单轴压缩条件下软硬互层类岩石的声发射特性与裂纹类型演化

为进一步揭示不同层理倾角的软硬互层岩在单轴压缩下的声发射特性和裂纹扩展规律,采用类岩石材料制备了软硬互层类岩石试样,基于搭载DS-5型声发射监测系统的RMT-150B型岩石力学试验系统,开展了不同层理倾角(0°、30°、45°、60°和90°)的软硬互层类岩石试样的单轴压缩试验,分析了层理倾角对岩样声发射特性、损伤演化和裂纹扩展的影响。结果表明:试样的声发射活动呈现明显的阶段性特征,且不同层理倾角下其分布特征具有明显差异,声发射特征参数表现出明显的层面效应,声发射累计振铃计数和累计能量随着层理倾角的增大先减小后增大;低频-超高幅信号的突然出现或占比增加可作为软硬互层类岩石试样的破坏前兆,低角度(0°、30°)试样表现为大尺度裂纹稳步扩展破坏,中角度(45°、60°)试样为大尺度裂纹突发失稳扩展破坏,高角度(90°)试样为小尺度裂纹突发失稳扩展破坏,60°层理倾角为试样破坏的最不利角度;试样的损伤累积过程同样具有明显的阶段性特征,在峰值应力前,试样的损伤累积主要集中在高速率损伤阶段,中等角度(45°、60°)的层理面加快了试样的损伤累积过程;不同层理倾角对软硬互层类岩石试样的拉剪裂纹演化的影响差异明显,水平层理面促进了拉剪裂纹的产生,层理倾角的逐渐增大促进了类岩石试样拉剪裂纹的发育,在层理面与岩石基体共同作用下,随着层理倾角的逐渐增大,类岩石试样的剪切裂纹占比先增大后减小,且剪切裂纹数目处于较高水平。研究结果对地下工程围岩结构的稳定性评估具有一定的参考作用。

广东红层特性及主要工程地质问题与建议

分析研究了红层的形成、分布和特征,并结合自身完成的具体工程实例和业内代表性研究成果,对涉及红层的边坡崩塌、失稳及桩基础、浅基础设计、施工中遇到的工程问题进行了阐述、总结和分析,并提出相关的应对措施和建议。

软硬组合薄层片岩隧道初支结构稳定性分析

为提升高速铁路隧道软硬组合薄层片岩变形段初支结构的稳定性,采用监测初支结构位移变形、初支背部围岩压力、初支钢架应力及围岩深部位移等方式,通过分析各部位位移及应力监测数据变化规律,提出初支结构快速成环、局部增强喷射混凝土强度、薄层片岩区增加锚杆长度及径向注浆等方法,为控制软硬组合薄层片岩隧道初支结构变形与混凝土开裂提供技术参考。

缓倾外软硬互层型斜坡启滑前地下水压力分布特征物理模拟研究

强降雨是缓倾外软硬互层型滑坡发生的主要诱发条件,启滑前的地下水分布特征是此类滑坡形成的关键力学因素。弄清地下水分布特征对该类滑坡的稳定性评价和防治具有十分重要的意义。基于垮梁子滑坡为地质原型搭建试验模型,模拟强降雨条件下坡体内地下水分布特征及变形破坏模式。试验结果表明:1随着后缘裂隙水位上升,坡体内承压水呈三角形——前低后高梯形-矩形的演化规律;2伴随承压水分布的演化,坡体变形破坏呈现出前缘隆起-牵引后退式裂隙发育-滑移-拉裂趋势三个发展阶段;3降雨条件,含水层厚度及坡脚堵水条件等是影响坡体承压水分布的主要因素。

软硬岩互层边坡稳定性的敏感性因素分析

针对沪蓉国道主干线湖北宜昌至巴东高速公路上的顺层软硬岩互层边坡破坏特征,建立了顺层软硬岩互层边坡稳定性的分析模型.分析了层面强度、岩层厚度、岩层倾角、水力作用等各项因素对边坡稳定性的影响,探索软硬岩互层边坡稳定性的一些规律.结果表明:敏感度由大到小为:层面倾角>层面内摩擦角>层面厚度>边坡中水力作用>层面粘聚力,即层面倾角和软弱岩层面的强度参数(内摩擦角)对边坡稳定性起主要控制作用,岩层厚度对边坡的稳定性也有明显的影响,物理模型试验更加进一步验证了文中所得的各因素对软硬岩互层边坡稳定性影响的规律.

层理位置对近水平软硬互层隧道变形的影响

江习高速四面山隧道软硬互层围岩为近水平岩层,弹性模量比值为1∶5,黏聚力比值为1∶4,层理效应明显,且层理与隧道相对位置不一,对隧道开挖影响也不同。以砂泥互层V级围岩隧道施工段为工程依托,采用接触分析方法,研究层理与隧道相对位置关系对隧道变形影响,并进行变形预测,得出以下结论:(1)隧道开挖后,其拱顶沉降相对水平收敛变化更大,层理层间滑移相对层间剥离变化更明显。(2)隧道拱顶沉降受隧道上方层理影响最大,水平收敛受穿隧道层理影响最大,底鼓受隧道下方层理影响最大。(3)对于层理本身,隧道开挖对断面以上位置的层理影响更大,对其下方层理影响较小,层理位于隧道上方层理滑移最大,层理穿越隧道断面时层间剥离量最大。研究成果可在类似隧道提出针对性施工工艺设计建议并推广应用。

陡倾顺层斜坡动力失稳机理分析

针对汶川地震中边坡的破坏形式与坡体结构密切相关的问题,以"5·12"汶川地震中安县高川乡大竹坪滑坡和干磨房滑坡失稳工点为原型,在充分分析滑坡地区工程地质条件及其动力变形特征的基础上,提出采用3维离散元数值模拟技术进行失稳机理对比分析的思路。结果表明:陡倾顺层硬岩斜坡的动力破坏形式以崩滑为主,陡倾顺层软硬互层斜坡的动力破坏形式以滑移弯曲为主;在相同地震作用下,峰值地面加速度(peak ground acceleration,PGA)放大系数与坡体高程总体成正相关,斜坡同一高度处的PGA放大系数由坡表向坡内总体呈现先增大后减小的趋势;陡倾顺层硬岩斜坡的PGA放大系数总体小于陡倾顺层软硬互层斜坡,硬岩斜坡的PGA放大系数范围在2～3,最大值在坡表的3/4处;软硬互层斜坡的PGA放大系数范围在2.5～4.0,最大值在斜坡顶部。此外,陡倾顺层硬岩斜坡的破坏机制为4个阶段:层面部分贯通滑移—锁固段震荡松弛—上部抛射—底部滑面贯通并失稳,而软硬互层斜坡的失稳机理则为:层面错动-部分贯通滑移—下部局部抛出-局部弯曲—高位横向扩展滑移—下部弯曲折断-整体失稳。研究成果可为西南地区高陡顺层岩质斜坡失稳评价及机理分析提供相应的技术支持。

重庆市涪陵区厚层软硬相间岩体失稳模式

重庆市涪陵区厚层软硬相间公路高边坡的详细调查发现,不同的岩层产状,不同开挖方向其斜坡变形破坏模式不同。本文根据野外实例总结了不同岩层产状与开挖方向对应的破坏模式,平缓层状斜坡破坏方式有滑塌式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌;中倾角层状斜坡破坏方式有顺层滑移和崩塌;高陡倾角层状斜坡坡破坏方式有滑移式崩塌和坠落式崩塌。表明斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩体结构之间存在着密切的成生联系。通过对不同倾角的斜坡岩体破坏方式研究,可以达到系统评价预测斜坡稳定性的目的;通过公路开挖对不同产状岩层可能造成灾害的预期,可以采用不同的预防措施,避免大型灾害的发生。

软硬岩互层边坡的破坏模式及稳定性研究

采用FLAC3 D强度折减法研究软硬岩互层边坡在不同岩层厚度组合h、不同岩层倾角下边坡的破坏模式和稳定性系数k。结果表明h对边坡的破坏模式影响较小,θ对边坡的破坏模式影响明显:1水平层状边坡破坏模式为滑移—压致拉裂;随着θ的增大,顺倾向边坡破坏模式为滑移—拉裂、顺层滑移、滑移—溃曲、弯折—溃曲;直立边坡为弯折—崩塌破坏模式;反倾向边坡为滑移—溃曲和弯折—倾倒破坏模式。2缓倾向顺层边坡中,h的变化对边坡k影响很小,k由靠近坡脚处的软岩决定;其余层状边坡中,当软岩厚度不变时,k随着硬岩厚度的增大而增大,当硬岩厚度不变时,k随着软岩厚度的增大而减小。3随着θ的增大,顺倾向边坡中,k曲线呈现出先减后增的形状;反倾向边坡中,k曲线呈现出先增大后减小再增大的形状;软硬岩互层边坡总体稳定性趋势为,近直立层状边坡>陡倾向顺层边坡>反倾层状边坡>近水平层状边坡>缓倾向顺层边坡。

溃曲软硬相间顺层斜坡滑移-弯曲破坏机制分析

以白龙江苗家坝水电站库区巨型滑移-弯曲破坏模式的何家滑坡为例,在野外调研的基础上,利用理论公式、数值计算等手段,从地形、地应力、岩性组成和临空条件等方面分析了软硬相间层状斜坡产生滑移-弯曲模式变形破坏的成因机制。结果表明,研究区高、陡的地形条件、最大主应力平行斜坡走向的地应力条件,以及深部厚层软弱岩带的存在,是厚层状坚硬凝灰岩夹板岩斜坡孕育、发生滑移-弯曲模式变形破坏的主控因素。

离层注浆控制冲击矿压危险机理探讨

煤层上覆坚硬厚层岩层组成的主关键层对冲击矿压的发生具有强烈的影响.主关键层岩层的剧烈活动是冲击矿压发生的集中区域,而且震级也高;冲击矿压的发生需要煤层及其周围岩层中聚集大量的弹性能外,还需要主关键层破裂等释放的外部能量;该外部能量与岩层厚度的平方、抗拉强度的2.5次方成正比;破断中心距巷道工作面越近、释放的能量越大,传播到巷道工作面处的能量越大,越容易引发冲击矿压.因此,可采用覆岩离层注浆等技术手段保证覆岩主关键层的长期稳定,消除主关键层岩层破断引发的冲击矿压危险.

含脆硬夹层盐岩力学特性试验研究

为研究夹层特征变化对含夹层盐岩力学特性及破坏的影响,克服了现场取样的困难,利用自行压制的含夹层盐岩,在试验室进行了单轴和三轴压缩试验。试验结果表明:夹层和盐岩之间的变形差异对含夹层盐岩的强度、弹性模量等力学特性参数有重大影响。单轴压缩条件下,含夹层盐岩破坏均为由夹层扩展至盐岩的轴向劈裂;含夹层盐岩强度随夹层厚度的增加趋于降低;含双夹层盐岩强度低于含单夹层盐岩;夹层倾角的存在会对含夹层盐岩的强度、弹性模量有削弱作用,并且破坏形式属于滑移和劈裂的综合。三轴压缩条件下,含夹层盐岩的抗压强度、弹性模量、峰值载荷变形量均低于纯盐岩;纯盐岩为侧向膨胀破坏,没有明显的破裂面,而含夹层盐岩中的泥岩夹层部分表现为剪切破坏的特征,盐岩层部分为侧向膨胀。其研究结果为层状盐岩储库的建造和运营提供了有力的试验依据。

似膏体充填开采导水断裂带高度确定方法研究

为深入研究充填开采覆岩的断裂带高度发育特征,采用砌体梁力学模型和材料力学理论相结合的研究方法,提出了充填开采导水断裂带发育高度的计算方法,利用该方法对红阳煤矿10803工作面覆岩断裂带高度进行计算,得到其覆岩断裂带高度为13.38m;并采用物探技术对10803工作面覆岩断裂带范围进行探测验证,探测结果为13.2m。理论计算结果和物探结果高度吻合,说明采用砌体梁力学模型和材料力学相结合的方法分析覆岩断裂带范围方法正确可行。

浅谈液动冲击锤施工工艺在硬岩层中的应用

在河南禹州煤田景家洼矿区勘探中,遇到一层约90米左右的长石石英砂岩(俗称平顶山砂岩),钻进效率低,材料消耗大,通过ZK—09孔改用冲击回转钻进,取得了较好效果,介绍在硬岩层运用多工艺技术的施工方法。

张集煤矿灰岩顺层定向钻进托压效应及影响因素分析

针对张集煤矿坚硬灰岩顺层定向钻进中发现的钻孔孔深与孔口给进压力之间的变化规律,在400~500 m孔深时出现托压现象,运用钻柱弹性送钻理论对托压效应产生的机理进行了分析,能够很好地解释张集煤矿坚硬灰岩顺层定向钻进中发现的规律,托压效应的产生主要是受到了钻孔摩阻的影响。在此基础上,对托压效应的影响因素进行了分析,主要影响因素有:地层岩性、曲率和位移、垂深与岩屑、孔深、自重与给进压力,并从减小坚硬岩层滑动定向钻进托压效应影响的角度出发,从减小钻柱与孔壁的摩阻、研发减阻降摩工具和复合钻进方面给出了优化建议。

三峡库区易滑地层硬质岩石破坏模式的能量学分析

在易发生滑坡的地层内,硬质岩常构成滑坡抗滑段,其能量耗散和释放的过程决定了滑坡临界破坏时刻的特征。三峡库区常见顺层岩质滑坡的易滑地层有侏罗系中、下统和三叠系中统,采用能量学方法分析了三峡库区三组易滑地层中四类硬质岩石的变形破坏模式。该方法基于概化的顺层岩质滑坡地质力学模型,提出了岩石弱化(或损伤)-破坏过程的能量学解释,并通过四类硬质岩石的三轴循环加载试验,确定了两类破坏控制模式下岩石能量耗散和释放的规律,并将其应用于千将坪顺层岩质滑坡的启滑初速度预测。结果表明:①三峡库区侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)的长石岩屑砂岩属应变控制型岩石(Ⅰ型),三叠系中统巴东组(T2b)的灰岩、泥灰岩和侏罗系下-中统聂家山组(J1-2n)的细砂岩属应力控制型岩石(Ⅱ型);②应变控制型岩石(Ⅰ型)随应力值增加其损伤系数增值明显,而应力控制型岩石(Ⅱ型)在破坏前无明显损伤,可储存大量弹性应变能并在破坏时释放;③千将坪滑坡前缘抗滑段岩石属于应力控制型岩石(Ⅱ型),其弹性应变能释放是导致滑坡剧烈启动的原因。易滑地层硬质岩石变形破坏模式的能量耗散分析是顺层岩质滑坡预测预报的关键,对滑坡抗滑段岩石的监测需根据岩石变形破坏模式来确定具体的监测目标。

软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治,针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题,从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究。边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段,基于相似理论,以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托,根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验;试验通过顶升模型箱模拟重力加载来探究顺层岩质边坡发生破坏时,前缘坡角和软弱夹层倾角之间的关系;结合有限元分析软件Plaxis 2D对物理模型进行了多组数值模拟试验,以验证软硬互层顺层岩质边坡破坏机制。试验结果表明:对于顺层岩质边坡,当软弱夹层的倾角在22°左右,前缘开挖坡角58°左右时,顺层岩质边坡容易发生滑动,滑动面为后缘节理面和软弱夹层的贯通面。因此,顺层岩质边坡稳定性受层面和节理面密度的控制,当边坡含多层软弱层面时,易沿层面和后缘节理贯通面发生破坏,随着软弱面层数增加,边坡稳定系数逐渐降低。研究成果可以为公路开挖切坡导致的顺层岩质边坡失稳机理研究及其稳定性评价提供理论依据,为顺层岩质边坡失稳的预测预报提供支撑。

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。

强渗漏与坚硬岩层组合条件下旋挖钻机施工工法研究

通过对强渗漏与坚硬岩层组合条件下桩基工程旋挖钻机施工技术的探索,总结出高压旋喷防渗漏与旋挖钻机牙轮筒钻和截齿取心筒钻交叉钻进入岩联合成孔施工工法,并在工程中成功应用。在处理大直径入坚硬岩层钻孔灌注桩方面效果明显,技术先进,有明显的社会效益和经济效益。

煤矿井下穿层钻孔高效钻进方法

针对煤矿井下穿层钻孔遇到的钻进效率问题,为了便于煤矿井下工艺技术试验研究,将顶底板岩层按硬度系数f划分成3种等级:较硬岩(4≤f<8)、坚硬岩(8≤f<15)和极硬岩(f≥15),针对不同等级岩石研究与之相适应的钻进方法,并总结相应的最优工艺参数。通过大量的现场试验,总结出了适用于较硬岩的高强度PDC钻头回转钻进方法,试验钻进效率提高了1.6~2倍;适用于坚硬岩的回转冲击钻进方法,试验钻进效率提高了约50倍;适用于极硬岩的冲击回转钻进方法,试验钻进效率提高了约4~25倍。