传统破坏准则）目前还不能有效预测隧道围岩脆性破坏的广度和深度。基于Mohr-Coulomb准则的黏结强度弱化–摩擦强度强化（CWFS）模型在这方面表现出良好的工程应用前景,但其在脆性硬岩高陡边坡稳定性分析中的应用研究还不多见。对硬岩的CWFS模型及其改进模型进行讨论分析,针对脆性硬岩在低围压条件下的特殊力学行为,将CWFS模型改进为黏结强度衰减–摩擦强度激活（CLFM）模型并应用到首钢水厂铁矿硬岩高陡边坡稳定性分析中。与Mohr-Coulomb准则计算结果的对比分析表明,扩帮后的边坡仍然处于稳定状态。Mohr-Coulomb准则低估了边坡的位移和坡脚的塑性区范围,高估了边坡的应力水平,与CLFM模型分析结果相比显得保守。另外,实测地应力场下的边坡位移计算结果是仅以自重应力形成的应力场下的位移计算结果的10倍左右。

鸡尾山高速远程滑坡运动过程PFC~（3D）模拟2601-2611

摘要：利用三维颗粒流软件PFC3D,对重庆武隆鸡尾山滑坡进行模拟,研究滑坡体在关键块体失稳后,在重力作用下,沿着滑动面在视倾向滑动力主导下的运动过程。结果显示：（1）对于大型远距离滑坡,在滑坡体运动路径上坡面形态确定的情况下,坡面摩擦因数和滑体强度主要影响堆积颗粒在滑坡堆积区的分布,滑坡发生区域微地形则更多地影响滑坡体所能达到的最大位移;（2）鸡尾山高速远程滑坡的发生过程是分阶段完成的;第一阶段主要是滑源区岩体的破裂化,第二阶段为破裂块体的运动及滑出;（3）通过监测速度、位移等发现滑体区域块体速度首先达到最大值,并具备二次加速的特征,综合速度及位移可以认为在滑体中处于上部边缘部分更有可能远距离运动;（4）对于鸡尾山滑坡,当墙面摩擦因数为0.05,黏结强度为中等（250～200 MPa）时,得到的结果与实际情形最为契合。通过模拟发现,PFC3D软件对于此类高速远程滑坡具有较好的适用性,尤其是其三维堆积形态及影响范围的初步确定可以对划定安全避让范围等防灾减灾工作提供有益参考。

开挖及动荷载作用下边坡响应的DDA方法研究2612-2618

摘要：对适用于分析边坡在开挖及动荷载作用下的响应情况的不连续变形分析（DDA）方法进行研究。首先,利用基于生死单元的DDA方法模拟边坡的开挖过程,并分析边坡的开挖变形,通过与有限元法计算结果对比,证明该方法的正确性;其次,为克服传统的DDA方法不考虑介质中产生的散射波在边界的反射问题,实现基于黏性边界理论的地震波输入方法;此外,在DDA方法中引入自由场边界,通过实例分析表明在利用DDA方法进行动力分析时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加黏性边界的模拟效果。将改进的DDA方法运用于边坡工程的动力响应分析,通过与经典有限元法的对比,证明了改进DDA方法的正确性。

强震作用下山区滑坡稳定临界位移分析2619-2628

摘要：强震作用下滑坡产生的永久滑动位移是其稳定性的量度参数,对一个滑坡系统,地震作用产生的永久位移是一个系统的状态参量,地震瞬态动力作用变形相当于系统的随机性＂涨落＂因素。滑坡系统的势能是一个取决于永久位移的能反映其稳定性状态又与具体振动过程路径无关的量,临界位移值实质上对应着系统势能的突变点,如何确定临界位移值的难题可转换为寻找系统势能突变点问题。以山区地震滑坡的地质模型和力学模型为基础建立势能突变理论模型,给出失稳判据和确定临界位移的方法,并对其适用条件进行讨论,发现临界位移值与滑带的几何特征、力学特性和滑体自重相关,与具体的地震波输入等无关,但临界位移作为滑坡稳定性的判据是有条件的。同时指出促使滑体滑动的根本因素是滑体相对下部基岩的加速度惯性力作用,简单地将强震仪记录的加速度直接施加到滑体上是有待商榷的。

边坡爆破振动测试及响应规律ANSYS时程分析2629-2635

摘要：岩质高陡边坡在爆破作用下的动力响应规律十分复杂,采用现场爆破振动测试和ANSYS数值模拟时程分析相结合的方法进行研究有效可行。为了解爆破振动对边坡稳定性的影响,摸清边坡爆破开挖的动力响应规律,采用施工现场爆破振动测试结果分析和ANSYS动力响应时程分析相结合的方法对一工程边坡进行分析研究。爆破振动测试结果分析表明：对于岩质高陡边坡,当爆破规模较大时,振动速度可能沿高程出现放大效应,应尽量采用没有放大效应或者放大效应较弱的爆破方式,以减小爆破振动,提高边坡在爆破动力作用下的稳定性。ANSYS时程分析表明：（1）各种应力值较小,但存在集中现象;（2）各节点的位移也较小,边坡未出现塑性变形;（3）速度模拟值与实测值基本吻合;（4）若仅考虑爆破动力影响,不足以使边坡产生整体破坏;（5）随着爆破规模的增大,出现较明显的速度放大效应和惯性滞后效应;（6）模拟计算的边坡动应力、位移和速度等特征能够较好地反映边坡的动态响应特征。数值模拟结果与现场测试结果吻合较好,对类似工程具有一定的指导意义。

基于滑体与受灾体共同作用的冲击能计算模型2636-2643

摘要：滑坡冲击能计算是准确评估受灾体易损性的重要依据。对滑坡致灾过程能耗机制分析发现,滑体在下滑及冲击受灾体过程中,由于内部崩解碰撞将会耗散部分能量。基于滑体与受灾体冲击过程能耗机制提出冲击能计算方程组。结合实际,采用斜率为滑体变形模量的斜线逼近滑体真实变形曲线,将受灾体简化为弹性悬臂梁,从而在冲击能计算方程的基础上推导出滑体冲击能简化计算模型。同时提出一种能直观反映冲击能大小的指标,称之为冲击效应系数。该系数反映出冲击能和滑体内部耗能是由受灾体与滑体变形特性共同决定的。受灾体相对滑体越坚固,冲击效应系数越大,则冲击能越小,滑体内部耗能越大;受灾体相对滑体越脆弱,冲击效应系数越小,则冲击能越大,滑体内部耗能越小。结合工程实例,介绍冲击能简化计算步骤。最后通过实例表明冲击过程中滑体内部将会耗散绝大部分能量,与前期模型实验反映的规律在定性上是一致的。

小直径钢管排桩加固边坡的离心模型试验2644-2652

摘要：小直径钢管抗滑桩作为一种新型支挡结构广泛应用于边坡加固和滑坡治理中,但其抗滑特性、受力机制及破坏模式等还有待于深入研究。结合工程背景,开展小直径钢管排桩离心模型试验,研究排桩加固边坡破坏模式、受力情况、桩间距和联系梁对其抗滑能力的影响。试验结果表明：各组模型边坡均为整体性破坏,唯独未加固边坡出现较明显的滑动面。此类结构的抗滑机制主要表现为高压注浆对地质体的改造及桩–岩土体复合结构的共同抗滑作用,其主要破坏模式为轴向受拉或受压产生的整体失稳破坏。桩间距显著影响排桩的抗滑能力,桩径比与边坡安全系数呈幂函数关系,建议此类排桩结构桩径比控制在6～12。桩后土压力基本呈现＂中间大、两头小＂现象,滑面以上土压力近似为三角形分布;对于有联系梁的3排桩而言,B排桩承载能力发挥随加速度增大而减小,C排桩反之。在桩顶联系梁作用下,边坡安全系数提高38.3%。

基于集对分析的巴东新城区滑坡灾害空间预测2653-2659

摘要：集对分析方法的研究和应用对区域性滑坡预测具有较强的理论和实用意义。滑坡空间预测系统是一个受不确定因素影响较多的系统,而集对分析法能够很好地解决确定–不确定问题。将集对分析法引用到滑坡空间预测领域,以MAPGIS为操作平台,在对巴东县新城区滑坡灾害发育的地质背景、分布规律和发育特征进行统计分析的基础上,根据统计结果确定预测危险性等级评价标准,然后根据各预测单元的属性信息判别各预测单元指标等级,最后利用集对分析理论对各预测单元进行危险性等级预测。将所得空间预测图与已知滑坡分布图进行比较,认为结果可靠、方法可行,并得出联系度和集对势理论结合能够提高预测精度的结论。

可靠度理论在岩质边坡楔形体破坏反分析中的应用2660-2667

摘要：以可靠度理论为基础,分别对以安全系数和破坏概率为目标的反算法进行讨论。根据楔形体破坏极限状态函数,运用Monte Carlo方法对一核电工程基坑边坡楔形体破坏进行反分析,用破坏概率表征破坏边坡的临界状态,指出以临界安全系数为目标的反分析法存在的不足,认为直接以破坏概率作为反算目标更为简单合理,并结合工程实例讨论黏聚力和内摩擦角的变异系数、截尾位置、相关系数等参数设置对反算结果的影响。研究结果表明,采用反算法得出的结构面抗剪强度值更符合实际,对工程实践具有指导意义。

滑坡推力在悬臂式双排抗滑桩上的分配2668-2673

摘要：大型滑坡治理工程常采用双排抗滑桩,悬臂式双排抗滑桩就是其中常见的一种型式。首先对悬臂式双排抗滑桩的最优状态进行假定,分析双排抗滑桩的力学传递过程。然后运用土拱理论和极限平衡理论,推导前、后排抗滑桩所承受滑坡推力的计算公式,提出滑坡推力的分配计算方法。最后运用该方法对杭金衢高速公路K103滑坡中的悬臂式双排抗滑桩工程进行计算,理论计算结果与监测结果相对比,证明该方法的正确性和适用性。该计算方法可为悬臂式双排桩的设计提供理论依据。在悬臂式双排抗滑桩的设计中,建议首先进行滑坡推力的分配计算,然后再进行结构设计。

煤矿井下地质构造对地应力分布的影响2674-2680

摘要：采用小孔径水压致裂地应力测量装置,在典型的急倾斜、特厚煤层矿区——甘肃华亭矿区的大型向斜构造附近进行14个测站地应力测量,以分析向斜构造不同部位的地应力变化。实测数据表明：华亭煤矿、砚北煤矿井下构造应力占绝对优势;在向斜翼部,水平应力较小;在向斜轴部,水平应力急剧增加,增加幅度远大于垂直应力;向斜构造对矿区地应力分布产生严重影响。基于山西晋城矿区的地应力实测数据,分析断层对地应力值与方向的影响。断层附近某些区域水平应力有所减小,大型断层会引起最大水平主应力方向的扭转。在实测数据基础上,采用FLAC3D数值计算软件,分析华亭矿区大型向斜构造周围地应力场分布,并与地应力实测数据进行对比。将地应力实测与数值模拟有机结合,是全面了解煤矿井下地应力场分布特征的有效途径。

渗流-应力耦合作用下深埋黏土岩隧道盾构施工特性及其动态行为研究2681-2691

摘要：基于连续介质大变形理论和损伤力学理论,将塑性损伤演化与渗流相互耦合的方法引入到Mohr-Coulomb准则,建立黏土岩弹塑性大变形渗流–应力耦合模型,以ABAQUS软件为平台对其进行二次开发。以比利时黏土岩核废料库工程为背景,在全面分析盾构施工影响围岩稳定性因素的基础上,建立反映施工质量的等代层模型,对不同施工质量时盾构掘进过程中围岩及开挖面的变形、孔隙压力及塑性区的演化规律进行数值模拟。计算结果表明,围岩变形在开挖面附近达到最大值,施工质量对围岩稳定性有明显的影响,施工质量越差,开挖扰动区的范围就越大,并且孔隙压力降低的幅度就越大。研究结果可为软岩隧道设计及施工提供参考。

白鹤滩水电站层间错动带的剪切特性2692-2703

摘要：基于白鹤滩水电站层间错动带的室内和现场剪切试验结果,对层间材料、层间材料/母岩接触面（土/岩接触面）的剪切力学特性进行研究。试验结果表明,层间材料和土/岩接触面都表现出无剪胀行为的理想弹塑性力学特性;层间材料的蠕变特性不明显;土/岩接触面的抗剪强度与接触面形貌密切相关,接触面越粗糙,其抗剪强度就越高。比较层间材料的室内和现场直剪试验的抗剪强度可知,试样具有强烈的不均匀性。试样扰动对其抗剪强度的影响要比材料变异性的影响小。尺寸效应使得室内试验获得的内摩擦角要比现场试验获得的大。黏粒含量是影响层间材料抗剪强度的重要因素：随着黏粒含量的增加,内摩擦角减少,黏聚力增大。层间材料的抗剪强度对初始饱和度的变化不敏感。室内试验和现场试验结果在黏粒含量和初始饱和度影响上表现出良好的一致性,说明试样的尺寸效应和变异性只是影响其抗剪强度的次要因素。

大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场分析2704-2710

摘要：为分析水封式大连地下石油储备库洞室群围岩稳定性及渗流场特征,首先基于现场地应力实测结果的回归分析,利用Fish语言编写函数,反演初始地应力场。其次,采用三维离散元程序3DEC生成三维节理网络模型,反演库区初始渗流场的各向异性特征。最后,利用应力与渗流耦合模块实施开挖仿真计算,获取围岩应力场、位移场变化特征。考虑平行、垂直层理面不同材料特性,基于带有抗拉的Mohr-Coulomb强度储备型点安全系数,定量评价洞室群的稳定性。借鉴国外水封效果评价标准,分别从地下水位线和垂直水力坡降2个方面,分析渗流场变化特征。研究表明：在洞室周边平行层理面点安全系数为1.02～1.25,垂直层理面点安全系数为1.95～2.00。在补水隧道及注水孔组成的人工水幕系统作用下,建设期内地下水位下降3～5 m,地下水位距洞室顶55 m。开挖洞室附均垂直水力坡降大于1.0,满足设计规范及密封性要求。

深埋硬岩隧洞系统砂浆锚杆的加固机制与加固效果模拟方法2711-2721

摘要：系统布置的砂浆锚杆是深埋硬岩隧洞主要支护结构,锚杆与围岩组成锚杆–围岩复合结构体,使围岩的力学特性得到改善。基于岩体的莫尔–库仑（M-C）屈服准则,推导锚杆–围岩复合结构体满足M-C准则的应力条件。结合岩体劣化本构模型,提出确定锚杆–围岩复合结构体力学参数的方法。锚杆与弹性围岩和屈服围岩组成的锚杆–围岩复合结构体的力学参数确定方法不同,锚杆与屈服围岩组成的锚杆–围岩复合结构体的力学参数与围岩当前状态的等效塑性应变有关。基于此提出一种模拟隧洞开挖支护过程中系统普通砂浆锚杆加固效果的数值方法。该方法能较好地模拟锚杆支护时机对围岩稳定性的影响。最后运用该方法对锦屏II级水电站2#引水隧洞围岩稳定性进行分析,为隧洞的施工和支护设计提供参考依据。

深部隧道围岩分区破裂的内变量梯度塑性模型2722-2728

摘要：在变形进入到塑性阶段之后,隧道岩体中会产生显著的能量耗散和自我组织现象,岩体粒子之间的长程相互作用明显。为此需要在岩体模型中加入内变量梯度项。作为额外的内变量,引入有效塑性应变梯度这一新变量。利用虚功原理得到岩体的平衡方程、边界条件。利用Clausius-Duhem不等式获得岩体内变量演化方程。对于圆形深部隧道,由上述理论得到有效塑性应变的支配方程和边界条件,并利用岩体理想脆性模型求得支配方程的解。该解能够描述深部隧道围岩的分区破裂现象。

软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术2729-2737

摘要：以铁路隧道为背景,采用数值分析手段,并结合部分现场监测资料,对软弱围岩隧道台阶法施工过程中隧道拱脚变形特征、上台阶基底围岩失稳形态及拱脚稳定性控制技术进行分析。结果表明：（1）软弱围岩隧道施工过程拱脚沉降和水平收敛均表现突出,在实际工程中,拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一。（2）拱脚部位围岩屈服程度相对较高是该处施工变形显著的根本原因。在台阶法施工过程中,基底围岩的破坏形式随台阶高度的增加由拱脚局部失稳逐渐向基底整体剪切失稳过渡。（3）从对隧道拱脚及洞周变形控制效果出发,IV级围岩可采用长台阶法施工,V级围岩宜采用短台阶法施工,而VI级围岩应采用微台阶法施工。（4）从不同台阶高度条件下极限位移的计算结果可以看出,对于软弱围岩隧道,施工中在确保掌子面稳定的前提条件下,适当增加台阶高度有利于围岩的稳定。（5）扩大拱脚和临时仰拱2种工法对控制拱脚及洞周变形均有明显的效果。扩大拱脚技术适用于拱部沉降显著的工程,而临时仰拱技术则更适用于水平收敛显著的区段。

煤层底板岩体采动渗流场–应变场耦合分析2738-2744

摘要：根据五沟煤矿1018工作面地质及水文地质条件,应用三维快速拉格朗日（FLAC3D）流固耦合分析模块,采用变渗透系数方法,对该工作面底板岩体采动渗流应变机制进行数值模拟研究。分析结果表明：采动影响下,围岩渗透系数发生较大的变化,处在采空区正上方的泥岩段最大达到原始渗透系数的1 293倍;根据渗流场分析,工作面采动并没有破坏底板隔水层的阻水性能,采动裂隙没有导通灰岩含水层,灰岩水涌入回采工作面形成水害可能性较小;工作面正下方岩体单元安全度小于1的区域最大深度为30 m。综合渗流场以及隔水底板单元安全度分析结果,10煤底板下灰岩水溃入工作面形成水害可能性较小。