完整岩石单轴抗压强度确定方法研究

完整岩石单轴抗压强度是传统和普适Hoek-Brown(HB)强度准则中的关键参数,其与岩石软硬程度和岩石破碎程度具有强关联性,而理想值或理论值严格意义上并不等同于单轴测试值。真值的唯一性确定直接影响HB强度准则的准确性,由此提出一种新的思路解决这一难题。首先明确了岩石软硬程度和岩石破碎程度的确定应基于分布特征而非单一样品,这可使完整岩石单轴抗压强度、岩石软硬程度和岩石破碎程度三个参数力学意义上自洽。进而证实了传统HB强度准则表达式的不确定性,本质原因是三个参数无法从单一曲线中唯一确定,明确问题的关键核心是完整岩石单轴抗压强度值的唯一性。由此提出了确定HB强度准则新的线性解决方案,将三个参数改为两个参数,可简单快速唯一地确定HB强度准则曲线。最后为了提高精度,引入四种误差评判方式:绝对误差绝对值和、绝对误差平方和、相对误差绝对值和以及相对误差平方和,可显著缩小预测值与实验值的偏离误差。新的线性方案匹配任意一种误差形式可确保完整岩石单轴抗压强度的唯一性,研究工作为深入理解HB强度准则提供了新思路。

完整岩石拉压应力状态下的张裂破坏准则

一点的应力状态可由3个主应力σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示,当规定主应力以压为正时,沿最大主应力σ_(1)方向将产生收缩变形,若中间主应力σ_(2)和最小主应力σ_(3)都远小于σ_(1),则沿σ_(2)和σ_(3)方向会产生横向扩张变形,当横向扩张变形达到一定极限时,将会在平行于σ_(1)的方向产生张裂破坏.如何建立这种张裂破坏的强度准则目前尚缺乏研究,最大拉应变理论(第二强度理论)有时被用来解释张裂破坏,但最大拉应变理论难以应用于三向受力状态.本文分别用ε_(1),ε_(2)表示最大张应变和次大张应变,则最大拉应变理论认为当ε_(1)达到单向拉伸屈服应变时,材料将产生破坏.而本文将根据ε_(1)+ε_(2)之和达到极限值ε_(u)来建立张裂破坏准则.可以证明ε_(1)+ε_(2)所表示的是σ_(1)主平面的面积增长率.当σ_(3)<σ_(2)≪σ_(1)时,大部分岩石都具有脆性破坏的特点,所以可将破坏前的岩石视为满足广义胡克定律的线弹性材料,这样用ε_(1),ε_(2)表示的强度准则可通过σ_(1),σ_(2),σ_(3)来表示.在这个过程中还可考虑岩石在拉伸和压缩时具有不同弹性参数和强度的特点,并可通过单向拉伸和单向压缩的破坏状态来确定ε_(u).不管σ_(1),σ_(2),σ_(3)是压应力,还是拉应力,或者σ_(1),σ_(2),σ_(3)中有拉有压的情形,基于ε_(1)+ε_(2)=ε_(u)都可建立相应的强度准则.所建立的准则可以反映中间应力σ_(2)对强度的影响规律,通过建立的强度准则还可以证明:静水拉力能引起屈服,而静水压力不能产生屈服;压缩破坏能使塑性体积增大,其结果比Mohr-Coulomb准则更能反映实际情形.并通过拉压应力状态下的试验数据验证了所建立的强度准则,所得理论计算结果和已有的试验数据吻合得很好.通过提出的强度准则和圆盘劈裂的试验结果,可获得更为可靠的岩石单轴抗拉强度.

完整岩石剪切破裂过程中氡释放规律研究

氡气是深部地下洞室建设过程中岩石破裂产生的污染性、放射性气体,深部岩体在高应力下普遍发生剪切破裂,然而,氡气释放量与岩石剪切破裂演化的相关性尚不清晰。针对这一问题,分析了完整锦屏大理岩和白鹤滩玄武岩两类岩石的放射性核素活度。自主设计了完整岩石直接剪切试验系统,并同步测量岩石破裂过程中的氡释放量。讨论了岩石剪切破裂面表面积与累积氡浓度的相关性。试验结果表明,在法向荷载相同的条件下,岩石中氡释放量随剪切位移的增大而变化,总体呈现在加载初期略有增加后小幅回落,再大幅增加至峰值释放水平,试样破坏后随着剪切位移的发展下降至稳定水平的规律。随着法向荷载的升高,初始氡浓度和峰值氡浓度均呈线性增长的趋势。通过对声发射特征参数RA-AF分布的研究,发现岩石剪切破裂面表面积与累积氡浓度具有相似的发展变化趋势。岩石剪切破裂过程中氡释放规律的揭示对深部工程排氡/隔氡设计具有重要指导意义。

三轴条件下完整岩石Hoek-Brown强度准则的改进

Hoek-Brown准则作为应用最广的岩石强度准则之一,其主要有2个方面的局限性:1)在常规三轴高围压条件下,根据Hoek-Brown准则预测的强度与试验实测的强度数据偏差较大;2)在真三轴条件下,该准则忽略了中间主应力对岩石真三轴强度的影响。为了克服以上局限性,引入Barton提出的临界围压和Singh中间主应力处理办法对Hoek-Brown准则进行改进。通过大量完整岩石强度试验数据分析改进的Hoek-Brown准则对三轴强度预测的适用性,分析结果表明:在围压低于临界围压时改进前后2个准则预测的岩石强度基本一致,而在围压高于临界围压时改进的Hoek-Brown准则预测的结果与试验数据更吻合;真三轴试验条件下,考虑中间主应力的改进的Hoek-Brown强度准则与试验结果的平均误差最小。因此,改进的Hoek-Brown强度准则更适用于完整岩石的三轴强度的预测。

水下完整坚硬礁石清除施工工艺研究

随着国家海洋环境法律法规日趋完善,各地行政管理部门均出台了海洋生态红线文件进行海上施工作业管控。在大环境影响下,基于环保、渔业养殖以及船舶通航的要求,传统水下爆破方式已变得不适用,机械破岩法将成为日后礁石清除的主要施工工艺。本文针对水下完整坚硬礁石,进行了多种施工设备和施工参数的试验研究,并进行了改良,采用钻密集孔-布钢锭-凿岩棒锤击钢锭-凿岩-清渣结合的施工技术,取得了较好的效果。

用高密度电法勘探预判钻孔应变观测点岩石完整性

钻孔应变观测是一种重要的地球动力学研究手段,具有广泛的用途。但是,建立钻孔应变观测点的费用比较高,而成功率又不够高,限制了这种观测的普遍推广。一些观测点的失败,其主要原因是钻孔条件不理想,即仪器安装深度岩石破碎。因为钻孔费用高,所以即使钻孔后发现岩石条件没有达到要求,往往也只能勉强安装仪器。要解决这个问题,就要事先对场地岩石条件进行预判。岩石裂隙通常都含有裂隙水,会降低其电阻率。高密度电法勘探对地下岩石的电阻率有比较高的分辨率,用这种方法在山西的上皇庄、东马坊和交口3个观测点建设中进行了实验。其中,在上皇庄拉了1条测线,东马坊和交口分别拉了2条互相垂直的测线。在上皇庄打了3个钻孔,其他2个点分别只有1个。5个钻孔和取心的岩石强度实验结果以及仪器安装情况,都与勘探结果相符,这表明高密度电法是一个有效的预判岩石完整性的手段。要防止钻孔打在破碎带上,就要避开电法勘探显示的低阻区。

岩石抗剪强度参数的理论概率分布形态研究

岩石抗剪强度参数的概率分布形态是岩石工程可靠度分析和设计的基础。在考虑完整岩石压缩强度为服从正态分布随机变量的条件下,针对Mohr-Coulomb和Drucker-Prager屈服准则的线性系数形式,基于随机变量函数分布理论推导出岩石抗剪强度参数内摩擦角φ和黏聚力c的概率密度函数。φ和c概率密度函数显示:不仅岩石压缩强度和抗剪强度参数概率分布具有非一致性,而且根据不同屈服准则计算得出的岩石抗剪强度参数概率分布也具有非一致性。在进一步分析屈服准则系数具有不同变异系数和相关系数时的抗剪强度参数概率密度函数特征的基础上,提出根据概率分布的偏度和峰度确定一般情况下抗剪强度参数概率分布形态的方法,从理论上解决岩石压缩强度与抗剪强度参数分布的协调性问题。最后,对大理岩常规三轴压缩试验得出的抗剪强度参数进行大样本统计分析,验证了其概率密度函数理论推导的正确性以及概率分布形态确定方法的合理性。该研究为实际岩石强度概率分析时选择抗剪强度参数合理概率分布形式提供了理论指导。

抚顺西露天矿顶板帮岩体强度评价——介绍胡克-布朗的经验破坏准则

在边坡工程设计中,不论所用的稳定分析方法在理论上如何正确与严密,如果所采用的强度参数是错的,那么所做的分析计算对设计也是没有用的。抚顺西露天矿历史上的50多次滑坡多数是发生在底板帮。煤层底板岩层(层理与边坡倾向相同)强度研究的对象主要是有限的几种弱层,如软凝灰岩与页岩,这些弱层的强度可以通过野外与室内实验以及滑坡反算来评价。顶板帮就不一样。

回归分析法确定Hoek——Brown参数m_i的验证研究

岩石参数m_i是在Hoek-Brown(HB)破环准则计算岩石材料强度所需的基本参数,一般需要通过三轴试验确定。通过砂岩验证了基于三轴试验的回归分析法的可靠性。首先用根据回归分析方法计算出完整岩石m_i的值,将m_i放入HB准则中计算固定围压σ_3下的三轴抗压强度σ_1,并与试验三轴强度的结果比较。统计计算表明,回归分析法可以有效地计算HB参数m_i值,用于HB定理中计算出岩石三轴强度。

应用地面资料进行地下洞室评价的新岩体分类法

以地面地质和地质力学资料为根据,发展了一种新的岩体分类法。所谓根据地面地质资料的岩体分类法(SRC)。是根据岩体评分(RMR)地质力学分类法的概念和方法建立起来的。引入了新的岩石质量指标和校正系数。本文讨论了SRC用于某些隧道和采矿工程的结果,以及这种新的岩石分类法的应用。该分类法可用于地下工程评价的初期研究。

关键块的概率分析和稳定性

在支护硬岩巷道时,主要强调由不连续面切割的块体的约束作用。关键块理论的应用是近期的事。开挖面一旦形成,一些块体便处于运动状态。若这些块体脱落,其它原先受约束的块体便会脱落。但若支护好关键块,则巷道的稳定性便得到了保证。在深部开采中,

巷道支护设计方法研究

为了确保矿井巷道的安全支护,采用现场锚杆拉拔试验,分析了原有巷道的支护的物理力学参数以及顶底板岩石完整性程度,得到了前期断面中支护锚杆的极限剪切抗剪强度和锚杆荷载传递规律等锚杆设计参数,依据现场锚杆拉拔试验结果,对原有巷道支护参数设计进行了优化,结合现场监测的反馈信息,得出优化后的巷道可以满足支护要求。

高密度电法结合钻孔比对的应用效果分析——以广东省某高速公路为例

高密度电法具有布极方便、勘探成本低、信息丰富及精度高诸多优点,在目前的工程勘察中应用日渐广泛。以广东省某高速公路的隧道勘察为例,根据工作区域的地质地形条件,采取了以高密度电法为“面”,钻孔为“点”的地球物探勘探方法,对隧道的3个不同里程段进行地球物理勘探。依据物探结果圈定了地下岩体的破碎区(段)的深度及范围,并划分了不同风化程度的岩层分界面。为了验证物探结果的准确性,分别布置了6个钻孔,钻孔比对揭示,物探在“面”上展露的成果较好地符合了钻孔,同时根据钻孔在“点”上的取芯结果,将物探解释成果进行了校正,对岩体破碎区(段)的产状进行了标定,对不同程度的风化层进行了精细划分。本次工作利用“点”与“面”的综合物探法进行地球物理勘探,既忠实于钻孔又符合推断认识,具有良好的应用和借鉴价值。

钻孔压水试验在工程勘察中的应用

对某尾矿坝工程勘察中的钻孔压水试验工作进行了论述分析,达到了为设计提供岩石相对透水性和完整程度的目的,指出在类似工程中压水试验的可应用性。

吊脚桩在地铁围护结构中的应用及注意事项——以徐州某地铁基坑为例

随着近几年地铁施工的蓬勃发展,吊脚桩在地铁围护结构中也扮演着举足轻重的角色。吊脚桩施工工期短、造价低,但对地层地质条件要求较高,有较大的局限性。论文以徐州某深基坑围护结构吊脚桩施工为例,对吊脚桩在应用过程中应注意的问题进行分析。

《建筑桩基技术规范》部分条文的探析与实践

针对《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)个别条文规定表述不够清晰、可能产生歧义的情况,结合工程实践经验、相关规范条文理解和理论分析,在桩基上部箍筋加密的应用场景、嵌岩桩岩体完整性评价、负摩阻力计算和公式调整等方面提出新的见解,并结合工程实际进行应用。

吊脚桩在地铁围护结构中的应用分析

近年来,我国城市地铁得到迅猛发展。在地铁施工建设过程中,需要科学应用吊脚桩工艺,这种工艺主要用于地铁围护结构中。吊脚桩在施工过程中不需要较长时间,而且整体成本较低,但是对相关区域的地层地质要求较高,因此在施工过程中存在一定局限性。为了准确分析吊脚桩在地铁围护结构中的具体应用,文章结合具体案例分析其施工建设情况。

岩层破裂状态与钻削机构振动响应特性研究

针对煤巷顶板煤岩的复杂性及顶板岩层破坏难以有效控制、预测问题,考虑钻头与煤岩相互作用产生耦合振动,通过分析锚杆钻头的受力及其振动特性,以煤岩硬度f=4.2,3.5,2.55为例研究钻削机构钻削完整岩石与破碎岩石时的耦合振动特性。利用最小二乘法原理拟合振动曲线,消除趋势项,并对曲线进行平滑处理。研究表明:在相同钻削条件下随煤岩硬度的增加,钻削机构横向振动半径有所增大;钻削相同硬度煤岩的完整岩石和破碎岩石时钻削机构横向振动半径随煤岩破裂程度的增加而减小。可据此来判断煤巷锚孔内煤岩破碎的范围,进而预测顶板是否存在冒顶隐患及冒顶隐患的程度,亦可据此判断煤巷锚孔内稳定岩层的位置和厚度,为顶板支护参数的设计提供技术支持。

浅谈水压致裂应力测量资料的解释与分析

一、引言水压致裂原地应力测量,测量方法简便易行,事先无需知道岩石力学参数,可以重复、连续测量,结果比较可靠.同时还可提供其它测量方法不能得到的、工程上也很需要的一些岩石力学参数,如原地抗拉强度、完整岩石的破裂压力等.由于这一方法具有显著优点,近年来在国内外得以大力推广,现已被广泛应用于大型地下工程、抽水蓄能电站、深埋交通隧洞、核废料处理以及油气田的开发工作中.

拉应力作用下黑砂岩剪切破裂面粗糙度表征及各向异性特征研究

地下洞室围岩开挖卸荷常发生张拉、剪切等破坏模式。为研究不同破坏模式对岩石破裂面形貌特征的影响,基于黑砂岩直接拉伸与拉伸剪切试验,通过引入二维、三维粗糙度评价指标,定量表征岩石破裂面的形貌特征,获得了拉应力作用下岩石破裂面粗糙度随应力状态的变化规律,简要探讨了不同破裂机制对破裂面形貌影响。研究发现各类粗糙度评价指标均随拉应力的增大而呈线性减小趋势。同时,基于各向异性特征参数K_a的度量,相比二维粗糙度评价指标θ_(max)/(C+1)_(2D),三维评价指标θ_(max)/(C+1)_(3D)更能准确表征岩石破裂面的粗糙特性,其与拉应力之间呈指数型变化关系。对于直接拉伸试验,岩石破裂面形貌差异最小;而对于拉伸剪切试验,随着拉应力的减小,破裂面各向异性程度逐渐增大。研究结果表明不同的岩石破坏模式和破裂机制是造成破裂面形貌特征具有差异性的根本原因。