层状岩体多节理本构模型与试验验证

根据含多节理层状岩体典型力学特征,在所提出的考虑一组节理面的层状岩体复合材料模型基础上,建立考虑多组结构面特性的层状岩体多节理本构模型,用来描述其在强度和变形方面的各向异性以及应变硬化-软化特征,进而采用VC++编程语言将该模型嵌入到FLAC3D软件中,实现其非线性数值计算功能。然后,利用所提出的本构模型与三维节理网络模型相结合,初步提出基于连续介质力学理论的合成岩体模型(SRMM)分析方法。基于这些模型理论和分析方法,建立现场真三轴试验岩样的三维合成岩体计算模型,通过与现场试验结果对比,表明所提出的本构模型在描述多节理岩体力学特性方面是可行的、合适的。

深埋隧道层状围岩变形特征分析

层状岩体在地下工程中经常遇到的,它具有明显的各向异性力学性质。结合共和隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对层状岩体的破坏特征进行了分析,研究结果表明:围岩的变形位移、破坏区都主要集中隧道拱顶右侧,即靠河侧大于靠山侧。隧道围岩变形破坏区不在最大主应力方向上,而是在岩体层理垂直方向。层状岩体中洞室变形破坏特征除了因地形产生的偏压影响外,更重要的是受地层结构特征的影响,即与层状岩体的力学性质极大相关,其结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。

层状岩体边坡的弯曲变形破坏试验及有限元分析

用地质力学模型试验方法，在实验室对层状岩体边坡进行分期开挖破坏试验，同时利用考虑了岩层弯曲变形效应的有限元程序模拟开挖破坏过程。两种方法所得结果具有良好的可比性，揭示了在开挖状态下岩体弯曲变形折断破坏的一些规律。

层状岩体的弹粘塑性Cosserat介质理论及其工程应用

本文以层状岩体为研究对象，建立了考虑弯曲效应的层状岩体弹粘塑性本构关系，推导了有限元计算模式，并将该理论应用于龙滩工程左岸进水口反倾向层状岩体边坡的初始地应力场反演、开挖变形与稳定计算分析中．

层状复合岩体变形试验尺寸效应的数值模拟

由于层状复合岩体软硬相间,不满足均匀、连续和各向同性条件,因此,通过现场试验方法确定层状复合岩体等效变形模量会存在许多问题,尺寸效应即是主要问题之一。结合清江水布垭水利枢纽地下厂房31qP层软硬相间层状复合岩体力学参数取值问题,在现场岩体变形试验基础上,通过开展数值模拟试验,研究了不同加载尺寸对层状复合岩体变形参数的影响。研究成果表明:层状复合岩体变形模量具有明显的尺寸效应,岩体变形模量与加载面直径之间可近似采用负幂函数表示:E = 7.989D-0.552;常规变形试验加载尺寸明显偏小,当加载面直径应达到3～5 m,岩体等效变形模量取值3～4 Gpa,比常规试验降低70%左右。

深埋隧道层状岩体弹塑性本构模型研究

共和隧道围岩为薄层状灰岩,岩样试件单轴压缩全过程曲线表现为明显的各向异性,且隧道现场监测发现围岩屈服破坏也具有明显的方向性。据此选择合适的屈服准则及其强度参数随岩层倾角(与最大主应力的夹角)变化规律。结合各向异性弹性本构方程,获得横观各向同性弹塑性本构关系并利用C++语言实现。利用该本构模型对共和隧道进行数值模拟,计算结果与破坏特征基本吻合,验证了该模型的正确性,可以用于该隧道支护设计及稳定性分析。

缓倾角层理各向异性岩体隧道稳定性的物理模型试验研究

层状岩体的广泛分布是地下工程无法回避的现实。以渝湘高速公路共和隧道为工程背景,采用自行研制的弹脆性模型相似材料,制作出层状岩体隧道模型。采用大型真三轴岩土工程模型试验机进行加载试验,采用围岩应变监测、洞室内窥摄影、试件破坏形态的研究与分析,从而对缓倾角层理岩体中隧道的二次应力分布特征及破坏机制进行研究。试验中还通过超载系数,提供了一个安全储备的定量评估指标。试验的破坏特征与隧道实际破坏一致,说明了模型试验的正确性,同时也为顺层偏压隧道的加固机制研究及加固设计提供了试验基础。

层状岩体强度数值模拟及其讨论

基于大伙房水库输水工程现场地勘数据,引入层理面弱化法及Interface命令法建立层状岩体数值模型.运用FLAC3D软件对层状岩体进行数值模拟分析,重点讨论分析这两种方法数值模拟结果的准确性.计算结果表明:Interface命令法计算的岩体竖向位移虽然缺乏连续性,但其在不同层理面倾角情况下计算的轴压极限强度与理论分析结果基本相同,误差均在10%以内,能够较好地描述层状岩体的破坏规律,为后续及类似层状岩体工程施工提供了参考.

深埋隧道层状岩体地应力反演研究

结合渝沙高速公路共和隧道地应力量测资料,通过调整多种组合的侧压系数,获得隧址区山体多组地应力。将每一组侧压系数下获得的测试段地应力,利用横观各向同性弹塑性本构模型对测试段层状岩体进行计算,并将计算的结果与实测结果对比分析,确定出隧址区山体合理的侧压系数,从而得到了隧道轴线方向的初始地应力大小和方向,研究表明,隧道轴线初始地应力与隧道的埋深和地形地貌有关,靠山侧初始地应力大于靠河侧,最大初始地应力主要集中在埋深500-1 000m,即K41＋500-K43＋000里程段,最大初始地应力为19.7MPa,与水平面的夹角为-71.58°。这为隧道设计和施工提供了重要的基础资料。

水平层状围岩隧道光面爆破效果分析

水平层状围岩中进行钻爆施工,层间存在软弱夹层,光面爆破效果较差,难以形成设计要求的拱形轮廓,渣堆中大块率高,超、欠挖现象严重。实践证明节理、软弱夹层在很大程度上影响了爆炸应力波以及爆生气体对岩石的作用,使光面爆破抵抗线以及岩石裂纹扩展方向发生变化,从而产生不规整的爆破轮廓线。本文从炸药破岩机理以及应力波通过节理、夹层传播规律来分析产生超、欠挖现象的原因,总结出一些有益的结论,以指导实际的施工。

层状岩体围岩变形破坏特征及稳定性评价

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,具有明显的各向异性力学性质,其变形破坏特征与均值岩体相比表现得更为复杂。根据共和隧道地质调查和地应力量测的资料分析,隧道围岩偏压现象与地应力和岩性有极大的相关性。通过对隧道初期支护开裂段围岩位移收敛、围岩接触压力、锚杆轴向力监测和松动圈探测,其结果表明,围岩变形及应力和松动圈都在右拱肩处最大,即靠河侧大于靠山侧,与初始地应力的最大主应力方向不一致。因此,通过现场监测提前了解围岩-支护结构的变形及受力状况,及时修改了支护参数,避免了隧道垮塌等恶性事件的发生,从而有效指导了隧道施工和设计。

层状岩体的三维弹塑性有限元分析

层状岩体具有明显的各向异性,其抗剪强度应是相对于层面方向的函数。作者曾提出层状岩体c,j 值的经验表达式,并与前人的试验结果进行对比,二者吻合较好。在此基础上,引入横观各向同性体的本构关系和其中的c,j 值是随方向变化的Mohr-Coulomb准则,编制了相应的三维弹塑性有限元程序,并以一个地下洞室为背景,分别就岩体为横观各向同性和各向同性的情况进行模拟计算与对比,得出了有益的认识。

关于层状岩体变形试验的建议方法

传统的岩体承压板法变形试验以假定岩体为半无限均质弹性介质为前提,只能得出一个综合(等效)的弹性(或变形)模量。对于水电工程中经常遇到的薄的软弱层带的模量不能测定。为此,需要在传统的岩体变形承压板法试验的基础上发展淅的层状岩体承压板法变形试验,它可以利用分层弹模计算的方法测定出软弱层带及其他各个岩层的模量,是岩石力学试验方法上的一次突破。笔者将首次系统地介绍这种新的试验原理、实施、分层弹模计算方法和工程应用。

具有弯曲效应的三维层状岩体屈服准则

基于Cosserat介质理论，针对具有弯曲变形效应的层状岩体，建立了考虑弯曲屈服效应的屈服准则。初步计算表明，所建立的屈服准则是合理的。

纵波垂直入射层状非线性节理岩体的半数值时域解

基于改进的节理弹性非线性法向变形本构关系,建立可描述纵波垂直入射层状非线性节理岩体的波传播位移不连续模型,结合一维波动方程特征线法推导层状非线性节理岩体透射波质点速度半数值时域解。利用该解建立差分格式并编写计算程序,通过参数研究初步探求弹性纵波在层状非线性节理处的传播过程及特征,着重分析节理条数N、无量纲节理间距ζ、变形非线性系数ξ、入射波最大振幅vinc与频率f等因素对透射系数|TIMP|、透射波能量比etra、首波波形畸变和时间延迟Tdel产生的影响。研究表明,随着节理条数增加和变形非线性系数增大,|TIMP|、etra减小,Tdel增大;随着节理间距增大,|TIMP|、etra、Tdel均先增大后减小并最终稳定。

层状岩体的Cosserat介质理论中第二剪切模量G^c的研究

针对层状结构岩体，从建立一个标量出发，推导出二维平面应变状态下，Ｃｏｓｓｅｒａｔ介质理论中第二剪切模量Ｇｃ值。最后通过算例，分析了Ｇｃ对计算结果的影响。

层状岩体边坡破坏形式的工程地质判别

通过对层状岩体边坡不同破坏类型形成原因的对比分析及各种类型的力学及成因差异的研究,提出对各类层状岩体边坡的破坏类型进行判别的工程地质要点,并指出边坡工程中工程地质调查、分析是边坡分析能否反映实际的关键。文章还对各种破坏类型的力学机制及评价方法进行了对比分析,提出了层状岩体边坡工作中重点调查的项目,从而使层状岩体边坡工作更具有实际意义。

亭子口电站水平层状岩体变形特性试验研究

通过对亭子口水利枢纽工程坝基下卧的黏土岩、粉砂岩、长石石英砂岩和岩屑砂岩等4种主要岩性的岩体变形试验曲线特征进行分析,认为:厚层岩屑砂岩的试验变形量主要来自于岩石晶格错动变形,长石石英砂岩的试验变形量主要为岩石内孔隙和空隙变形以及岩石晶格错动产生的变形,而层理较发育的薄层黏土岩和粉砂岩的试验变形量主要由层间压缩变形、岩石内孔隙和空隙变形以及岩石晶格错动产生的变形共同组成。

层状节理岩体变形特性数值模拟研究

层状节理岩体变形特性的研究,对于实际工程确定其力学参数具有重要参考作用.本文选取层状节理岩体为研究对象,分别建立不同倾角、不同尺寸层状节理岩体三维数值计算模型,采用FLAC3D软件模拟单轴压缩试验,研究了层状节理岩体不同方向弹性模量的各向异性特性和尺寸效应.研究表明:沿节理走向的弹性模量受节理倾角和模型尺寸影响极小;沿倾向和高程方向的弹性模量随节理倾角增大呈U型分布,且具对称性,其各向异性特性显著;随着模型尺寸增大,不同倾角层状节理岩体的弹性模量变化规律不一致,但总体减小且趋于稳定;采用多项式拟合层状节理岩体主要变形方向的变形参数函数并求导,可确定其典型单元体尺寸和等效变形参数.

抽水蓄能电站地下洞群层状围岩稳定性综合分析研究

某抽水蓄能电站地下洞室群围岩呈缓倾角互层状结构,层理发育,岩性复杂,洞室开挖过程中,各种地质因素交互作用,洞室间相互影响。论文对复杂变化地质环境下的主厂房围岩进行各种因素作用下的综合稳定分析,并依据多种测试手段,对开挖后围岩的稳定性和变形进行实时监测,掌握了洞室层状围岩变形破坏特征。结合对地下洞室开挖进程的数值汁算分析,研究了围岩的动态力学特征和变形规律,得出一些有益的认识和结论。数值计算结果与监测数据较好吻合,对施工开挖方案的优化具有重要参考价值。