《岩石力学与工程学报》征稿简则
硬脆岩石的微观颗粒模型及其卸荷岩爆效应研究
摘要：为准确反映硬脆岩石的力学特性并对其卸荷岩爆效应进行合理模拟,从微观层面建立了硬脆岩石的力学模型。首先依据花岗岩岩样的衍射测试确定了模拟岩样的微观结构,其次从能量发展和应力–应变2个角度确定了硬脆特性的评价指标,借助评价指标进行岩样的颗粒效应分析和力学性能调控,进而构建了一种反映岩石硬脆特性的微观颗粒模型"可视构架"(基于现有岩样结构,颗粒与黏结参数需保持的趋势和量值限制)。应用模型并采用颗粒流程序PFC3D对不同围压三轴卸荷下的岩爆效应进行模拟分析,结果表明:岩样的低围压卸荷与高围压卸荷都体现出以张拉性质为主导的黏结断裂,但高围压卸荷比低围压卸荷有更高的张拉断裂比重,体现出更明显的脆性破裂性质,应力跌落曲线表现得更为陡直;低围压卸荷下颗粒动能在破裂过程中均有所发展,岩爆效应体现出"持续型"特点,高围压卸荷下颗粒动能则表现出明显的差异性,岩爆效应体现出"爆发型"特点。层理对页岩水力裂缝扩展的影响研究
摘要：层理、裂隙等结构面的存在是实现页岩气藏储层体积改造的前提。为分析层理对页岩水力裂缝扩展的影响,在各向异性材料裂纹尖端应力场分布特征的基础上,开展切口与层理呈不同方位的圆柱形试样三点弯曲试验,研究页岩断裂韧性的各向异性特征,并揭示其断裂机制的各向异性,进而根据真三轴条件下页岩水力裂缝的延伸规律,探讨了层理在页岩网状压裂缝形成过程中的重要作用,结果表明:(1)各向异性材料裂纹尖端的应力场和位移场不仅由应力强度因子决定,还与材料的弹性常数有关;(2)切口与层理呈crack-arrester,crack-divider和crack-splitter三种方位时,页岩断裂韧性在crack-arrester时最大,crack-splitter时最小,各向异性显著,而层理面开裂和断裂路径偏移是引起断裂韧性各向异性的主要原因;(3)页岩层理的弱胶结作用使其断裂韧性较小,阻止裂纹失稳扩展的能力较弱,而在垂直层理方向,断裂韧性较大,阻止裂纹扩展的能力较强,当水力裂缝垂直层理扩展时,在弱层理面处会发生分叉、转向,且在继续延伸的过程中会进一步沟通天然裂缝或弱层理面而形成复杂的裂缝网络,达到体积压裂。研究结果可为深入认识页岩气藏储层体积压裂形成条件及机制提供一定参考。冲击载荷作用下含孔洞大理岩动态力学破坏特性试验研究
摘要：利用一种大理岩试件加工制备含圆形和椭圆形孔洞的板状试样,试样尺寸为60 mm×60 mm×15 mm,使用75 mm杆径的分离式霍普金森压杆(SHPB)进行冲击压缩试验,通过超动态应变仪监测入射杆和透射杆的应变信号,利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,分析冲击载荷作用下预制孔洞试样的动态抗压强度、破坏模式和裂纹扩展特性。研究发现,孔洞大小、形状和空间位置对岩石的动态抗压强度都有一定影响,孔洞的存在降低了大理岩试样的动态抗压强度。在冲击载荷作用下,预制中心孔洞的大理岩试样在孔洞周边产生平行于轴向加载方向的初始拉伸裂纹和类X型初始剪切裂纹,在试件破坏中起主导作用。圆形孔洞试样中,随着孔径增大,剪切裂纹扩展速度随之增大,而拉伸裂纹扩展速度则减小;椭圆形孔洞的长短轴比、长轴与加载方向的夹角均是影响裂纹扩展速度和动态抗压强度的因素。在30~45 s-1的加载应变率范围内,大理岩孔洞试样的平均裂纹扩展速度为100~450 m/s。基于夹持效应的普立特大桥隧道锚现场模型试验研究
摘要：为揭示隧道锚围岩夹持效应的力学机制,认识隧道锚围岩破坏模式并确定极限抗拔能力,进行圆台形锚体和圆柱形锚体的夹持效应对比试验。试验选择在普立特大桥隧道锚碇区勘探斜洞的2条平行支洞内进行,2种模型试体的侧面积和高度相同,以定量比较因夹持作用引起的隧道锚围岩极限抗拔能力的差别。试验结果表明,与圆柱形锚体模型相比,圆台形锚体模型因存在夹持效应,破坏前的变形量、围岩变形影响范围、破坏时的极限荷载明显增大。圆柱形锚体发生锚体混凝土与围岩接触面破坏,脆性破坏明显。圆台形锚体发生围岩沿不利结构面破坏,且破坏前经历了很长的屈服变形阶段,两者破坏模式完全不同。提出了夹持效应系数的概念及其计算模式,得出弹性阶段夹持效应系数、极限强度夹持效应系数分别为4.48,4.54。夹持效应产生的抗拔能力远远大于混凝土与岩体接触面的抗剪强度,是隧道锚抗拔能力的主要支撑。本刊2014年第11,12期被EI COMPENDEX分别收录21,26篇(100%收录)
锚杆格构支护边坡振动台模型试验研究
摘要：以锚杆格构支护的均值土坡为研究对象,设计并完成了几何相似常数为15的硅胶边坡模型振动台试验,研究了支护结构的动力地震响应特征。通过试验,得出如下结论:(1)在同一正弦波激励下,格构同一测点的动应变值的变化范围是基本保持不变的,与正弦波激励的变化规律一致。但在破坏阶段,测点的动应变值表现为无规律的变化且应变值均较大。(2)同一激励下,横、纵格构梁的受力水平是基本相平的;对于同一行格构,中间应变值较大;同一列格构,由上到下呈"大→小→大→小"的变化特征,说明边坡竖向变形变化很大且受锚杆约束的影响;格构梁的不同部位受力不同,需要对薄弱部位进行补强。(3)相同频率下,格构测点的动应变值随着加速度的增大,整体上表现为递增趋势。(4)低频正弦波的频率较接近边坡的自振频率,坡体加速的动力响应就明显,边坡的相对位移则越大,因此,格构的动应变相应增大。试验结果表明,试验采用的硅胶边坡模型可用于边坡支护结构的动力响应分析,且模型可以重复使用,极大地降低了试验成本。地应力在石门揭构造软煤诱发煤与瓦斯突出中的作用
摘要：在基于相似模拟试验思想和地质力学模型试验新思路的基础上,在实验室搭建大型石门揭煤的煤与瓦斯突出试验平台,利用该试验平台研究石门揭构造软煤过程中煤岩应力的变化规律,同时结合数值模拟分析地应力在石门揭构造软煤诱发煤与瓦斯突出中的作用。结果表明:在石门揭煤过程中巷道前方围岩存在明显的应力集中,使煤体中积聚弹性潜能,增加煤体的瓦斯压力梯度,为突出的准备和孕育提供能量基础;发现地质构造断层附近存在明显的构造应力异常区并与由后期开挖导致的应力集中相互叠加,有利于形成自构造软煤向周围煤层深部扩展的大型突出。三轴应力作用下水对岩石应力松弛特性影响作用试验研究
摘要：采用RLJW–2000岩石三轴流变伺服仪,在相同试验条件下分别对干燥与饱水状态下的粉砂质泥岩进行室内三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析了松弛稳定后水对岩石总应力松弛量、总应力松弛度、松弛稳定时间、平均应力松弛速率的影响作用,并且分析了松弛过程中随时间的增加水对岩石应力松弛量、应力松弛度、应力松弛速率影响作用的变化趋势。考虑粉砂质泥岩流变参数的损伤劣化效应,以Hooke-Kelvin模型为基础,引入损伤变量对模型进行改进,建立了岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法,辨识得出干燥与饱水岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果,研究了水对岩石非线性应力松弛损伤模型参数的影响作用。研究结果表明:(1)由于水的影响作用,松弛稳定后粉砂质泥岩的总应力松弛量减少、总应力松弛度增大、松弛达到稳定的时间增长;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛量与应力松弛度的影响作用减弱。(2)由于水的影响作用,粉砂质泥岩的平均应力松弛速率减小,各时刻岩石的应力松弛速率降低;松弛过程中,随时间的增加,水对粉砂质泥岩应力松弛速率衰减的影响作用增强。(3)粉砂质泥岩应力松弛过程中,水对岩石的黏性力学特性影响作用较大,而对岩石的瞬时弹性和黏弹性力学特性影响作用相对较小。(4)粉砂质泥岩的应力松弛损伤受应变水平、时间以及水3种因素的共同影响,而非线性应力松弛损伤模型可以有效地反映3种因素对岩石应力松弛参数的综合损伤弱化作用。(5)水对粉砂质泥岩应力松弛特性的影响作用是极其显著的,水极大地增强了岩石的时效特征,改变了粉砂质泥岩的应力松弛特性。因此,在重大工程设计和施工中,不能忽视水对岩石应力松弛特性的影响作用。基于回转切削的岩石力学参数获取新思路
摘要：基于回转钻探和静力触探试验的综合优势,开发并进行系统地旋进式触探试验,在室内试验和理论推导的基础上进一步验证。从旋进式触探机制入手,根据切削、静压及钻压作用过程建立旋进式触探试验参数钻压、扭矩与每转进给量之间的关系曲线,结合室内试验成果进而以曲线斜率和钻削理论为依托推导出岩石的抗压强度、弹性模量、内摩擦角及黏聚力的计算公式。以粉煤灰砌块旋进式触探试验成果为例,按上述方法计算试样4大基本力学参数,与试验实测值进行验证。结果表明计算值与室内实测的基本力学参数值比较接近,论证了该方法的可行性和后续研究的可期待性。超低渗透砂岩储层同步压裂先导性矿场试验
摘要：为了探索同步压裂在超低渗透砂岩储层的适应性,提高超低渗透砂岩储层开发效果,以长庆油田陇东地区的双水平井阳平1井和阳平2井为试验井,对双水平井同步压裂机制以及压裂优化设计方法进行深入研究,并开展矿场试验。施工中裂缝延伸的微地震监测以及压后试油数据表明:压裂缝展布形态复杂,呈网络化扩展;阳平1井和阳平2井压后试油产量分别达到了132.3和109.5 m3/d,相比该井区直井压后试油平均产量14.1 m3/d分别提高了约9.4和7.8倍,反映双水平井同步压裂能实现对长庆油田超低渗透砂岩储层的充分改造,扩大水力裂缝对储层流体流动的控制范围,提高采油速度和最终采收率。为此,双水平井同步压裂为长庆油田超低渗透储层的高效开发提供了增产工艺技术选择,具有巨大的推广价值和应用前景,对我国超低渗透储层的增储上产具有十分重要的现实意义。锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期高效三维可靠度分析
摘要：基于可靠度理论的边坡稳定性分析是一个重要的发展趋势,然而目前国内外关于复杂三维高边坡可靠度方面的研究几乎还是空白。以锦屏一级水电站左岸坝肩边坡为例,研究了施工阶段三维边坡可靠度问题。由于三维边坡稳定性分析有限差分强度折减法计算量较大,并且安全系数没有显式表达式,通过参数敏感性分析减少随机变量数目,提出三维边坡可靠度分析的非侵入式随机有限差分法。探讨了预应力锚索和深层混凝土抗剪洞2种主要加固措施失效对边坡变形、稳定及其可靠度的影响规律。研究了施工阶段边坡横河向位移、安全系数以及失效概率的变化规律。结果表明:参数敏感性分析可以有效地识别敏感性较大的随机变量,从而提高边坡可靠度计算效率。非侵入式随机有限差分法实现了概率分析与通用商业软件如FLAC3D的有机结合,极大地简化了可靠度分析过程,而且能充分利用参数敏感性分析中边坡稳定性计算结果,为解决三维高边坡可靠度问题提供一种有效的工具。此外,锦屏一级水电站左岸坝肩边坡所采取的预应力锚索和深层混凝土抗剪洞联合加固措施能够有效地控制边坡变形和确保边坡稳定性。施工阶段边坡开挖扰动作用对边坡稳定可靠度有着重要的影响。基于非稳定渗流过程的岩体渗透特性反演分析
摘要：考虑岩土体渗流场在工程施工及运行过程中的动态特征,依据水头和流量2类测点的实测时间序列数据,建立基于正交设计、非稳定渗流正分析、BP神经网络和遗传算法相结合的非稳定渗流场反演分析方法,在一定程度上体现了多目标优化、全过程反演的特点,较好地解决了岩体渗透系数反分析的唯一性与可靠性问题。为了避免在反问题中由于利用水头和流量2种类型观测资料所带来的量纲问题,将水头和流量时间序列数据误差项归一化后构造量纲一化的目标函数,并在目标函数中引入权系数w,从而避免寻优时某一类型观测信息占优。针对长河坝水电站基坑施工期涌水问题,根据施工期各渗压计、基坑渗漏量实测时间序列资料和上游河水变化过程曲线,采用上述方法反演了坝基岩土体的渗透系数。反演分析结果表明:渗压、流量测点的实测和计算时间序列数据吻合较好,反演给出的各岩土体渗透系数与现场钻孔压水试验得到的岩体渗透特性分级相符,从而论证了该反演分析方法的可行性和反演结果的可靠性。研究结果为进一步评价大坝正常蓄水后坝基防渗体系的有效性提供了依据。基覆边坡支挡结构的加速度放大系数数值与试验研究
摘要：以大理至瑞丽铁路沿线边坡支挡结构为研究对象,以汶川波作为输入地震波,对基覆(厚覆盖层和基岩)边坡的3种不同支挡结构在地震荷载下的动力特性进行数值模拟和振动台模型试验,再对比分析二者结果,主要研究基覆边坡在压缩汶川波XZ双向激励下支挡结构基覆边坡加速度响应规律,研究表明:数值结果与振动台模型试验结果规律基本一致,3种支挡结构的水平向加速度放大系数随着挡墙高度的增加而变大;锚杆框架梁竖向加速度放大系数随测点高度的增加均有增大的趋势;对于地震加速度响应特性而言,振动台模型试验的结果是合理的,数值模拟的结果是可靠的,但数值模拟值稍偏大。基于时间序列与PSO-SVR耦合模型的白水河滑坡位移预测研究
摘要：滑坡位移预测模型的选择及其参数的选取是滑坡位移预测中至关重要的2个问题,以往的模型在预测滑坡位移时具有诸多的限制和不足。以三峡库区白水河滑坡为研究对象,基于时间序列分析方法,分离提取出滑坡趋势性位移与周期性位移。前者主要受控于滑坡的内部因素(物质组成、地质构造、地形地貌等),可用最小二乘法对其进行多项式拟合并预测:后者是由外部影响因素(季节性降雨、库水位变动等)导致,取当月降雨量、双月降雨量、库水位高程、月间库水位变化量、双月库水位变化量和年间累计位移增量作为周期性位移的影响因子,提出采用可优化选参的粒子群优化算法(PSO)与支持向量机回归(SVR)相结合的方法对其进行预测;将各分位移预测值叠加得到累计位移预测值。运用多种方法进行分析对比,结果表明,基于时间序列与PSO-SVR耦合模型的滑坡位移预测精度要明显高于BP神经网络模型、网格搜索法优化的支持向量机模型(GS),其在滑坡位移预测中具有一定的理论基础和良好的应用前景。坝坡内置光纤土工膜的膜–土界面亲和性试验分析
摘要：光纤土工膜是具有破损定位功能的新型防渗材料。为了研究红土大坝中的光纤土工膜对坝坡稳定的影响,进行剪切强度试验和可调斜坡模型的抗滑试验,获得各种工况组合下膜–土界面的黏聚力、内摩擦角、滑动坡比、摩擦系数等数据。与纯粹红土组、红土内置复合土工膜组的数据进行比对分析,结果表明:光纤土工膜与红土的亲和性足以满足抗剪要求;光纤土工膜作为防渗体嵌入坝坡,在实际工程条件下的抗滑安全性能不低于传统土工膜,能够满足规范要求。浅埋盾构隧道端头土体稳定性极限平衡分析
摘要：盾构始发与到达时易引发端头土体失稳破坏,是盾构隧道施工中的高风险环节。针对浅埋盾构隧道,提出一种直线和对数螺旋线组合的土体滑动模式,运用极限平衡分析方法,对端头土体的稳定性进行分析,推导稳定系数计算公式,并对其影响因素进行分析。端头土体的稳定性取决于土体自身的强度、加固体的厚度和加固强度及洞门直径。端头土体自身的内摩擦角和黏聚力越大,稳定系数越大;加固体的强度越大,稳定系数越大;加固体厚度越大,端头土体稳定性越好;但随着洞门直径的增大,端头土体稳定系数逐渐降低。随后得出端头土体的加固厚度的计算方法和流程,分析其影响因素,并给出工程算例。将该方法应用于南京地铁盾构隧道端头土体稳定性分析及加固厚度计算,结果令人满意,被工程所采纳。该研究成果和方法可为同等条件下盾构隧道端头土体稳定性分析及加固设计提供借鉴。埋地HDPE管道施工过程中土拱效应变化特征研究
摘要：国内外研究表明,土拱效应对于埋地柔性管道的受力变形有着显著的影响,然而关于管道回填土体中土拱效应随管底填土高度以及管道直径等因素变化规律的研究鲜有报道。通过现场试验研究施工填土过程中HDPE双壁波纹管道在回填土体中引发的土拱效应,以此明确埋地HDPE管道在回填土时,管顶上覆土压力的变化规律。结果表明,对于管顶和管侧的回填土,其土拱效应随着管底填土高度增加均增强;在给定填土高度时,土体距离管顶位置越近,其土拱效应越显著。基于Marston土压力理论计算所得的HDPE管道顶部上覆土压力较现场土压力实测值大3%~31%,通过有限元数值模拟分析,提出施工填土时HDPE管道顶部上覆土压力的简易计算公式。通过已有研究报道的2个现场试验的实测数据对所得公式进行验证,得出管顶土压力计算值的误差范围为2%~6%,表明该公式可以准确地计算施工填土时HDPE管道顶部所受的上覆土压力。
