泥岩卸荷力学行为、声发射特征及能量演化研究

为了更好地探究水利水电工程地下开挖施工时泥岩损伤演化,利用四川大学MTS 815混凝土与岩石力学试验系统开展泥岩三轴卸荷试验,试验共设置3种围压(10,20,25 MPa),采用加围压-恒围压加轴压-加轴压卸围压的方式加载,同步进行声发射数据采集,从力学行为、声发射特征和能量演化的角度分析试验结果.结果表明:围压越高,卸载后对试样的影响越大,泥岩的体积膨胀特性更显著,试样破坏时的卸荷比更小,弹性应变能和耗散能的增速越快.随着卸荷比增大,泥岩的变形模量会先增大后减小,内摩擦角、黏聚力、剪胀角增大,弹性应变能增大,耗散能先增大后趋于稳定甚至下降.在峰值应力出现前会出现声发射振铃计数率的高值,围压的增大会延缓声发射活跃期的出现,同时声发射累计计数与能量会增加.

深竖井施工地表及围护结构变形规律研究

为了研究高富水砂层大直径深竖井施工对周边地表及围护结构的影响,以西霞院水利枢纽输水及灌区工程某检修井为工程背景,运用现场实测数据对竖井周边地表沉降及地下连续墙的水平变形进行了研究。结果表明:随着竖井开挖深度的增加,竖井周边地表沉降及地下连续墙水平变形均在不断增加,当开挖至竖井深度的50%时,地表沉降基本趋于稳定,当开挖至竖井深度的70%时,地下连续墙水平变形基本趋于稳定。竖井开挖完成后,距离竖井最近的地表点沉降最大,最大沉降为4.96 mm,随着间距的增大,地表沉降逐渐减小;地下连续墙水平位移随着监测点埋深的增加而逐渐减小,埋深大于30 m的监测点水平位移很小,埋深小于30 m的监测点会产生相对较大的水平位移,其中墙顶的最大水平位移约为10 mm。

含杂质盐岩加载过程渗透特性及细观特征研究

利用THMC岩石试验系统与工业CT,对不同杂质含量盐岩进行加载全过程气体渗透测试及加载前与破坏后的细观扫描,探讨了围压与杂质含量对含杂质盐岩加载过程渗透特性的影响。研究表明:杂质盐岩在5 MPa围压时的渗透率整体呈增大—平缓变化特征,但高杂质下的平缓期明显滞后杂质含量低的盐岩;在10 MPa围压时的渗透率具有下降过渡点,整体表现为增大—降低—上升至平缓的变化特征;围压对加载破坏过程中的渗透性具有显著影响,含杂质盐岩在10 MPa围压下破坏过程的渗透性,均比5 MPa围压状态下低约2～3个数量级。杂质含量低于45%时,杂质含量越高,破坏过程中渗透率越低;杂质含量超过45%时,破坏过程中的渗透率较高,量值与纯盐岩相当。杂质盐岩加载前的孔隙率约为1%,渗透破坏后增大了约10倍,加载破坏后高杂质盐岩与纯盐岩的孔隙率接近,杂质含量低的盐岩的孔隙率相对较低。研究获得了不同围压和杂质含量影响下渗透性差异的裂纹分布细观特征。低围压下的杂质含量低的盐岩呈单剪切面破坏特征,纯盐岩和高杂质盐岩呈共轭双剪切面破坏特征。导致破坏过程的渗透性较高;高围压下呈横向大变形特征,其破坏特征为裂纹方向与σ1方向一致的密集型微裂纹,破坏后的渗透性较低。

大型水电工程建设岩石力学工程实践

中国三峡工程以及金沙江下游4座梯级水电站工程规模巨大,地质条件复杂,在建设过程中遇到了诸多岩石力学难题。结合这5座大型水电工程建设的岩石力学工程实践经验,对高边坡与滑坡岩体工程问题、坝基坝肩岩体工程问题、地下洞室群岩体工程问题、高地应力与高地震烈度问题的处理措施进行了回顾,介绍了三峡船闸高边坡、溪洛渡高边坡以及乌东德高位自然边坡的稳定技术,三峡大坝和溪洛渡拱坝建基岩体抗滑稳定技术,三峡枢纽地下厂房和向家坝水电站地下厂房的围岩稳定技术以及巨型滑坡综合治理等关键技术。在此基础上提出了大型水电工程岩石力学研究工作的通用技术路线:重视勘探与工程地质力学模型分析,合理界定岩体的介质模型及等效连续参数,并以地应力作为初始分析条件,采用适宜的连续或非连续介质力学分析方法进行岩体稳定分析,从而确定岩体加固方案,实施监测并实现反馈设计。

Failure behavior of a rock-coal-rock combined body with a weak coal interlayer

Using an MTS 815 testing machine,the deformation and failure behavior of a rock-coal-rock combined body containing a weak coal interlayer has been investigated and described in this paper.Uniaxial loading leads to the appearance of mixed cracks in the coal body which induce instability and lead to bursts in coal.If the mixed crack propagates at a sufficiently high speed to carry enough energy to damage the roof rock,then coal and rock bursts may occur-this is the main mechanism whereby coal bumps or coal and rock bursts occur after excavation unloading.With increasing confining pressure,the failure strength of a rock-coal-rock combined body gradually increases,and the failure mechanism of the coal interlayer also changes,from mixed crack damage under low confining pressures,to parallel crack damage under medium confining pressures,and finally to single shear crack damage or integral mixed section damage under high confining pressures.In general,it is shown that a weak coal interlayer changes the form of overall coal damage in a rock-coal-rock combined body and reduces the overall stability of a coal body.Therefore,the whole failure behavior of a rock-coal-rock combined body in large cutting height working faces is controlled by these mechanisms.

Ⅱ型断裂韧度测试功能开发与试验分析

断裂韧度作为岩石的重要力学指标,对认识压剪破坏规律具有重要意义。为解决现有设备缺乏围压冲剪试验(PTS/CP)测试功能的问题,本文基于Ⅱ型断裂韧度测试方法进行试验装置开发,在现有设备上实现了PTS/CP测试功能,并通过青砂岩的PTS/CP试验验证了开发装置的可靠性。青砂岩PTS/CP试验结果表明,在围压侧向约束条件下岩石试样可获得较理想的冲剪破坏面,且随着围压的增大,Ⅱ型断裂韧度K_(ⅡC)先增大后趋于稳定;通过PTS/CP试验所获得的青砂岩K_(ⅡC)与其单轴抗拉强度、I型断裂韧度指标之间的关系符合常规认识,说明了PTS/CP测试功能的合理性和装置的可操作性。PTS/CP测试功能的开发可为岩石及类似工程材料的相关教学和科研工作提供试验支撑。

基于一种普适性直接拉伸方法的岩石拉伸测试及问题分析

针对现有直接拉伸方法测试岩石抗拉强度存在对试验设备性能要求高、试验流程复杂、试验成功率低等诸多局限性难题,导致现有直接拉伸方法未能被广泛用于岩石抗拉特性测试,因此,基于“压转拉”理念,提出利用普通压力试验机均可进行测试的一种普适性直接拉伸方法。为阐明提出的直接拉伸试验方法的可行性,以国际上推荐的巴西劈裂法作为对比方法,以大理岩、砂岩、花岗岩3种岩石分别作为变质岩、沉积岩、岩浆岩3种岩类的代表,进行试验测试和对比分析。结果表明,提出的直接拉伸试验方法不仅简单好用,且测试结果有非常好的一致性;测试得到3种岩石的间接拉伸强度均高于直接拉伸测试结果,其规律性与现有直接拉伸测试方法与间接拉伸测试方法得到的一致;进而,考虑该直接拉伸试验方法中存在的潜在影响测试结果的条件,提出今后进一步优化该方法过程中,应重点考虑钻缝缝宽、缝底弧度、柱体高度及底部厚度、圆筒壁厚与粒径的比例等因素。