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 2014年第03期杂志 文档列表

中国岩石工程若干进展与挑战433-457

摘要：根据中国作者近年在中国岩石工程领域相关期刊发表的文章，结合岩石工程相关领域的国家奖获奖内容、973国家重点基础研究计划项目、国家自然科学基金重大项目的研究成果及本学报系列“陈宗基讲座”的内容，对10余年中国岩石工程学科的进展与挑战进行分析和论述；进而总结归纳了中国岩石工程中的主要问题、关键理论、勘测设计、开挖加固、预警预报等方面的若干进展，并介绍了中国典型岩石工程案例；最后基于中国岩石工程的特点与不足，提出10个挑战性问题，并指出了岩石工程领域的发展方向。

深井沿空留巷扩刷修复技术及应用468-474

摘要：以朱集矿埋深900 m首采工作面沿空留巷扩刷修复工程为背景，采用现场实测和理论分析的方法分析深井留巷扩刷修复前围岩变形、应力、结构等状态，提出留巷扩刷修复结构临近失稳的概念，确定留巷扩刷修复的合理时机，组织留巷扩刷修复时的合理工序，制定留巷扩刷修复巷道的主被动协同支护方案。研究结果成功运用于朱集矿深部留巷扩刷修复工程，围岩监测结果表明，留巷扰动变形在修复后得到有效控制，各项指标满足下一工作面回采要求。

超高水开放式充填开采围岩破裂的微地震监测475-483

摘要：超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用，在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿（简称陶一煤矿）充6工作面为背景，采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法，综合地表沉陷的测量数据，首次对超高水材料开放式充填大面积开采效果进行研究和评价。根据监测结果，在陶一煤矿充6工作面采高3 m、采深约300 m、工作面斜长120 m的条件下，工作面围岩覆岩破裂最大高度为48 m、支承压力影响范围35～40 m，工作面上方地表最大沉陷量为98 mm。结果表明，超高水材料开放式充填能够有效控制围岩破裂范围，减小采动影响，且在仰斜开采工作面运用效果较好。

超大粒径人工砾石土的击实特性试验研究484-492

摘要：对2种击实功、3种击实尺寸、8种掺砾量的人工砾石土进行击实试验，研究人工砾石土颗分曲线、最优含水率、最大干密度、破碎率、细料变化等特性。得出尺寸效应、骨架作用、掺砾量、击实功是人工砾石土击实特性的关键影响因素。人工砾石土在击实功能的作用下颗粒级配趋于良好，其最优含水率均随人工掺砾石量的增加而降低，破碎主要发生在粒径大于约为最大粒径的0.5倍的颗粒范围内。当掺砾量小于60%时，采用2690 kJ/m3功能300型击实对超大粒径人工砾石土进行质量控制是完全合适的。对于超大粒径人工砾石土的压实度检测，采用粒径小于20 mm的颗粒更能反映击实料的细料变化。

绿片岩各向异性蠕变特性试验研究493-499

摘要：为了解锦屏二级水电站引水隧洞绿片岩的各向异性流变力学特性，通过对层状脆性绿片岩试件进行单轴压缩蠕变试验，研究脆性层状岩石材料的各向异性蠕变规律。按层理面倾角大小共加工6个试件，分级加载均为4个应力水平，最大值与初始地应力接近。试验结果表明，绿片岩试件蠕变曲线存在瞬时应变、衰减蠕变和稳定蠕变，未出现加速蠕变阶段。根据试验结果得到瞬时弹性模量和稳定蠕变阶段的蠕变速率。分析表明，绿片岩试件的瞬时弹性模量随着应力水平的提高而提高，并趋于稳定，其中层理倾斜的试件瞬时弹性模量更高；蠕变速率随着应力水平的提高而提高，并随着层理面倾角的增大而增大，层理面倾角接近材料的破裂角时，试件的轴向蠕变速率最大。

层状盐岩能源储库典型夹层渗透特性及其密闭性能研究500-506

摘要：夹层的渗透率是深部层状盐岩中能源储库密闭性评价的关键参数。针对我国深部层状盐岩中常见的3种典型夹层，采用稳态气测法测试了渗透率并给出密闭性分析结果。研究指出：（1）3类典型夹层的低渗特征明显，渗透率均为10-2～10-5 mD；但各盐矿区的夹层岩性及地质条件差别较大，导致渗透率出现较明显差异，其中以平顶山硬石膏泥岩的渗透率最低、渗透率变化范围居中；金坛灰质泥岩渗透率次之、变化范围却最大；而淮安含盐泥岩渗透率最高、变化范围最小。（2）静水压力对渗透率的影响极为显著，具体表现为静水压力越大渗透率越低；存在某一“压密临界压力”，当静水压力位于该值前渗透率随静水压力增大而急剧下降（下降1～2个数量级），超过该值后渗透率降低很小并渐趋于平缓；静水压力与渗透率基本满足K AP-=B （K为渗透率；P为静水压力；A，B为拟合参数）的拟合关系。（3）渗透率随静水压力变化的内在机制是测试岩心具有可压缩性，但压缩效果随压力增大逐渐减小，到一定程度后增加压力也无法使岩体进一步压密，从而导致渗透率渐趋于恒定。以上研究表明，中国层状盐岩的典型夹层均具有较低的渗透率，可基本满足能源储库的密闭性要求。

基于Copula理论岩体质量Q值及波速与变形模量多变量相关性研究507-513

摘要：以锦屏I级水电站坝址大理岩岩体原位变形试验和勘察结果为例，在分析岩体变形模量Em、纵波波速Vp以及岩体质量指标Q值间的两两相关关系的基础上，利用Copula函数能够描述多变量相关性的优点，构造了拟合Em，Vp和Q值间关系的最优Copula函数，并在岩体变形模量估值中进行运用。研究结果表明，三维Clayton Copula函数是拟合岩体波速Vp，Q值和变形模量mE间相关关系最优Copula函数。利用构造的Em-Vp-Q间关系的最优Copula函数求条件概率，可在已知岩体Vp和Q值条件下计算其他方法对变形模量估值的保证率，或者计算具有一定保证率的岩体变形模量估值，得到具有最优拟合的变形模量估值。该方法建立多因素间的相关关系，使现场试验和勘察的数据得到充分利用，为建立岩体变形模量与岩体参数间相关关系及估值提供一种新的途径。

坝基岩体开挖松弛效应分析与锚固效果评估研究514-522

摘要：针对坝基岩体开挖松弛这类特殊岩石力学问题，系统分析研究松弛判据及参数取值、松弛效应的有限元算法等关键技术问题，基于锚固室内试验和现场试验，推导坝基锚固措施对抗剪安全度效应的经验公式，建立一套简明实用的岩体开挖松弛和锚固分析评估有限元算法。以小湾拱坝为背景，得到坝基岩体松弛的时空特征，对比分析2种锚固方案下小湾拱坝的应力和位移、坝基浅部特征截面特征点安全度和锚杆应力等。计算得到应力-应变场结果与现场监测成果符合较好，说明该研究成果的可靠性和实用性，该研究成果已为设计决策提供依据。

柱面波在节理岩体中的传播特性523-530

摘要：柱面波在节理岩体中传播规律的分析对于岩石工程特别是采矿工程和地下工程具有重要的研究意义。基于波阵面的动量守恒和节理的位移不连续理论，首先对入射柱面P波与线弹性节理之间的相互作用关系进行定量分析，推导应力波通过单节理的传播方程。根据应力波的几何扩散性，进一步分析柱面波的能量衰减。当波阵面相对节理面垂直和倾斜2种情况时，分别计算出相应的透射和反射系数，并将计算结果和波阵面为平面的情况进行对比，结果吻合较好。最后开展参数研究，分析节理不同位置处的透射波及波源节理距离和节理的刚度对柱面 P波在节理岩体中传播影响的规律。

关角隧道F2-1断层破碎带支护结构优化设计531-538

摘要：依托关角隧道F2-1断层破碎带段，开展断层破碎带隧道支护结构优化设计研究。对采用原设计方案的支护结构位移、围岩压力、钢架应力、锚杆轴力进行现场监测，结果表明：施工工序对支护结构影响明显；钢架最大应力超过钢架强度，围岩压力分布不均匀，锚杆作用效果不明显，说明现有的施工方案无法满足施工安全要求，需要及时对其调整；经综合分析，提出提高钢架刚度、设置临时横撑、边墙小导管注浆等一系列改进措施，并采用数值计算软件 FLAC3D验证其可行性。通过现场实施及监测结果的反馈，证明改进措施效果明显，研究成果可为断层破碎带隧道支护参数的确定提供理论依据和基础数据。

温缩等间距表面裂纹扩展的数值模拟及其机制研究549-557

摘要：低温表面裂缝广泛存在于各种脆性材料和各个领域中，成为工程隐患或直接影响到结构的使用性能，为更深入地理解这一现象的机制，考虑到材料细观层次上的非均质性，采用数值模拟对双层模型在上层整体均匀降温和上层表面低温随时间向下传递收缩2种条件下模型的温度应力分布、裂纹扩展过程及其机制进行研究。首先以预制裂纹且上层整体均匀降温为例，研究两相邻裂纹间的应力状态，发现两裂纹的中间位置应力最大，且随着裂纹间距的减小，水平应力 xσ由拉应力不断减小并逐渐变为压应力，其裂纹饱和对应的裂纹间距（S）与层厚（h）比值的临界值（/）S t 约为3.0。其次，利用未预制裂纹的双层模型，分别对上层整体均匀降温至-40℃和上层表面降cr温到-35℃并向下温度传导（温度冲击）2种降温条件进行研究。结果表明，2种条件下裂纹的形成模式存在相同之处：首条裂纹插入到模型上层中间，新生裂纹相继插入到两已有裂纹或者已有裂纹与端部中间附近，直至裂纹饱和；而不同之处在于，整体降温形成的裂纹不但会由表及里扩展，也会在上层中间萌生；而温度冲击形成的裂纹只会由表及里扩展，并且裂纹总数更多。研究结果再现了降温收缩条件下微裂纹萌生、扩展和饱和3个阶段以及温度冲击条件下模型中热传导的过程，通过2种温度加载条件的对比，提出采用温度传导效果更好的材料加快温度传递，有助于减少路面结构产生的表面裂纹。

冻融循环对砂浆岩石锚杆锚固力影响的试验研究558-566

摘要：针对春季融雪期温度周期性变化导致砂浆岩石锚杆支护结构锚固性能劣化的现象，研究冻融循环对其锚固能力的影响。利用室内模型试验得到不同冻融循环周期下锚杆位移和锚固力的大小，以及锚杆应力、围岩应力、锚杆和砂浆交结面剪应力的变化，从锚杆荷载传递机制出发，研究冻融循环作用下锚杆的破坏模式和影响锚杆锚固性能的主要原因。研究结果表明：冻融循环使砂浆弹性模量和强度降低，加载端砂浆破坏提前，加快了荷载向锚杆深处的传递，锚杆深处应力及锚杆与砂浆交结面的剪应力增大。冻融循环作用下锚杆极限荷载降低，变形增大，且随着冻融周期的增加，荷载-位移曲线的拐点和钢筋滑移曲线的水平段出现提前，锚杆破坏时的极限荷载降低，变形增大。

斜井液氮补强冻结温度场分布特征567-574

摘要：针对地下有流水时盐水帷幕冻结方法无法形成封闭冻结壁的情况，采用液氮低温快速冻结的方式对未封闭区域进行补强冻结，对施工过程中土体的温度场分布进行监测和分析，得出以下基本结论：冻结管出口氮气温度低于-100℃时，冻结管内处于氮气和液氮的混合状态，可以有效发挥液氮快速冻结的优势，而供液管上开孔的结构，会影响冻结管内不同位置液氮量的分布，从而影响冻结效果。由于地下水流动会带走部分冷量，冻结区域封闭前后，土体降温速度差别较大，并且地下水的流动会影响冻结壁温度场的分布规律。由于液氮气化温度低，所以冻结形成的冻结壁温度梯度大，均匀性较差；停止冻结后，冻结孔位置土体温度升高迅速，而远离冻结孔的土体升温缓慢，这样缩小了冻结壁内的温度梯度。研究结果表明，利用液氮快速冻结的特点，进行盐水帷幕冻结下的补强冻结，可以有效封堵地下流水，解决盐水冻结不能形成封闭冻结帷幕的难题。

地下水封洞库岩体渗透系数估算研究575-580

摘要：在分析现有主要岩体渗透系数估算模型适宜性的基础上，根据地下水封洞库区岩体渗透性特征，依据烟台LPG洞库岩体渗透系数测试数据，以岩石质量指标（RQD）、岩体完整性指标（RID）、裂隙宽度指标（AD）、岩石渗透性指标（LPD）为建模指标，建立地下水封洞库岩体渗透系数估算模型--RMP模型，并采用该RMP模型估算青岛地下水封洞库区14个钻孔277段岩体的渗透系数。研究结果表明，青岛地下水封洞库岩体渗透系数空间分布随机性较大，其中57.04%的渗透系数集中于10-4 m/d≤K＜10-3 m/d的区间内。研究成果对地下水封洞库工程的水幕系统设计和水封效果评价具有一定理论意义和工程参考价值。

静力循环加载与动力重复冲击下岩石破坏全过程对比试验研究581-585

摘要：采用岩石刚性试验机和分离式霍普金森压杆分别对岩石试件进行静力循环加载和动力重复冲击试验，获得2种载荷下的应力-应变关系曲线，特别是得到难以获取的动力重复冲击下破坏全过程的应力-应变关系曲线。对比2种载荷作用下的应力-应变曲线，除应变率效应外，两者有诸多相似之处：破坏过程均是渐进的，经历了屈服、开裂、粉碎等阶段；在应力-应变关系上大致都可分为弹性、强化、软化和残余等几个部分；过极限承载点后承载能力和模量都逐渐降低。对比试验研究表明，可通过岩石的静力循环加载试验结果来大致推算动力重复冲击下的基本力学特性。

水分对煤体瓦斯吸附及径向渗流影响试验研究586-593

摘要：为了解水力化钻孔周围煤体瓦斯径向渗流特性，利用自行研制的径向瓦斯渗流试验系统，对青东煤矿突出煤层试样，进行干燥煤样、液态水润湿煤样、吸附瓦斯后高压注水煤样的等温解吸及径向稳态渗流试验。结果表明：（1）相同平衡压力下，高压注水煤样等温吸附量高于干燥煤样，均显著高于液态水润湿煤样的吸附量。（2）随含水率增加液态水润湿煤样等温吸附量逐渐降低，呈对数函数关系，得出各系数随吸附压力变化的拟合函数。（3）相同覆压下，高压注水煤样瓦斯渗透率显著高于干燥煤样渗透率，液态水润湿煤样渗透率略低于干燥煤样渗透率；且液态水润湿煤渗透率随含水率增加而降低，在低瓦斯压力阶段尤为显著。根据试验结果分析水分对径向瓦斯渗流特性的影响机制，并指出水力化钻孔径向瓦斯流动经过原始解吸渗流区、压力水抑制解吸渗流区、液态水自然润湿解吸渗流区3个区域。

土体冻胀敏感性评价594-605

摘要：假定冻胀是由冻土内冰透镜体的生长引起的；冰透镜体的生长由热力学 Clapeyron 方程控制，并且依赖于已冻结区与未冻结区之间冻结缘是否存在。未冻水和冰共存于冻结缘的孔隙中；冰水交界面处的吸力使水产生流动，并为冰透镜体的生长补给水分。同时，通过定义1个新的简单的“有效应力”的概念，来判断是否会萌生新的冰透镜体，并提出1个简单的冻胀模型。该模型仅通过几个简单的土的参数，就可以计算土体冻胀量及冻结深度。在此基础上，利用所建立的模型对不同土的冻胀敏感性进行分析。土的冻胀敏感性必须结合环境条件来评估，如上覆压力、温度梯度、降温速率及地下水位埋深等；而某些土在传统的分类中属于弱冻胀土，但在一定环境条件下，仍会产生显著的冻胀量或冻胀压力。

黏性土地层中盾构隧道开挖面支护压力计算方法探讨606-614

摘要：盾构隧道开挖面支护压力的确定一直是隧道工程界普遍关注的核心问题之一。对开挖面支护压力计算的6种模型进行深入的讨论，并在此基础上，针对黏性土地层的特点，修正著名的 Horn 筒仓模型，推导考虑土拱效应的黏性土开挖面支护压力计算公式。以钱江隧道工程为背景，详细分析开挖面支护压力7种确定方法的计算结果，论证各计算方法的工程实用性，并对计算参数的选取进行讨论，为类似工程提供重要的建议值。