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08期杂志 文档列表

一种冲击地压多参量前兆信息辨识模型及方法1513-1519

摘要：针对冲击地压预警困难这一难题，基于地音监测提出一种新的前兆信息辨识模型及方法。在固定大小的时间窗口内对地音监测信号进行时频域特征提取，得到11个表征冲击地压灾害前兆的多维特征向量，以实际地音监测数据为训练样本，基于SVM理论建立冲击地压多参量前兆信息辨识模型；提出一种新的SVM学习方法，用于解决工程实际应用中的大规模不平衡数据集训练问题，提高SVM分类准确率及速度。利用地音实测数据作为学习样本对支持向量机进行训练，建立相应的前兆辨识模型进行辨识，准确率达到93.87%。实验分析表明，这种方法有效可靠，样本辨识速度快，能够满足在线监测要求，具有工程应用前景。

基于Kalman滤波融合算法的库区滑坡动态变形监测综合信息提取1520-1525

摘要：为了消除和减小滑坡变形多点监测中的误差，正确评价滑坡体的工程地质特性及其时效性，采用基于Kalman滤波的决策级融合方法对西南某滑坡变形进行动态分析。在融合监测年间的水平位移和垂直位移数据的基础上，综合判断滑坡体的依时性工程特性。融合结果表明该滑坡体先后经历缓慢变形期、匀速变形期、加速变形期和急剧变形期，表明该滑坡体具有阶段性变化的特点，且降雨入渗是诱发该滑坡发生位移变形的主要因素，结果符合滑坡体变形特征的自然规律。同时修正了传统方法不考虑传感器自身因素的局限性，合理利用融合方法的互补性，消除了部分传感器采集数据的模糊性、不确定性和随机性，证明该方法在滑坡动态变形监测与分析中具有有效性和可行性。

增层开挖对既有建筑物桩基承载刚度影响分析1526-1535

摘要：既有建筑地下增层开挖，会引起原桩-土体系加载刚度改变，从而影响桩基在增层改造后的承载性能。基于单桩模型，应用 Mindlin 附加应力解考虑开挖引起的竖向有效应力变化，分别计算开挖前后桩侧和桩端极限阻力。在建立桩侧和桩端双曲线型荷载传递函数基础上，针对某工程案例，分析开挖前后桩侧和桩端刚度以及桩顶荷载-位移曲线变化情况、讨论承载力降低系数随沉降控制值的变化规律以及初始刚度降低系数和极限阻力降低系数随开挖深度和卸荷比的变化规律。结果显示，随增层开挖深度增加，初始刚度和极限阻力降低系数均减小，土层离开挖面越近，其值越小；随卸荷比增加，初始刚度和极限阻力降低系数均减小，土层强度越低，其值越小；开挖深度一定时，桩侧初始刚度和极限阻力降低系数小于桩端，且初始刚度降低系数小于极限阻力降低系数；承载力降低系数随沉降控制值增大而增大，并趋于稳定。

测试断裂韧度的一类边裂纹平台圆环（盘）试样：数值分析和标定结果1546-1555

摘要：提出测试 I 型断裂韧度的一类新型试样，包括边裂纹平台圆环、边裂纹平台半圆环、边裂纹平台半圆盘，以及它们没有平台的情况，一共6种构型。采用有限元方法标定这一类边裂纹平台（半）圆环（盘）的量纲一化的应力强度因子，分析其变化规律，并给出相应的曲线拟合公式。结果显示，边裂纹（平台）圆环试样量纲一化的应力强度因子-裂纹长度曲线具有先升后降的特殊性质，这使得它们的测试临界点容易从对应的载荷-位移曲线判断和确定，可以方便地测试材料的断裂韧度。边裂纹平台半圆盘也有类似的性质，但试样宜选取较大的平台角，而边裂纹半圆盘和边裂纹（平台）半圆环却没有这种性质。此外，经过初步试验，用边裂纹平台半圆盘和边裂纹平台半圆环试样测得砂岩的断裂韧度，与用国际岩石力学学会建议试样所测结果吻合。

光滑接触条件下隧洞支护断面形状优化1563-1571

摘要：假定衬砌与围岩为光滑接触，在满足隧洞净空尺寸和衬砌厚度的前提下，以使衬砌内边界上的切向应力最小为优化准则，寻求最优的支护断面形状。寻优过程是解决一类几何反问题的过程，相应的正问题运用平面弹性复变函数中的保角变换方法进行求解。寻优时，衬砌内边界的切向应力即为优化的目标函数，映射函数系数为设计变量。运用混合罚函数优化方法寻找目标函数的极小值，可以获得能满足给定约束条件的最优支护断面形状。优化后的衬砌断面形状可以最大限度地改善隧洞衬砌的应力状态，保证衬砌内边界获得最小的应力集中。

程潮铁矿西区地下开采引起的地表变形规律初探1572-1588

摘要：以湖北鄂州程潮铁矿西区为例，依据近6 a的地表水平位移、沉降位移变形监测成果，对地下开采引起的地表变形规律进行分析。结果表明：程潮铁矿西区从地表塌陷至今，等值线、移动线和陷落线在矿区东北端扩展最多，并且在2010年1月，设置的关卡门至措施井往西约150 m的矿区公路（以下简称矿区公路）、粉矿堆场及运输隧道东南端处的地表岩体突然加速，究其原因是矿区水平应力得到较大程度的释放，特别是东北端，使得矿区公路和粉矿堆场处深部岩体开始形成弯曲折断面，目前进入沿着高陡倾角的拉张裂缝向采空区的倾倒滑移破坏阶段，地表岩体以快速变形为主，而运输隧道东南端处的深部岩体只是发生弯曲变形，地表岩体在经历较短时间的快速变形之后，又线性稳定增长，进入倾倒破坏阶段。其成果能为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。

裂缝干扰下页岩储层压裂形成复杂裂缝可行性1589-1596

摘要：为认清页岩储层先压开裂缝应力干扰对后续压裂形成复杂裂缝的影响规律，指导页岩储层压裂优化设计，以均质、各向同性的二维平面人工裂缝模型为基础，利用位移不连续理论，推导建立非等裂缝半长、非等间距和任意裂缝倾角的水力裂缝诱导应力干扰数学模型，结合页岩储层复杂裂缝形成的地应力条件，判断不同射孔方式、裂缝参数和原始主应力条件下压裂形成复杂裂缝的可行性。结果表明，分段多簇射孔、多簇同时起裂方式比单段射孔、单段起裂方式应力干扰更强，更利于页岩储层形成复杂裂缝；压开裂缝的长度越长、净压力越大，裂缝诱导应力干扰越强，后续压裂形成复杂缝的可行性越大；距离先压裂缝，存在最利于后续裂缝形成复杂裂缝的位置；原始最大、最小水平主应力差太大的页岩储层利用裂缝应力干扰也达不到有效形成复杂裂缝的地应力条件，不宜将压裂形成复杂裂缝作为储层改造的主要目的。

考虑围压影响的深埋圆隧围岩应变软化与剪胀特性分析1597-1608

摘要：不同围压下岩石应变软化与剪胀特性不同，若在隧洞开挖中考虑围岩塑性区域内变化围压影响，其应力-应变场求解方式将区别于既有文献中的传统方法。根据围压影响下应变软化围岩的临界塑性剪切应变变化特征，给出改进的判断围岩是否进入塑性残余区域的规则；引入考虑围压与临界塑性剪切应变的非线性剪胀模型。基于Hoek-Brown屈服准则，根据一定径向应力增量将围岩塑性软化与残余区域分层，采用有限差分法对围岩应力-应变场进行求解；为分析围压对围岩稳定性的影响，根据临界塑性剪切应变与剪胀系数变化与否，设定4种非线性力学模型，深入分析并比较4种力学模型下临界塑性剪切应变、剪胀系数与围岩变形等在塑性软化与残余区域的分布规律。研究结果表明：地质强度指标GSI较小时，考虑围压影响下的围岩应力-应变场与未考虑时差异明显；此时临界塑性剪切应变的减小对开挖边界的围岩剪胀性具一定抑制作用。

低矮路堤下膨胀土地基现场浸水试验研究1609-1618

摘要：为研究低矮路堤下中-强膨胀土地基浸水饱和后的变形特性，依托云桂高速铁路建设，通过人工浸水方式开展不同高度等尺寸路基现场浸水试验。试验采用砂孔、砂槽及砂垫层等方式多面浸水，并同步观测路基填土期、稳载期及人工浸水期地基表面与路基表面的变形。研究结果表明：从路基填筑开始到人工浸水结束，膨胀土地基的变形曲线呈“S”型分布。沿路基横断面方向，地基表面的膨胀变量呈“锅底”型分布，路基表面的膨胀变量呈“V”型分布，地基表面的相对膨胀量随路基填高的增加而呈线性递减。通过对比不同路基填高的相对膨胀量表明，地基表面的相对膨胀量均大于路基表面的相对膨胀量，地基表面的膨胀变形沿路基本体呈衰减变化。在试验成果的基础上，初步提出以路基表面膨胀变形为0作为控制标准确定路基临界填高的设计思路。现场试验的设计原则与实施方法也可为今后研究铁路路基下膨胀土地基胀缩特性提供参考。

本刊2014年第5，6期被EI COMPENDEX分别收录24，22篇（100％收录）1625-1625

Mont Terri试验场Mine-by巷道开挖近场响应模拟分析1626-1634

摘要：瑞士Mont Terri地下实验室于2008年构建Mine-by（MB） Niche巷道，并围绕其中的MB Niche 2进行开挖诱发Opalinus Clay黏土岩围岩变形及流固耦合特征的现场实测分析。以MB Niche 2巷道为背景工程，利用基于双应变胡克模型（TPHM）的数值模拟方法，对MB Niche 2巷道的开挖过程进行模拟分析，计算结果较为准确地反映开挖卸载诱发的近场围岩变形行为、损伤区及孔隙水压力演化特征。模拟结果显示，巷道拱顶径向位移可达甚至超过10 mm，两帮破坏深度可达1.4 m，孔隙压力的扰动区最远可出现在掌子面前方11 m左右，最大孔隙压力可抬升至3.3 MPa，模拟结果与现场实测值表现出较好的一致性。基于双应变胡克模型TPHM的计算结果较基于传统胡克模型SPHM的计算结果更趋于符合实际，这在一定程度上反映出TPHM较好地捕捉到岩石中孔隙、裂隙等的自然应变（真应变）的物理本质，强调合适的本构模型在卸荷开挖工程问题模拟分析中的重要性。

三峡库区巫峡段反倾岩石边坡的破坏机制及判据1635-1643

摘要：三峡库区巫峡段龚家坊2#斜坡属反倾岩石边坡，发育薄厚互层和软硬相间的岩体结构，在库水位抬升后发生了大型滑塌。为了研究该类岩石边坡的破坏机制和判据，基于龚家坊2#斜坡岩体结构的调查成果，分析厚薄互层的反倾岩石斜坡弯曲变形过程，及库水作用下斜坡的破坏机制。基于叠合悬臂梁模型、独立悬臂梁模型，提出薄厚互层反倾岩石斜坡各破坏阶段的应力判据。采用有限元分析库水软化作用下，龚家坊2#斜坡岩石的强度折减参数及变形破坏规律。研究结果表明：（1）上硬（嘉陵江组）下软（大冶组）的沉积结构和快速下切的河谷，是巫峡龚家坊至独龙段反倾斜坡普遍发育弯曲变形的关键因素；（2）厚薄相间的岩层结构，使反倾岩石边坡表现为多阶段破坏，其中，薄层弯曲岩层和厚层坚硬岩层，分别以叠合悬臂梁模型和独立悬臂梁模型建立破坏判据；（3）库水对该区薄层泥灰岩软化后的抗剪强度小于天然强度的85%，斜坡发生自下而上的渐进式破坏。

基于到时差值的微震波异常信号识别方法1654-1661

摘要：延迟信号和外部异常信号严重影响微震震源定位精度，为了对它们进行有效识别，基于震源定位理论和微震台网几何特性，建立震源定位的双曲线和双曲面控制方程，揭示到时不同震源定位方法所确定的震源轨迹是一系列二维平面中的双曲线或三维空间中的双曲面，且双曲线或双曲面的形状和位置与到时差值密切相关。论证传感器观测到时之间存在P波到时差值理论极限和延迟信号到时差值理论极限，根据到时差值、微震台网布设和监测空间几何特征，构建2种理论极限的求解模型，建立到时差值分析表，提出根据观测到时差值和2种到时差值理论极限内在关系识别延迟信号和外部异常信号的全新方法。现场爆破实验表明：基于到时差值的微震波异常信号识别方法能够对延迟信号和外部异常信号进行有效识别，在剔除2种异常信号后的震源定位精度得到极大提高，实现对震源的高精度定位，满足现场微震监测需求。

岩石循环冲击损伤演化模型及静载荷对损伤累积的影响1662-1671

摘要：为系统、深入探索静载荷与循环冲击组合作用下岩石疲劳力学性能及其影响因素，研究建立岩石损伤累积演化模型，并探索静载荷对岩石损伤累积的影响。基于静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤累积演化具有“快速上升→平缓发展→急速上升”的趋势，并与S型曲线进行对比，将Logistic函数进行逆变换，建立静载荷与循环冲击作用下岩石损伤累积演化的数学模型。将模型中3个参数值固定，变化另一参数值的大小，分析所得损伤曲线簇的变化规律，确定损伤演化模型中参数的物理意义。基于最小二乘逼近理论，建立损伤模型拟合的目标函数，通过在Matlab中编写拟合程序，得到损伤模型的拟合方法。最后用试验数据验证模型的正确性。利用损伤模型拟合不同静载荷下岩石循环冲击的损伤试验结果，分析模型中参数与静载荷间的关系，研究静载荷的大小对岩石损伤累积演化的影响。结果表明，该损伤模型理论依据充分，关系式简单，参数物理意义明确，能表征静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤累积演化的初始阶段、低速阶段和加速阶段，能体现出轴压和围压对岩石损伤累积演化的影响。围压和轴压的大小影响岩石疲劳损伤的演化趋势，围压越大，轴压大小的变化对参数α，β和η的影响越小；无论轴压大小如何变化，围压大小的变化始终影响岩石损伤累积演化趋势。

云桂高速铁路不同防水层基床动力特性现场试验1672-1678

摘要：结合云桂（昆明-南宁）铁路典型膨胀土路堑基床综合试验段的大型激振试验，分析不同防排水层基床在极端服役环境（干燥和浸水）下的动力特性。试验结果表明：（1）服役环境影响基床动力特性参数（动应力、速度和加速度）的绝对值大小，但不影响其衰减规律，动力特性参数的衰减规律与防水结构层刚度有关；（2）相比于改性水泥基防水结构层剖面，在距激振设备6 m范围内，复合防排水板剖面路基面的动位移相对较大；（3）改性水泥基防水结构层具有较大刚度和良好的抗渗性，能够有效解决复合防排水板易破损和搭接缝渗漏问题，这对保证膨胀土路堑基床的长期稳定性具有重要意义。

渗流-应力耦合作用下碎屑岩流变特性和渗透演化机制试验研究1679-1690

摘要：基于物理和常规变形特性分析，认为某水电站坝基碎屑岩力学特性异常复杂，故采用岩石三轴伺服仪开展渗流-应力耦合作用下的流变和渗透特性试验研究。首先绘制流变全程试验曲线，探讨轴向、侧向及体积流变特性和速率变化规律；其次对流变过程中渗流规律和演化机制进行详细分析；最后，对破坏岩样开展微细观电镜扫描试验，研究宏微观破坏机制。结果表明，碎屑岩表现出显著的流变力学特性，流变曲线主要分为初始衰减和稳态流变两阶段，且最后级应力施加后呈现快速流变现象；应力和渗透压力增加导致流变变形加剧，围压对流变变形存在限制作用；最终破坏表现出轴向压缩变形过大、体积延性扩容明显、稳态流变速率较大等特点，且流变速率与应力符合指数增加关系。鉴于岩样的非均质性，加载作用导致渗透系数变化存在部分波动，但整体呈降低的趋势。稳态流变阶段，渗透系数恢复至平缓线性下降趋势，说明波动对渗透率的整体演化无显著影响，且围压增加导致渗透系数降低。试验结果旨在为渗流-应力耦合作用下岩石工程长期稳定分析及流变模型构建提供可靠的依据。

锦屏二级水电站引水隧洞大型原位试验研究I--试验方案1691-1701

摘要：大型原位试验是研究复杂工程问题的重要手段。锦屏二级引水隧洞的建设过程中，在埋深1850 m深度针对TBM开挖的3#引水隧洞设计并实施原位试验。原位试验的内容包括：应力监测（空心包体和弦式）了解隧洞开挖过程中围岩应力状态的动态发展变化；声发射监测了解围岩应力调整过程中微破裂发生的位置和范围；松动圈测试确定围岩的开挖损伤深度；围岩变形监测（光纤光栅和多点位移计）了解隧洞的变形特征；数字钻孔摄像直观地观察围岩宏观破裂发展过程。本文是系列文章中的第一篇，介绍工程背景、试验的设计和试验区域地质结构的精细描述。

锦屏二级水电站引水隧洞大型原位试验研究II--试验成果分析1702-1710

摘要：在已有研究的基础上介绍原位试验的监测成果。本次原位试验显示引水隧洞掘进过程中，掌子面前方1.2倍洞径的围岩即会产生位移和应力变化，同时也会产生一些微破裂，掌子面后方0～10 m的范围是应力变化最剧烈的区段。声发射监测显示掌子面前方-5 m至掌子面后方10 m的范围是围岩损伤破裂密集产生的区段，掌子面后方超过10 m区段围岩的损伤破裂基本趋于稳定。光纤光栅监测成果显示靠近洞壁破围岩损伤比较严重的区域会出现滞后破裂现象，即掌子面效应完全消失后，一些浅表层的微裂纹会仍会形成宏观裂纹。引水隧洞开挖后右侧拱肩的围岩损伤最为严重，深度约3 m。多点位移计测试成果显示隧洞开挖过程中围岩的变形问题并不突出，深埋隧洞的监测工作应以松动圈测试、锚杆应力监测、围岩应力监测、光纤光栅监测和声发射监测为主，辅以适量的多点位移计监测。