土石混合料电阻率模型研究综述

电阻率法能通过表面电导率对岩土体等多孔介质内部结构及特性进行探测与表征,被广泛应用于原位测试中。土石混合料是由多相介质组成的极端不均匀松散岩土介质系统,其整体导电性受各相介质的空间分布、导电能力及组合方式的影响。众多学者对土体电阻率进行了试验与理论研究,总结得到了多种土体电阻率理论模型。由于土石混合料的电阻率特性及相关理论研究起步较晚,笔者在土体电阻率模型的基础上,分析了土石混合料的导电机理,对已有的土石混合料电阻率模型及其局限性进行总结。结果表明:混合介质的导电原理,为土石混合料电学传导模型的研究奠定基础;基于电化学理论,单相介质的电导性已有成熟的理论,而多相介质体的导电模型还处于不断完善与改进中;已有土石混合料电阻率模型可分为串-并联模型与区域统计模型,区域统计模型多为经验公式,应用方便,但模型的普适性仍需提高,串-并联模型有较好的理论基础,模型中参数的物理意义明确,但将导电介质简化为串并联排列仍有别于土石混合料复杂的内部结构组成,模型仍需进一步完善。

基于云模型-模糊FMECA法的水库大坝安全性分析

模糊FMECA法通过对水库大坝隐患出现的频率、影响程度进行评价,并通过赋予权重及模糊综合评判对大坝进行风险评估,具有一定的科学性及实用性,但仍存在无法体现大坝隐患因子的随机性及无法准确反应专家主观偏好关系的缺陷。基于此,提出了云模型-模糊FMECA法的水库大坝安全性分析方法,将模糊FMECA法中的评判矩阵、权重矩阵、对应的评语集进行逆向计算,得出了云模型数字特征值,通过模糊评判得到水库大坝风险评判结果的云模型;根据约束条件确定相应评语集的云模型的数字特征值,将大坝风险评判结果的云模型及各评语集云模型通过MATLAB仿真化,以此实现对水库大坝的安全性评价;将该方法运用到云南省某大坝中,得到了该大坝的内部安全评估等级为A,与现场专家组评判结果一致。证明了基于云模型-模糊FMECA法的水库大坝安全性分析具有一定的可行性及科学性。

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形特性模拟

运用相似模型试验和数值分析手段对石灰岩地区公路隧道在全断面开挖过程中 ,隧道周边不同溶洞分布对隧道围岩变形特性的影响进行了系统的研究 ,模型实验结果与三维动态开挖过程的数值模拟结果较为吻合 .研究结果表明 :有溶洞的围岩在开挖前有较大的前期变形 ,溶洞引起的隧道围岩变形主要发生在分布有溶洞的断面开挖前和开挖瞬间 ;位于隧道顶部附近的溶洞对拱顶下沉位移的影响大于侧壁位移的影响 ;位于隧道侧面的溶洞主要引起隧道的整体侧向位移 ,使隧道处于偏压状态 ;

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律及其监测

运用相似模型试验和数值分析成果 ,分析岩溶区公路隧道在全断面开挖过程中的围岩变形特性 .提出了岩溶区全断面开挖隧道围岩变形时空曲线的一般模式 .在此基础上 ,建立了岩溶区围岩稳定性判别标准 ,给出超前支护和二次衬砌的最佳时机 .并运用现场量测数据的结果验证了所提出的岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律的正确性 .

公路岩堆路基沉降变形规律与施工控制深度研究

以水麻高速公路工程为依托,根据室内试验获得的岩堆体物理力学参数制作不同典型断面形式的离心模型,模拟岩堆路基在自重力及汽车荷载作用下的沉降变形,研究了不同组成、不同高度的典型岩堆体的沉降变形规律。采用有限元法进行模拟,从理论上分析不同类型典型断面形式下的沉降变形及应力应变分布特征。针对天然岩堆不能满足路基要求的情况下,对不同处治方案进行有限元模拟与离心模型试验,分析得出最佳处理方案。在模型试验和数值分析成果的基础上,通过对岩堆路基变形及稳定性的控制方法的研究,以石灰土换填为例,分析了换填时的施工控制深度,提出了岩堆路基开挖换填深度的控制指标。

岩石损伤特性与强度的超声波速研究

借助于损伤力学的观点 ,用岩石在未受荷载条件下的超声波速定义岩石的初始损伤变量 ;然后基于岩石在受荷载条件下的声学特性模型 ,建立岩石的损伤演化方程 。

岩石在三轴加卸荷过程中的一种本构模型研究

岩石被视为包含有随机分布、无充填的椭球形微裂纹的各向同性体,岩石变形分解为岩石母体的线弹性变形和微裂纹的变形之和。基于压剪裂纹模型,推导了岩石在三轴卸荷过程中微裂纹的变形,从而建立了一种岩石三轴卸荷的本构模型。一组石膏模型的三轴实验结果显示,实验数据与理论计算结果能基本吻合。

工程岩体的超声波分类及强度预测

针对目前在岩石工程中广泛采用的隧洞围岩分类Ｑ系统和ＲＭＲ工程岩体分类，利用统计结果将岩体的超声波速与岩体质量指数Ｑ和岩体分类指数ＲＭＲ联系起来，建立了由岩体超声波速估计岩体分类指数ＲＭＲ的计算公式，通过测定岩体的超声波可对岩体进行分类。为了预测岩体的变形及强度参数，引入Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则，给出了岩体变形及强度参数的预测方法。在三峡工程永久船闸高边坡岩体的应用中，超声波预测的力学参数与ＲＭＲ分类系统和Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则估计的岩体力学参数基本吻合，说明应用声波进行岩体分类和预测岩体力学参数是可行的。

单轴加载条件下岩石声学参数与应力的关系研究

运用断裂力学理论对岩石在单轴加载条件下的变形特性进行分析；在此基础上用裂纹的体积变形建立岩石在单轴加载过程中的等效裂纹模型，用该等效模型建立了岩石在单轴加载全过程中超声波速及衰减系数随应力变化的理论关系。计算结果与实验数据得到较好的吻合。

电阻率成像技术在土石坝渗漏诊断中的应用

为了能较准确诊断土石坝渗漏部位,基于介质电阻率参数对水较为敏感这一特性,将电阻率层析成像技术应用于大林病险水库土石坝渗漏的诊断测试中,查明了扩建坝体黏土斜墙331.50 m高程以上部分坝体及左岸岩体中存在的渗漏通道,同时原均质土坝在高程329.0 m以上的近右坝肩存在渗漏隐患。依据诊断结果提出了该病险水库加固设计方案中需将331.50 m以上坝体挖除、防渗帷幕向左岸延伸61 m以及置换原均质土坝在高程329.0m以上的近右坝肩部分坝体等建议。为保证大林病险水库除险加固的顺利实施提供了科学依据。

单轴受荷条件下岩石的声学特性模型与实验研究

从岩石的变形特性出发，通过等效裂纹模型的建立，给出了岩石在单轴加载、卸载和重加载过程中岩石声学特性的理论模型；对大理岩、灰岩和玄武岩三种岩石进行了单轴循环加载过程中的超声波测试实验，实验结果与理论计算基本吻合。

小波变换理论及其在岩石声学特性研究中的应用

应用小波变换理论将岩石声波信号分解成不同频带通道的小波分量，然后对各频带信号进行分析，提出了对应力敏感的加权波谱参数；通过对岩石在单轴受荷条件下和劈裂过程中的声波数据的处理，表明加权波谱参数随应力的变化具有极强的规律性。

隧道侧岩溶分布对围岩稳定性影响的数值模拟研究

以朝东岩隧道为背景,运用二维弹塑性分析研究了隧道侧面45°和正侧面不同大小、不同距离的溶洞分布对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:隧道侧面溶洞随距离的增大,围岩稳定性增强,距离与隧道开挖引起的释放位移之间存在明显的相关关系,影响的分界线大约在溶洞尺寸的2～3倍;在拱顶附近的周边释放位移比底部的释放位移大。同时隧道侧面的溶洞容易引起隧道开挖过程中的偏压现象,隧道整体向溶洞一侧发生释放位移。

锚索预应力声测技术研究及工程应用

鉴于混凝土在低应力受载条件下声速与声幅随应力的变化不明显的特点,利用由小波处理获取的对应力敏感的加权波谱参数,作为锚索预应力测试的中间指标,通过锚索预张拉过程中混凝土锚墩所受荷载与加权波谱参数相关关系的标定曲线,由锚索预应力声波监测数据反算预应力荷载。工程应用结果表明,这种技术在当荷载变化超过50kN时,声波波谱参数变化较明显,可以反映预应力损失的变化过程,并与荷载传感器监测结果能较好地吻合。

裂隙岩体在受荷条件下的变形特性分析

在建立裂隙岩体概化模型的基础上 ,运用线弹性断裂力学理论详细推导了裂隙岩体在加荷和卸荷条件下的变形计算解析式 ,为了验证其可靠性 ,对两种裂隙分布的石膏模型进行了实验 。

岩溶尺寸对隧道围岩稳定性影响的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合试验系统,对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中,不同大小溶洞对隧道围岩稳定性的影响进行相似模型试验研究,并运用ANSYS软件进行了弹塑性有限元数值分析;三维动态施工过程模拟与试验结果均表明,溶洞对围岩的变形有较大影响,随着溶洞尺寸的增加,开挖前的围岩先期位移和开挖瞬间的释放位移均有较大幅度的增长,同时,溶洞区的开挖对无溶洞区的围岩变形有放大作用。

隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合实验系统 ,对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中 ,隧道顶部不同距离上的溶洞对围岩稳定性的影响进行相似模型实验研究 ,实验结果表明 ,开挖引起的总释放位移随溶洞的距离呈现减函数变化 ;在有溶洞的断面开挖瞬间释放位移增量随溶洞离隧道的距离增大而减小 ;开挖后的流变位移也随溶洞的距离增大而减小。开挖瞬间的位移释放率随溶洞距离而呈现减小的趋势 ,约为 2 3%- 2 5 %。

层间孔隙岩溶影响隧洞稳定性的数值模拟研究

以重庆巴南区某引水工程为研究背景,采用基于流固耦合理论的二维有限元数值模拟方法,通过有限元软件ABAQUS对隧洞工程选取13个主要断面建立相应的数值模拟模型,分析不同位置水工隧洞断面的围岩在开挖过程中的应力、位移和涌水量变化情况,得出层间孔隙岩溶对隧洞开挖稳定性的影响并提出建议。研究结果表明:隧洞跨层时应力及位移均会产生复杂变化;透水层的存在一定程度上加快了应力消散,并减弱隧洞变形速度;隧洞涌水量与其在透水层中的面积大小有关。

隧道顶部岩溶对围岩稳定性影响的数值分析

以朝东岩隧道为背景,运用二维弹塑性分析研究了隧道顶部不同大小、不同距离的溶洞对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:隧道顶部溶洞随距离的增大及围岩稳定性增强,距离与隧道开挖引起的释放位移之间存在明显的相关关系,影响的分界线大约为溶洞直径的2～3倍;在拱顶附近的周边释放位移与溶洞的大小成反比,而在隧道侧壁及底部的释放位移与溶洞的尺寸成正比;并详细地分析了应力场及塑性区的变化规律。

多相土石复合介质电阻率特性的试验研究

在对大量多相土石复合介质试件的电阻率测试试验基础上,分析了土石复合介质土石比、压实特性、含水量等参数对电阻率的影响规律;基于试验数据的统计分析,给出了多相土石复合介质电阻率方程,该方程与Keller非饱和土电阻率方程具有完全相同的结构形式。研究表明:多相土石复合介质电阻率随含水量的增加呈幂函数衰减,随击实次数的增大而减小,随含石量的增大而增大;在相同条件下对电阻率的影响以含水量最为敏感、击实次数和含石量次之;在考虑含石量对土性参数、胶结系数以及饱和度指数的影响后,多相土石复合介质电阻率特性完全可以用Keller非饱和土电阻率方程来描述。