复杂应力状态石英云母片岩强度参数研究
摘要：针对具似层状结构的石英云母片岩,采用原位真三轴试验新技术,模拟隧洞开挖边墙的复杂应力状态,取得卸侧压路径原位真三轴强度和流变试验成果,并按反映岩体三剪应力状态的D-P准则研究复杂应力状态岩体强度参数。对于特定应力状态,垂直于片理面卸载,D-P准则参数低于M-C准则强度参数。通过比较卸侧压路径、加轴压路径的三轴强度参数以及岩体直剪强度参数,按D-P准则整理的卸侧压真三轴流变强度参数能更好地反映复杂应力状态围岩强度特征。强烈松弛岩质边坡变形特征与稳定性评价
摘要：以黄金坪水电站进水口边坡为例,结合工程地质条件和监测资料分析强烈松弛岩质边坡的变形特征,以及自然边坡和工程边坡的裂缝成因,并在此基础上结合数值方法分析支护结构的支护效果和边坡的稳定性。结果表明:自然边坡和工程边坡的裂缝均是强烈松弛岩体因开挖扰动进一步松弛的结果,但是自然边坡裂缝反映的是边坡岩体结构整体调整的结果,属于边坡整体变形与稳定问题,而工程边坡裂缝则是边坡局部块体沿加固薄弱部位外挤的结果,属于局部变形与稳定问题,即边坡尚处于变形阶段,未形成统一的潜在滑动面;原设计锚索和其他支护结构一起在边坡浅层形成厚度约50 m的锚固体,对边坡起到"挡墙"作用;增补锚索较深,对边坡的控制作用明显,施工完成后边坡趋于稳定,各种工况下的安全系数满足抗滑稳定性要求。页岩应力敏感实验研究及影响因素分析
摘要：页岩储层渗透率极低,富含黏土矿物,压缩性较致密砂岩储层更大,为进一步研究页岩储层的应力敏感机制,对宁夏六盘山盆地和内蒙古雅布赖盆地三块页岩岩芯进行应力敏感评价实验。结合岩石动力学实验、X射线衍射分析、场发射扫描电镜图像分析和高压压汞实验对页岩岩芯的矿物组分、力学性质及微观孔隙结构进行研究,并分析影响应力敏感的主要因素。研究结果表明,有效应力与渗透率关系满足乘幂式;页岩泥质含量越高,杨氏模量越低,应力敏感系数越大;页岩储层普遍发育的纳米级片状孔隙在有效应力作用下呈现强应力敏感;高压压汞实验表明孔喉半径为10~50 nm的孔隙分布频率较高,当对渗透率起主要贡献的孔隙分布在这一范围内时,应力敏感强,当对渗透率起主要贡献的孔隙为大孔时,应力敏感弱。平面应力波在岩质边坡中的传播规律研究
摘要：动荷载对岩体工程的影响本质上是应力波在岩体中传播和相互作用的过程。首先,依据弹性波几何射线理论,考虑边坡中坡顶、坡面2个自由面的影响,分析平面简谐P波自底部均匀入射时,岩质边坡中应力波场的组成,并通过叠加计算,得到坡体内质点振动速度放大系数的表达式,从理论角度揭示均质岩石边坡质点速度放大效应的机制。随后,探讨影响边坡质点速度峰值分布的关键因素,研究结果表明:P波和SV波在边坡中传播路径和传播速度不同,其到达某一质点的时间存在相位差,导致质点应力波场存在延时叠加,加之谐波振动的周期性,当边坡坡高或入射波频率大于一临界值时,坡体内质点速度放大系数呈现"节律性振荡"。临界坡高、临界频率值与岩石弹性模量成幂函数关系,临界坡高与频率、临界频率与坡高则成负幂函数关系。单轴压缩条件下岩石破坏的光滑粒子流体动力学数值模拟
摘要：岩石破坏问题是非连续问题。采用传统的有限元方法模拟岩石破坏时,计算结果依赖于网格,计算效率低。光滑粒子流体动力学(SPH)法主是一种模拟流体的无网格方法。对SPH法进行改进,将SPH法中流体的本构关系修正为弹脆性固体的本构关系,采用Weibull统计方法描述岩石材料的非均匀性,使SPH法能有效地模拟各向异性弹脆性岩石的破坏。改进的SPH法克服了有限元的缺点,在模拟裂纹启裂、扩展和连接时,计算结果不依赖网格,计算效率高。通过对单轴压缩条件下岩石破坏的数值计算结果表明:改进的SPH法能有效地理解和预测岩石材料的复杂破裂过程。双面剪切荷载作用下岩石断裂过程声发射特性研究
摘要：为深入研究双面剪切荷载作用下岩石断裂过程声发射特性,利用自主研发的煤岩双面剪切试验装置及PCI–2型声发射系统,分析砂岩声发射特性随含水率增高声发射特性曲线变化趋势。试验结果表明:砂岩试件在不同含水率条件下,其剪应力随时间变化趋势一致,剪应力达到峰值所需时间随含水率增加呈减少趋势;双面剪切荷载作用下,砂岩的Hit率–时间曲线、累计Hit数–时间曲线均可分为3个阶段,且Hit率峰值滞后于剪应力峰值;砂岩在双面剪切荷载作用下,内部微裂纹萌生、扩展主要始发生于剪应力达到抗剪强度的1/2时,此时砂岩试件处于微破裂稳定发展阶段;砂岩声发射事件幅值由低到高随剪应力增加呈阶梯状分布;砂岩内部微裂纹扩展方式以绕晶而过为主,穿晶破裂为辅。CO2咸水层封存中组合盖层的密封效果研究
摘要：在提出组合概念的基础上,以神华集团鄂尔多斯煤制油10万t/a的CCS示范工程为背景,以鄂尔多斯盆地刘家沟组为目标储盖组合,通过数值模拟研究组合盖层对密封效果的影响。结果表明,组合盖层对CO2的密封效果非常显著,当CO2突破第一层盖层后会沿着薄砂岩层向远处迁移,薄砂岩层的存在降低了盖层的压力积聚,同时提升CO2注入速率和总注入量。因此采用组合盖层,不仅能更有效封盖CO2,而且可以充分利用多个盖层之间各种规模的储层的封存容量。组合盖层概念的提出对容量评估、选址标准制定等具有重大意义。基于高速摄影的双预制裂纹大理岩加卸载试验
摘要：以大理岩作为试验材料,进行了45°双预制裂纹试件的单、双轴加载和侧向卸载试验研究。利用高速摄影设备记录试件中裂纹的起裂、扩展、贯通和完全破坏过程,结合理论分析得到:(1)3种载荷形式下试件的破坏过程可概括为4个相似的阶段;双轴加载试件的裂纹扩展形态和岩桥贯通方式与单轴加载和卸载有较大不同;卸载试件的裂纹种类和数目远比单轴加载时更多更复杂。(2)由裂纹类型判断在单、双轴加载时,剪应力对破坏起主导作用;卸载时,尤其破坏前阶段拉应力起主导作用。(3)定义新参数M-C有效剪应力M-C,根据其在裂纹尖端附近的分布规律判定新裂纹起裂的危险方位和区域,对比试验过程,得到与预制裂纹夹角约为-135°和45°左右的区域为新裂纹(带)产生的危险区。(4)加载时岩桥贯通是由剪应力引起,卸载时是由拉剪复合作用引起。水岩作用下损伤砂岩强度劣化规律试验研究
摘要：针对震后边坡岩体在降雨或库水浸泡作用下易出现变形破坏的现状,选取典型砂岩为研究对象,对岩样先进行循环加卸载损伤作用,再进行浸泡–风干循环水岩作用试验,对损伤砂岩在水岩作用下的劣化效应和机制进行详细研究。结果表明:(1)循环加载作用导致的岩石矿物颗粒界面滑移、局部接触变形和破坏不仅使得岩样产生塑性变形,而且使得岩样内部形成初始损伤;(2)在浸泡–风干循环水岩作用过程中,损伤砂岩的抗压、抗剪强度劣化效应明显,具有明显的时间效应和非均匀性;(3)与完整岩样相比,损伤岩样的强度劣化速度更快,说明水岩作用对损伤岩样的耦合损伤效应明显,这也能较好解释一些震后边坡在经历多个浸泡或者降雨周期后容易失稳的原因。隧道洞口含软弱夹层仰坡振动台试验研究
摘要：为研究地震作用下含软弱夹层隧道洞口仰坡的动力响应特性,针对含软弱夹层隧道洞口仰坡开展大型振动台试验研究,通过分析水平和竖向激振作用下洞口段仰坡和衬砌模型动力响应和破坏特征,得到以下结论:水平向激振作用下,仰坡沿坡面向上存在明显加速度放大效应,软弱夹层对竖向加速度激振时仰坡动力响应有显著影响;越接近临坡面,衬砌结构加速度响应和越大,并且洞口段隧道衬砌拱顶加速度峰值最大,仰拱最小,衬砌结构受力状态复杂;竖向加速度激振时,软弱夹层上覆模型土出现松动,坡脚土体出现挤压、掉块,仰坡整体上保持稳定;在水平向激振作用下,而含软弱夹层仰坡则在坡脚土体先被挤压破碎,然后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。竖向和水平激振力作用下,衬砌45°方向应变幅值最大,衬砌洞口段设防长度为25 m。该研究成果可以为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。确定蠕变折减系数的侧限时温叠加蠕变试验研究
摘要：设计设备研究土工格栅HDPE50在侧限(100 k Pa)约束和无侧限约束下的时温叠加蠕变试验。利用时温叠加原理将不同温度下的蠕变试验曲线移动形成一条光滑的主曲线准确地确定土工格栅HDPE50的蠕变折减系数。通过试验数据反算的C1,C2值验证试验的合理性。研究结果表明:侧限约束对土工格栅蠕变特性影响显著,侧限约束条件下106 h长期蠕变强度比无侧限荷载下的长期蠕变强度小37%。无侧限时温叠加蠕变试验和侧限时温叠加蠕变试验确定的蠕变折减系数RFCR1,RFCR2分别为2.4,1.8,在侧限蠕变试验中根据现有规范计算的蠕变折减系数RFCR3为1.7。同RFCR2相比,RFCR1,RFCR3作为同一工程的设计依据使工程造价分别增加17%,25%。侧限蠕变试验计算蠕变折减系数建议采用侧限约束下的拉伸强度,工程设计建议采用RFCR2。页岩储层射孔水平井水力裂缝起裂数值模拟研究
摘要：为明确页岩储层射孔水平井水力裂缝起裂机制,利用Abaqus有限元计算软件,建立三维单级三簇射孔和单射孔段(包含天然裂缝)的压裂裂缝起裂计算模型,研究地应力、井筒方位、射孔参数以及天然裂缝等对裂缝起裂压力和位置的影响。结果表明:裸眼射孔的起裂压力远低于套管射孔;起裂压力随最小水平地应力的增加而增大,但影响程度受垂向地应力与最小水平地应力的比值控制;最大水平地应力和垂向地应力的变化对起裂压力影响不显著;起裂压力大致随井筒方位角的增加而减小,当存在天然裂缝时,起裂压力没有任何线性规律,天然裂缝在剪应力区易发生剪切滑移起裂;起裂压力随射孔方位角的增加先减小后增大,射孔方位角的变化严重影响裂缝的起裂形态;起裂位置与最小和最大水平地应力、井筒方位角和天然裂缝的胶结强度、方位密切相关;由于内部射孔受到两侧射孔产生的沿井筒方向的附加应力干扰,闭合应力增加,因而更难起裂,导致起裂次序从端部射孔开始向中部射孔发展,当应力差较高(>7 MPa)时,附加应力干扰明显,要实现多射孔的多裂缝起裂扩展,需提高注入压力;起裂位置在射孔孔道中的变化是射孔根部应力集中强度与远端受射孔附加应力干扰程度相互竞争的结果;由于射孔簇间距较大,射孔簇间的应力干扰对裂缝起裂影响微弱,各射孔簇压力分布相似。海底沉管隧道基础层压缩特性模型试验研究
摘要：以舟山沈家门港海底沉管隧道为原型,取纵向30 m建立1∶10缩尺寸模型,试验模拟了海水环境下注砂基础层的形成过程,采用水荷载来模拟均匀分布的施工荷载,研究碎石层、砂垫层、砂石混合基础层、存在回淤的砂石混合基础层的压缩过程和压缩模量Es,对比分析差异和原因。研究结果表明:施工期间基础层沉降随时间基本呈线性变化,单独碎石基础层、注砂法形成的密实砂盘、砂石复合基础层和大量回淤条件下砂石混合基础层的平均压缩模量Es分别为0.67,0.80,3.26和1.85 MPa,各工况沉降量的大小与基础层密实度有很大关系;施工过程中砂石的相互作用能大大增加整体的压缩模量,约4.4倍于无相互作用影响的理论组合,而回淤则会削弱此影响,大大减小压缩模量。深部低透气性首采层煤与瓦斯气固耦合模型
摘要：立足于消除煤层渗透及扩散特性对于煤与瓦斯气固耦合模型的干扰,在分析首采煤层所处应力状态特点的基础上,建立更符合煤体的孔隙裂隙二重介质特性的修正的P-M渗透率模型,提出考虑解吸–扩散效应及Klinkenberg效应的煤与瓦斯气固耦合模型,详细阐述多物理场之间的耦合作用关系。应用该模型模拟分析深部首采层顺层钻孔预抽消突过程中煤层瓦斯压力及渗透率的演化规律。模拟结果表明,Klinkenberg效应对低渗透煤层瓦斯运移的促进作用显著,并随着瓦斯压力减小促进效果增大;煤体绝对渗透率的动态变化是骨架压缩效应及基质收缩效应的竞争结果,瓦斯压力开始减小时,骨架压缩效应首先起主导作用,渗透率减小,瓦斯压力持续降低时,基质收缩效应逐渐取代其成为主导作用,渗透率增大。考虑双重孔隙–裂隙岩体中强度异向性的THM耦合有限元分析
摘要：计入裂隙连通率,进一步完善了确定双重孔隙–裂隙介质岩体的黏聚力及内摩擦角的方法,将其引入独立开发的热–水–应力耦合二维弹塑性有限元程序中。假定一个位于饱和岩体中的实验室尺度的核废物地质处置库模型,以此为计算背景,拟定裂隙组正交和斜交的二种情况,进行热–水–应力耦合有限元分析。结果表明:与裂隙组正交时的各场量呈轴对称分布相比,两组裂隙斜交时,孔隙水压力及其流速呈轴对称分布,但岩体中的应力场、裂隙水压力及其流速、塑性区均呈非轴对称分布;裂隙组正交时岩体中的塑性区大面积出现,而裂隙组斜交时岩体中几乎无塑性区产生;岩体中裂隙组的产状强烈地影响到应力场、塑性区和裂隙水的状态。爆炸载荷下I型裂纹动态断裂韧度测试方法初探
摘要：爆破是岩土工程中广泛采用的掘进方法,岩石在爆炸载荷下的断裂特性是岩石动力学的核心问题之一。利用雷管和带裂纹的水泥砂浆试样进行爆破试验研究,采用试验–数值方法确定试样的动态断裂韧度。通过试验得到的应变信号来确定试样承受的荷载及裂纹起裂的时间,将得到的时程曲线输入有限元程序ANSYS,利用1/4节点单元计算裂尖的近场位移,进而使用位移外推法求得试样I型动态断裂应力强度因子的时程曲线。裂纹起裂时刻对应的应力强度因子值即为材料的动态断裂韧度,从而给出了在爆炸载荷下I型裂纹的动态断裂韧度测试新方法。基于Hoek-Brown准则确定岩石材料强度参数的新方法
摘要：对Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则关系进行分析,提出基于Hoek-Brown准则的连续非线性黏聚力和内摩擦角计算公式,并对Hoek-Brown参数对强度参数的影响及计算公式的合理性进行讨论。研究表明:参数s较其他参数对内摩擦角φi和黏聚力ic的影响程度小,黏聚力ic随小主应力的增高而增大,内摩擦角φi则随小主应力的增高而减小;采用提出的强度参数计算公式和Hoek等效强度计算公式,对7种具有非线性强度特征的岩块和锦屏二级水电站工程的大理岩岩体的强度参数进行计算,对比分析可见计算公式结果与岩块室内三轴试验和工程岩体现场大剪试验的强度参数试验结果吻合度较高,表明建议的强度参数计算式在估算岩石材料强度参数时具有较高的准确性,对实际工程具有较强的指导作用。同时考虑张拉及剪切破坏的边坡上限原理有限元法
摘要：上限有限元法是一种常用的边坡稳定性分析方法,目前被广泛采用的仅考虑剪切破坏的Mohr-Coulomb屈服准则过高地估计了边坡的抗拉强度,因此在用其进行边坡稳定性分析时,无法得到实际工程中常遇到的位于坡体后缘的拉裂缝。针对这一问题,从空间方位离散的角度出发,对上限法中的Mohr-Coulomb屈服面逼近方式进行改造,建立基于方位离散的线性化剪切屈服准则;同时引入张拉破坏准则,保证在每一个离散方位平面上不违背张拉破坏准则,从而形成既考虑张拉破坏,又考虑剪切破坏的线性化上限原理有限元法。该方法可以准确地求出边坡的安全系数和带有拉裂缝的临界失稳速度场。算例证明方法的有效性,同时还表明不考虑拉伸破坏会过高地估计边坡的安全性。
