“双碳”背景下岩石力学教学改革——基于岩石实时高温剪切实验系统

为让学生深入理解“双碳”目标,探索岩石力学中蕴含的“双碳”问题,该文基于岩石实时高温剪切实验系统,创新性地将“双碳”战略实施过程中涉及到的地热资源开发、干热岩开采等问题融入岩石力学教学中。岩石力学课程中该实验系统的引入,可以帮助学生更好地理解地热资源的特性和行为,熟悉高温高压下岩石的物理特性和力学行为,掌握高应力环境下节理岩体的剪切力学特性及破坏特征。同时,以新的实验系统为载体,可以激发学生的学习兴趣,培养学生的动手能力和创新思维,进而加深学生对理论知识的理解。另外,通过实验可提高学生的实践水平,将所学知识充分应用到工程实际中。

横置椭圆形砂岩隧洞裂纹扩展特征与破坏征兆研究

为研究椭圆形隧洞破坏过程及演化预警问题,开展真实砂岩横置椭圆形隧洞双轴压缩试验,结合声发射、DIC实时采集系统分析横置椭圆形隧洞裂纹渐进扩展过程特征。结果表明:1)隧洞首先在拱顶和拱底出现张拉裂纹,随后在洞口两侧出现剪切裂纹和远场裂纹,在洞口右侧壁形成V形槽,最终远场裂纹与V形槽连通导致隧洞发生脆性破坏;2)隧洞表面应变集中区先于裂纹出现,能够预判裂纹出现的位置;3)裂纹稳定扩展阶段,分形维数逐渐增大,剪切裂纹起裂时分形维数增速率加快,峰值荷载前分形维数出现突增;4)隧洞破坏前会出现声发射平静期、b值突降、熵值突增、应变场方差突增、裂纹分形维数突增等预警信息,不同物理场监测数据的预警时间不同步,预警荷载为峰值荷载的87%~97%,b值突降出现最早,应变场方差突增出现最晚。

基于局部强度折减法的地下洞室群“危险区”破坏判据及其工程应用

为准确评价大型地下洞室群的安全状态,探究基于局部强度折减方法的地下洞室群安全系数求解方法。将屈服接近度(YAI)小于0.1的区域定义为“危险区”,以洞室之间围岩“危险区”贯通作为洞室群整体破坏判据,将“危险区”贯通时对应的折减系数定义为洞室群破坏的安全系数,定量评价洞室群整体稳定性,解析各类洞室群破坏判据计算结果差异。研究结果表明:1)各判据对应的安全系数从大到小依次为等效塑性应变贯通、塑性区贯通、关键点位移突增、“危险区”贯通;2)以关键点位移突增为标准,另3种判据求出的安全系数误差分别为33.7%、13.9%、2.6%;3)基于“危险区”贯通的安全系数计算结果与位移突增判据更为接近,以“危险区”贯通为破坏判据的破坏区与工程实际围岩的破坏特征相符合,计算量更少。

深厚覆土地区多层含水层水位升降对井筒稳定性影响研究

针对多层含水层水位升降影响井筒稳定性研究的不足,采用数值模拟方法分析不同埋深含水层降水顺序对井筒稳定性的影响。结果发现:多层含水层按不同顺序降水时,埋深大的含水层先降水、埋深小的含水层后降水工况对井筒稳定性最不利;不同埋深的含水层同时降水对井筒不利影响次之;埋深小的含水层先降水、埋深大的含水层后降水工况对井筒稳定性的不利影响最小。发生降水的含水层沉降值远大于相邻土层沉降值,土层与井筒之间的沉降差转化为土体作用给井筒向下的竖向附加应力,当附加应力达到井筒极限强度时造成井筒破坏。研究结果对煤矿井筒疏水方案设计有重要的参考价值。

隧道围岩结构面倾角对诱发岩爆的影响研究

为了解结构面倾角对诱发岩爆动力失稳行为的影响,通过采用GDEM数值模拟软件,开展了含不同角度闭合多节理的直墙拱形隧道在全断面开挖卸荷作用后对诱发结构面型岩爆的数值模拟研究,分析了隧道在开挖卸荷下围岩的裂纹扩展行为、应力变化、碎块体的体积与块体的弹射速度等力学特征。研究表明,由于围岩内节理倾角空间位置的不同,导致在隧道开挖卸荷后,容易在节理尖端围岩处形成应力集中,造成不同程度的应力重分布,改变了围岩裂纹的扩展行为和承载能力。且围岩破坏模式受结构面倾角的影响明显,缓倾角强化了结构面的抗剪切作用,不易形成岩爆。陡倾角易诱发压剪滑移破坏,诱发岩爆。研究结果对含节理隧道的开挖设计与灾害防治有重要的工程意义和学术价值。

不同卸荷速度条件下灰岩力学特性的试验研究

对灰岩试样进行加轴压、卸围压破坏试验,研究了不同卸围压速度下灰岩的变形特征和力学参数变化,取得了一些新的结论:卸荷岩样的破坏是沿卸荷方向的强烈扩容所致;随着卸荷速度的增加,岩样的破坏特征从主剪切破坏、共轭剪切破坏逐渐变为劈裂加剪切破坏;在相同的卸荷初始围压下,卸围压速度越快,岩样破坏的应力差越小;在相同的卸荷速度下,随着卸荷初始围压的增加,岩样破坏的应力差逐渐增加;在相同的卸荷速度下,卸荷初始围压越大,轴向应变的回弹值愈大,环向应变突跳值愈小;随着卸荷速度的增加,岩样黏聚力c逐渐增加,内摩擦角Φ逐渐减小。

含天然节理灰岩加、卸荷力学特性试验研究

为模拟一般地下节理岩体开挖加卸荷效应,进行含天然节理灰岩试样的加轴压、卸围压应力控制试验及常规三轴压缩试验,得到2种试验条件下的全应力-应变曲线。对试验后的岩样破坏特征、强度和变形特性的分析结果表明:无论是常规三轴压缩还是加轴压卸围压试验,其破坏均有沿节理面和穿切节理面2种方式。常规三轴压缩表明,当节理面与最大主应力夹角<40°时,岩样为穿切节理面破坏,当夹角>40°时,岩样为沿节理面破坏。对加、卸荷试验而言,2类破坏看不出与夹角的关系。加、卸荷试验沿节理面破坏试样的峰值强度、残余强度都明显低于穿切节理面破坏试样的峰值强度和残余强度。加、卸荷破坏试验中,沿节理面破坏试样没有明显的屈服阶段,峰值强度后强度迅速降低,没有出现三轴压缩破坏中的屈服和强度提高过程。

局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例,考虑到海水的渗透性,采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明,隧道整体是安全的,此种情况下,隧道衬砌原则上可按无水压设计,衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时,隧道安全系数降低,破碎带越宽,注浆堵水圈厚度越小,安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比,含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此,必须做好破碎带的超前注浆堵水加固,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固,此种情况下,隧道衬砌原则上可按有水压设计。

岩石边坡工程块体系统稳定性预测、监测与控制

根据工程地质的岩体结构控制观点及“突破”观点,岩石边坡工程的稳定性往往由其中的块体分布及其稳定状态所控制,因此,及时确定与实时控制这些块体系统的稳定性就十分重要。为此,以某大型岩石高边坡为例,在分析该高边坡的工程地质条件,尤其是结构面分布特征基础上,首先,采用块体理论分析了该复杂岩石边坡工程块体系统的分布规律,找出了控制该大型边坡稳定性的关键块体的位置、规模及开挖后的稳定性系数,并据此指导优化岩石边坡稳定性的监测布置与加固控制;其次,根据监测信息对块体系统加固前后的受力及稳定性动态进行了分析。

复杂边坡工程稳定性监测及信息施工

以某大型复杂边坡工程系统为例 ,提出了基于施工全过程安全监测及监测信息反馈指导下的复杂边坡工程信息化施工方法 .结合岩石力学应力释放与转移原理、块体稳定理论及其它方法 ,介绍了信息化施工方法在该复杂边坡工程硐室快速安全施工。

节理岩体损伤变量确定的分形方法

针对节理岩体损伤张量采用统计概率模型确定存在问题，首先建立了岩体结构分维与波速的关系方程，验证了采用分维数进行岩体质量评价的可行性，然后提出了采用室内岩块波速值与岩体结构分维确定节理岩体损伤变量的分形方法。

壁后注浆微型钢管混凝土桩在基础沉降控制中的应用

本文首先结合工程地质条件分析研究了某矿山井架倾斜的原因 ,结合现场实际施工条件 ,介绍了采用桩径小、承载力高、施工简便、质量可靠的壁后注浆式微型钢管混凝土桩成功控制基础沉降的方法及施工工艺 ,该法可为类似工程提供借鉴经验。

岩石卸荷本构关系的BP神经网络模型

卸荷试验包括应力控制和变形控制两种方法。应力控制方式的特点是试验机必须对岩样一直进行轴向压缩,变形控制方式的特点是卸荷过程中试验机轴向不再对岩样压缩做功,岩样破坏是通过自身储存的能量实现的。本文利用BP神经网络,对采用变形控制方式的粉砂岩试样峰前、峰后卸围压试验数据进行训练,并建立了岩石卸荷本构关系的BP神经网络模型。结果表明,BP神经网络模型的模拟值与试验值非常接近,模拟效果比较理想。

加、卸荷条件下岩石变形及三轴强度研究

基于实际岩石工程开挖过程中存在的卸荷现象，通过大理岩、花岗岩、砂岩等常规三轴加载与固定轴向位移的三轴卸围压实验（包括加地破坏后的卸围压实验），对常规三轴与三轴卸卸围压条件下的变形模量及强度参数（弹性模量、峰值程度、残余强度等）进行了对比分析，试验表明卸载过程变形模量及强度指标明显小于加载过程的变形与强度指标，而三轴加载到峰值破坏后的卸围压试验表明其抗剪强度内摩擦角远大于加载破坏时的内摩擦角，内聚力一般比加载条件下加载峰值内聚力及峰后残余内聚力小。

煤炭地下气化空间扩展规律及控制方法研究综述

在介绍煤炭地下气化特点的基础上 ,对地下气化空间扩展及气化过程影响进行了分析 ,综述了国内外在煤炭地下气化空间扩展规律及控制方法的研究进展 ,结合中国的气化工艺特点 。

泥化夹层长期强度的灰色预测

泥化夹层是控制边坡变形及稳定的关键性结构面，其强度值因其具有流变特性而变化。为确定其长期强度，采用非等间距灰色ＧＭ（１，１）模型建立了长期抗剪强度指标预测模型，与实验结果相比，效果较好。

基于监测信息的井壁广义附加力数值模拟反演

竖直附加力是导致井壁破裂的关键因素,合理确定该附加力的大小对于分析、预测及评价井壁的安全状态有重要意义。有限元模拟表明,水平地压保持不变时,随竖向附加力的增加,井壁竖向压应变呈增大趋势,而环向压应变呈减小趋势;而实测结果却显示井壁竖向、环向应变均呈受压增加趋势。文章以某深厚表土层中的井壁为例,通过实际监测信息指导下的有限元模拟反演分析,得到竖向附加力和水平地压的增加量,有限元模拟结果与实测吻合,为正确分析井壁结构的外载荷提供了一种基于监测与数值模拟结合的方法。

泥化夹层对边坡工程稳定性影响及控制方法研究

岩体边坡工程的稳定性往往由岩体结构 (尤其是泥化夹层 )所控制 ,因此边坡工程一般需对控制边坡稳定的主要结构面进行控制处理 .以某边坡工程系统进口顺向及出口“上硬下软”逆向岩石边坡为例 ,分析了泥化夹层对边坡稳定的控制作用 ,介绍了采用洞挖方式设置混凝土阻滑键及采用混凝土置换泥化夹层以改善边坡稳定性的方法 ,通过阻滑键内、置换体内及边坡的实际应力、应变监测 ,分析了这两种加固处理方法对改善边坡稳定性的作用 。

边坡工程系统阻滑键阻滑效果的监测与稳定性分析

采用ＳＡＲＭＡ极限平衡方法分析了某顺坡向层状岩石边坡阻滑键设置前后的稳定性变化规律，介绍了沿边坡顺向泥化夹层中设置阻滑键以改善边坡稳定性的方法，通过阻滑键内的应力、应变及边坡位移监测，分析了阻滑键设置后阻滑键内的应力、应变随边坡及坡内引水隧洞开挖的变化规律，说明了阻滑键的阻滑效果．

边坡工程系统稳定性薄弱部位的预测与控制

基于岩体工程失稳的“突破观点”，采用块体理论方法预测了某复杂边坡工程系统进口顺层边坡的薄弱部位——块体系统分布，在监测分析边坡块体系统动态稳定性的基础上，提出了边坡加固处理方法．根据有限元数值模拟与位移监测分析，预测确定了该边坡系统出口“上硬下软”逆向边坡的稳定性薄弱部位及控制因素，并对这些薄弱部位的加固方法及效果进行了分析．