硬岩应力–应变门槛值特点及产生机制
摘要：详细总结岩石应力门槛值(起裂强度ci?、损伤强度cd?和峰值强度f?)的物理意义和计算方法,以花岗岩和大理岩为研究对象进行不同围压的常规三轴试验,计算分析ci?,cd?和f?值,以及各个门槛值对应的轴向应变、侧向应变和体积应变的变化规律,重点讨论轴向应变和侧向应变的特点和产生机制,分析结果发现:花岗岩的cc?/f?,ci?/f?,cd?/f?分别位于0.10~0.19,0.40~0.59,0.77~0.82区间内,大理岩相应的应力比位于0.10~0.25,0.47~0.64,0.82~0.92内,不同岩石或相同岩石门槛值应力比的差异可能由于矿物成分、赋存环境、开挖损伤造成;2种岩石应力门槛值及各自对应的轴向应变随围压近似呈线性递增,并且应力和轴向应变随围压的变化曲线非常相似;侧向应变在达到cd?之前增长缓慢,在达到cd?之后急剧增加,而轴向应变在整个加载过程稳步增加;围压、cd?和对应的损伤体积应变存在内在关联性,相互关系可用线性或二项式拟合。裂隙岩体动态损伤演化与体积扩容方程
摘要：与时间相关的岩石扩容现象源于岩体内部大量微裂纹的张性扩展。从断裂力学的裂纹研究出发,探讨不均匀加卸载过程中,岩体内部微裂纹在应力集中源附近的局部拉应力作用下,裂隙萌生和扩展的动态过程,并利用散布损伤力学手段描述裂纹体系的动力行为,建立起微观断裂与宏观扩容之间的联系。试验结果分析表明:本文所建立的扩容方程能够有效地描述加卸载过程中裂隙岩体的动态损伤演化和体积扩容全过程,与已有的形变方程一同构成深部岩体变形破坏动态本构模型的完备方程组。应力作用下软硬互层岩石破裂过程的细观模拟
摘要：采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi图形为基础的块体集合表征为显式模拟结构面,提出一种分步插点的计算网格自动生成算法。对已有的典型实验进行计算,模拟得到不同围压下不同倾角数值试件的破坏模式和抗压强度。与实验结果的对比表明,改进刚体弹簧方法能够定性和定量地描述由于软硬互层结构引起的抗压强度各向异性,不同围压条件下得到的破坏模式也与实验结果吻合良好。岩土类材料应变分析与基于极限应变判据的极限分析
摘要：推导包括混凝土在内的岩土类摩擦材料在单向和三向受力情况下,弹性与弹塑性压应变与剪应变之间的理论关系;提出采用数值极限分析方法求解岩土类材料极限应变的数值方法,并尝试将单向受力下的极限应变作为单向受力下的岩土类材料破坏的判据,为极限分析提供一种新的破坏判据和方法,可称其为极限应变法,用以求解岩土工程破坏面的位置与形态,以及安全系数与极限承载力。通过土质、岩质边坡和混凝土试件破坏3个算例求得相应的破坏面形态与安全系数,计算结果与实际状态和传统算法结果相当吻合,初步表明用极限应变法判断岩土类材料的破坏状态与求解安全系数是可行的,但这只是初步探索,有待更加深入广泛的研究。不连续面产状Fisher分布拟合度检验方法的改进
摘要：Fisher分布是描述不连续面产状最常用的概率密度函数。在使用Fisher分布描述不连续面产状时,首先应对Fisher分布拟合度进行检验。在回顾Fisher分布拟合度的传统检验方法的基础上,提出一种新的修正检验法。修正检验法的核心思想是在检验过程中对"超越上半球投影的产状(OEBEUHP)"进行调整。最后给出3个算例:算例1和2采用利用蒙特卡洛模拟技术生成的理论上服从Fisher分布的数据,通过对比传统检验法和修正检验法的结果来验证修正检验法的正确性;算例3中的数据来自某露天金矿边坡,该算例作为工程实例来应用本文提出的修正检验方法。结果表明:(1)由于受OEBEUHP的影响,利用传统检验方法可能会得出错误的检验结果(如算例1和3);(2)由于对OEBEUHP进行了调整,修正检验法总能得到正确的检验结果;故在检验不连续面产状Fisher分布拟合度时应采用本文所倡导的修正检验法。急斜特厚煤岩体耦合致裂应用研究
摘要：为达到更好的煤岩体致裂效果并弥补爆破与注水方式的缺点,提出耦合致裂工艺及其分析方法与流程。以急斜特厚煤岩体耦合致裂为工程背景,完成复杂环境下煤岩体耦合致裂方案设计,采用BP神经网络对耦合致裂后煤体的可放性(U)进行预测,对比分析不同方法间U的差异,最后采用微震监测的方法分析岩体的卸压效果。结果表明:耦合致裂工艺是提高急斜特厚煤岩体冒放性和解除应力集中的有效方法,煤岩体耦合致裂分析流程实现了耦合致裂效果的评估。BP神经网络预计在高阶段煤体和常规阶段煤体交叉区域预测的数据仍具有一定的可靠性,可以实现煤体耦合致裂效果的评估。注水期间、注水后以及爆破后,低等级的微震事件次数略有上升,但高等级事件数下降的能量远大于新增低等级事件数的能量,注水后释放能量仅是注水前的12.5%,地面爆破后释放的总能量与爆破前相比降低了51%。耦合致裂效应突出表现在将高等级的微震能量转化为较多低等级能量事件的缓慢释放,降低了动力灾害的频次和程度,促使高压力缓慢释放、主动诱导→集中释放,实现了动态灾害显现向静态缓慢释放的转变。实践结果反映出在煤岩体的耦合致裂措施下,顶煤的冒放性和动力灾害问题均得到较好的控制和解决。硫酸盐腐蚀锚索结构锚固性能退化规律试验研究
摘要：硫酸盐腐蚀是锚索结构长期锚固性能退化的原因之一。为模拟围岩约束条件下硫酸盐对锚索浆体的腐蚀及腐蚀后的锚固受力过程,设计外包钢管圆柱形素水泥浆中置钢绞线短黏结试件并进行长期硫酸盐干湿循环腐蚀,然后通过静力拔出试验观察黏结受力过程,获取黏结滑移曲线,定义锚固特征参数。结果表明:围岩约束作用对腐蚀过程及拔出受力过程产生显著影响,腐蚀引起的物理损伤得以阻止,化学损伤成为主要腐蚀损伤方式;拔出破坏特征为:浆体螺旋肋逐渐被磨平,索体最终被抽出;全程黏结滑移曲线由初期极速上升段、中后期锯齿形上升段及末期快速下降段组成;当围岩变形模量增大时,设计允许滑移、设计强度、极限滑移以及极限强度均随之增大;当浆体腐蚀程度增大时,设计强度、极限滑移以及极限强度随之降低,而设计允许滑移则因浆体模量的退化而随之增大。三维初始地应力场反分析的变差函数法
摘要：在大型地下洞室的建设中,高地应力已然成为洞室开挖后影响围岩稳定的关键因素。为保证围岩稳定和评价支护设计的效果,需要对初始地应力场进行反分析。通过对初始地应力场分布规律和计算方法的研究,认识到初始地应力场分布受空间位置和边界条件影响规律与变差函数的区域化变量理论高度契合,由此提出一种基于变差函数概率统计理论的初始地应力场反分析方法。该方法从空间距离和埋深2个基本因子出发,研究区域化变量的合理表达,并运用最小二乘法原理拟合出适合地下工程初始地应力场反分析的球状模型参数。运用球状模型函数对有限的实测点插值,获得工程设计所需的初始地应力场数据,并能反映地形地貌的影响。进一步采用增量变塑性刚度理论模拟地下厂房开挖过程,求得的围岩变形及塑性破坏区分布与监测规律相符。预应力格构锚固体系格构梁内力分布规律模型试验研究
摘要：通过大型物理模型试验,研究预应力格构锚固体系中格构梁在预应力作用下、滑坡发展过程中及滑坡极限状态的内力分布规律,并与倒梁法内力计算结果进行对比。试验结果表明:预应力格构梁各点应变在滑坡发展过程中逐渐增大,且存在2个极值点,正极大值位于跨中,负极大值位于节点,两者关系为节点处大于跨中;格构梁在跨中为外侧受拉,节点处为外侧受压;横梁应变呈左右对称分布,竖梁应变随加载呈上小下大分布;在预应力作用下,各横梁、各竖梁受力一致,但极限状态时,横梁从坡顶至坡脚受力依次增大,底梁内力明显大于顶梁;横梁竖梁受力不同,横梁节点弯矩大于竖梁节点弯矩;格构梁内力试验测试值与倒梁法理论值分布趋势基本一致,两者在边跨部分较为接近,中跨部分差异较大,倒梁法不能很好反映梁中间位置的受力状态。研究结果可为格构锚固体系的设计提供一定参考。含水层储气库的选址评价指标和分级标准及可拓综合判别方法研究
摘要：综合本领域相关研究成果和全球现有储气库数据库资料,建立含水层储气库选址评价的目标层次结构模型,提出储气库选址评价体系中各基本指标的等级划分标准;借助物元可拓性定性方法和可拓关联函数定量方法,建立含水层储气库选址评价的层次分析法——可拓学评价模型。将这套评价方法在华北水层建库工程中进行应用,评价结果表明,大5目标区和葛2目标区属于适宜库址,评价结果与专家论证意见一致,验证了评价标准和评价方法的可靠性和合理性。研究成果对国内含水层储气库选址具有一定的指导意义。基于改进指–幂混合函数模型的锚杆承载力预测方法研究
摘要：针对不能准确地区分弹性与弹塑性阶段数据,以及难以测量较多破坏阶段数据的实际情况,一个受破坏阶段和弹性阶段数据影响较小、模拟锚杆荷载P–位移S曲线效果较好、预测锚杆极限承载力破坏值准确度较高的模型是非常重要的。分析双曲线、指数和幂函数3种模型,对3种模型的结构共性进行总结,提出一种可以用来模拟锚杆P-S曲线的通用函数模型框架,并从实际的锚杆P-S曲线的特点出发,构建基于通用函数模型框架的锚杆P-S曲线的数学函数模型。针对指数函数模型精度差的缺点,使用函数模型框架对指数函数模型进行改进,改进后的模型精度得到很大提高;分析调整双曲线和修正双曲线模型,使用通用函数模型框架构建一种由改进指数和幂函数组和而成的混合函数模型。通过实际的工程案例验证,改进指–幂混合函数模型不仅是模拟锚杆P-S曲线精度较高的模型,而且是预测锚杆极限承载力破坏值误差较小的模型,受弹性阶段和破坏阶段数据影响较小。三函数四指标矿震信号S波到时拾取方法及应用
摘要：S波到时拾取是微震监测技术中基础而又关键的环节,其拾取速度和精度直接影响到矿山震源机制分析、微震活动预测以及岩体应力重分布等后续工作的效率和精度。基于国内外微震监测系统的S波自动识别不够精确,需技术人员二次识别,随机且效率低的考虑,对矿山微震数据的短时平均过零率、短时平均振幅、短时能量3个时域特征函数进行分析得到4个S波识别指标,进而形成"三函数四指标"的S波到时算法。根据实际微震事件信号确定S波到达的经验阈值,并编制成自动程序应用于实例分析中。自动识别结果与人工拾取结果对比表明:时差在25 ms内的准确率可达88%,时差在12.5 ms内的准确率达到74%,其中短时能量的识别效果最优,短时平均过零率识别效果较好、短时平均振幅识别效果较差。本文提出的三函数四指标的时域分析方法是一种行之有效、计算简单、适合实时监测的S波到时拾取算法。中心孔径对岩石动态断裂韧度测试值的影响
摘要：为了考察圆盘试件不同中心孔径对岩石动态断裂韧度测试值的影响,采用直径80 mm含有不同中心圆孔孔径的圆孔裂缝平台巴西圆盘试件,在Hopkinson压杆系统上进行径向冲击试验,获得岩石的动态断裂韧度。结果表明,当中心圆孔孔径与圆盘直径之比r0/R∈(0.10,0.30)时,岩石动态断裂韧度的平均值为4.57 MPa·m1/2,测试值受中心圆孔孔径变化的影响并不明显。试件的断裂模式有一定差异,当圆孔孔径较小时,在主裂纹扩展的过程中萌生较多的次生裂纹;随着孔径的增大,次生裂纹减少,试件呈现更加明显的宏观拉贯通破坏。对于推广中心圆孔裂缝平台巴西圆盘测试岩石动态断裂韧度的方法,以及掌握岩石受到动态冲击时的破坏特性具有重要的意义。基于冻土正交各向异性冻胀变形的隧道冻结期地层位移数值分析
摘要：针对隧道水平冻结法施工的特点,综合考虑地层温度、地表对流等各类初始和边界条件及土体的相变潜热过程,建立隧道水平冻结温度场的数学模型。定义土体的冻胀率为瞬时体应变,考虑冻土的正交各向异性冻胀变形特征,即冻胀变形主要发生在沿热流方向(温度梯度方向),引入变形特征系数的概念,从而导出土体温度降至冻结温度后而产生的瞬时热应变分量(冻胀应变分量),并建立地层冻胀的弹塑性热力耦合数学模型。基于ABAQUS有限元软件的二次开发技术,编制冻土正交各向异性冻胀变形的用户子程序,从而提出隧道水平冻结期地层位移的热力耦合数值分析方法。将该方法应用于某浅埋大断面地铁隧道水平冻结工程中,获得地层冻结温度场和冻胀位移场的分布规律,并与现场实测结果相比较,验证数值分析方法的可靠性,同时表明地层位移分析中考虑冻土正交各向异性冻胀变形特征的必要性。基于应力波频谱变化测试岩体节理的刚度
摘要：用线性变形节理描述宏观节理的变形特性,在节理的法线方向布置一条测线,测线上在节理两侧分别布置一个测点,用以记录入射侧和透射侧的波形,结合应力波垂直通过单一线性变形节理的透射系数和反射系数,利用透射侧波形的频谱,可以得到入射侧测点处波形的计算频谱,令入射侧波形的频谱与计算频谱相等,提出应力波垂直入射时基于频谱测试节理刚度的方法。通过FLAC3D模拟,验证刚度测试方法的合理性,并分析入射波的峰值频率、节理刚度和节理两侧岩石的弹性模量对测试误差的影响,结果发现,节理刚度越大,测试误差越小;弹性模量越大,测试误差越大;峰值频率对测试结果影响较小;不同工况下,均具有较高的计算精度。在德兴铜矿露天开采临时边坡面上选择一个两侧岩体相对完整、所在坡面比较平整的宏观节理,进行了9次试验,9次试验的测试结果相近,9次试验的法向刚度测试值的方差为0.72,切向刚度测试值的方差为0.56,说明节理刚度测试方法具有稳定性高的特点。散体颗粒介质变形局部化宏–细观机制研究
摘要：散体颗粒是自然界中广泛存在的一类特殊的介质,受内部组构影响,散体颗粒介质在外荷载作用下发生明显的变形局部化效应,这也是岩土力学领域一直研究的热点问题之一。然而目前对于其机制研究方面大都局限于细观统计参数的分析,忽视了宏观现象与细观机制的内在联系。本文以砂土颗粒介质为例,运用离散元法对其在直剪试验过程中的宏–细观力学特性及变形破坏机制进行系统分析,并取得一些有意义的认识。根据数值试验中试样在不同法向应力下剪应力比的发展,从颗粒运动角度探讨试样宏观抗摩擦特性变化趋势的细观机制;发现描述细观组构的各向异性参数及主方向与宏观上剪应力比的发展具有同步性,反映试样宏细观演化的统一性;通过对于颗粒旋转的统计分析,揭示颗粒间摩擦作用是维持细观力学结构相对稳定的重要因素;通过对力链网络的形态演化分析,发现试样大主应力方向与各向异性主方向一致,力链密集程度随剪切过程下降,试样孔隙度随之上升;提出不同法向应力下的2种主要力链结构的力学模型,通过稳定性分析与能量累积释放理论解释宏观力学参数波动情况的原因,揭示散体颗粒介质变形局部化和体应变剪胀的细观机制。冻融循环下粉砂土屈服及强度特性的试验研究
摘要：为研究冻融循环对青藏粉砂土屈服及强度特性的影响,进行环境冷却温度-5℃、室温下融化,不同冻融循环次数及围压下的饱和粉砂土的固结排水三轴剪切试验。结果表明:粉砂土在整个剪切过程中呈现出剪缩的特性,且其应力–应变关系为应变硬化型,冻融循环未改变粉砂土的应力–应变及体变型式。未冻融粉砂土的体积屈服面和剪切屈服面可分别用椭圆型曲线和过原点的线性函数进行描述。冻融循环未改变粉砂土屈服面的形状,且冻融粉砂的体积屈服函数及剪切函数与塑性应变和冻融循环次数的关系可用相应的幂函数形式进行表示。其抗剪强度随着法向应力的增大而增大,随着冻融循环次数呈现出先降低后升高的趋势。冻融循环后,粉砂的黏聚力由4.82 k Pa降至2.07 k Pa,而内摩擦角则由27.11°最低降至22.93°。根据不同冻融循环次数下粉砂强度随法向应力的变化规律,指出可用线性莫尔–库仑准则来描述其强度特性。第十五届国际岩土力学计算方法与进展学术大会(15thIACMAG)
