渗流力和结构面水弱化作用下裂隙岩体边坡块体的稳定性

裂隙岩体渗流是影响岩体稳定性的重要因素之一。裂隙中的流体流动不仅会产生渗流力,而且会降低裂隙面的强度,致使边坡失稳、隧道塌方等事故频发。为揭示渗流作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用机理,基于关键块体理论,提出一种同时考虑渗流力和结构面水弱化作用的稳定性分析方法,其中,渗流力基于渗流理论和统一管网法计算,结构面水弱化根据经验公式确定。以某岩质边坡为例,采用该方法对边坡在渗流作用下的块体稳定性开展研究。研究结果表明,渗流力与结构面水弱化作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用方式不同,渗流力既会改变块体的抗滑力又会改变块体的滑动力,对块体稳定性的影响较为复杂,包括改变块体的稳定状态、滑移面、失稳形式;结构面水弱化只降低块体的抗滑力,进而降低块体的稳定性,不改变块体的失稳形式。此外,对于裂隙边坡工程,通常存在一个最危险渗流压力值。

基于平行黏结水弱化模型的页岩吸水软化离散元模拟

基于颗粒离散元方法,通过构建损伤因子,提出了平行黏结水弱化模型,建立了考虑胶结物力学参数的非均质性的颗粒流模型。通过室内试验和数值模拟计算结果的对比分析,验证了所提模型的正确性和适用性。主要结论如下:(1)岩石胶结物的非均质性对岩石宏观力学性质存在一定影响。随着均质性因子m的增加,岩石均质性增加,单轴抗压强度和弹性模量也随之增加,符合指数函数关系;(2)随着黏结面积系数的增加,岩石所储存的总应变能的总量和增速逐渐降低;(3)岩石在干燥状态下,微裂纹倾角集中于80°~100°,随着黏结面积系数的增加,微裂纹倾角的分布范围逐渐增加;(4)随着黏结面积系数的增加,岩石破裂面更为密集,且贯通性增强。研究结果可为深埋隧道遇水产生围岩大变形、库岸涉水边坡变形等问题的细观机制研究提供了一定的依据和理论指导。

循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。

水-动力耦合作用下红砂岩力学性质及能量机制研究

以干燥试样为对照,对自然、吸水和饱水3类含水试样进行单轴冲击试验,分析水-动力耦合作用下红砂岩试样的动态强度与变形特征以及损伤破坏前后的能量演化机制。试验结果表明:试样的动态抗压强度和峰值应变受含水率和冲击荷载影响较大,而峰值模量主要受含水率影响较为明显,这是由于红砂岩在水弱化作用下颗粒结构疏松膨胀、胶结强度减弱,加之在中高应变率下孔隙水所具有的细观力学效应,致使试样表现出低强度和高应变,而冲击荷载带来的应变率效应则使试样强度增强,塑性变形受到抑制;试样峰值点前吸收的总应变能U多以可释放弹性能Ue存储起来,耗散能Ud占比较小,各部分应变能随着脉冲强度的升高而增加,但随着含水率的变化趋势则不尽相同;不同脉冲强度下的脆性指标修正值BIM(Ud与Ue的比值)显示红砂岩试样的含水率以及冲击荷载的脉冲强度均存在一个阀值,使其塑性变形在水-动力耦合作用下的响应截然不同,而引入的有效冲击能指标K_(eff)显示应变率效应对干燥试样和自然试样的冲击倾向性具有显著影响,对于含水率较高的吸水试样,水弱化作用降低了应变率效应,达到饱水状态时,因为饱和液体对应变率效应的促进作用,饱水试样的应变率效应得到强化。

基于尖点突变模型饱水边坡稳定性分析

为分析不同饱水条件下露天矿坑边坡稳定性,基于尖点突变理论,考虑矿坑水位变化对滑坡面岩体的劣化作用,构建饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型。结果表明:不同饱水条件下对边坡岩石力学性质产生损伤,损伤演化方程符合负指数变化规律,并根据弱化规律建立非线性饱水弱化函数;对饱水滑面介质建立本构方程,引入饱水弱化函数,构建不同饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型;根据尖点突变模型判别式得到,饱水作用对岩石损伤越大,判别值逐渐趋于0,边坡状态由稳定向失稳方向转变。研究成果可为边坡体内部含有的地质构造,如软弱结构等,以及受水位影响的库岸边坡稳定性分析提供有益思路。

型煤试件饱水前后三轴试验分级加载分析

通过试验手段,研究型煤试件饱水前后分级加载下三轴试验的力学特性变化,主要的观测参数为最大轴向力,分析重点是特性曲线的变化趋势。由试验数据分析,型煤试件饱水后,对比未处理状态,破坏前变化趋势相似,但最大轴向力变小,同时轴向力到达峰值后呈继续增加的趋势。

型煤试件饱水后的力学特性分析

本文通过试验手段,研究型煤试件饱水前后的力学特性变化,主要的观测参数为最大轴向力,分析重点是特性曲线的变化趋势。分析可得,型煤试件饱水后,对比泡水前最大轴向力变小,同时没有轴向力到达峰值后减小的趋势。

两类榴辉岩的石榴石变形特征差异——来自TEM研究的证据

大陆碰撞造山带中超高压榴辉岩从变形程度上通常可以分为面理化榴辉岩和块状榴辉岩两类。本文利用透射电子显微镜对中国大陆科学钻探主孔岩心中面理化榴辉岩和块状榴辉岩的石榴石变形特征进行了比较研究。结果表明:(1)面理化榴辉岩中石榴石的位错密度比块状榴辉岩中石榴石的位错密度高大约3个数量级,位错密度达1.2×1010/cm2。并且有水分子团与高密度位错共存,表明主导石榴石发生强烈塑性变形的机制为水弱化的位错滑移。(2)块状榴辉岩中石榴石的位错密度低,没有观察到水分子团,虽然在局部发现有位错网,但总体上仍呈刚性。(3)两类榴辉岩的石榴石中占主导地位的位错滑移系都是1/2<111>{110},其次为<100>{010}。本文对变形石榴石晶体中水的赋存状态、水弱化机制及变形石榴石形态优选方位与晶格优选方位不协调问题进行了讨论:(1)水在石榴石晶体中有三种可能赋存状态:第一种是吸附于位错管道中的极化水分子;第二种是通过晶体表面以及位错管道扩散进入晶格的间隙水分子;第三种是以4OH-替代SiO44-形式的结构水。(2)石榴石水弱化机制有两种可能:一种是水弱化促进的位错滑移机制,在面理化榴辉岩石榴石的塑性变形中起主导作用;另一种是水弱化促进的扩散和颗粒边界滑移机制,在面理化榴辉岩石榴石的塑性变形中只起次要作用。(3)变形石榴石不产生明显的LPO是由其晶体结构本身特征所决定的,并不能排除其主导变形机制仍然是位错滑移的可能性。

Spatio-temporal changes of exposure and vulnerability to floods in China

A socio-economic data set on China＇s historical flood losses for the period 1984--2012 was compiled to analyze the exposed population, economy, and crop area as well as the vulnerabilities of the population and economy to floods. The results revealed that the exposed population was approximately 126 persons km-2 per year when taking China as a whole; in terms of the economy, potential losses due to floods were estimated to be approximately 1.49 million C/W4 km 2 and the crop area exposed to floods covered 153 million hm2 per year. China＇s total exposure to floods significantly increased over the analysis period. The areas that showed the higher exposure were mainly located along the east coast. The population＇s vulnerability to floods showed a significantly increasing trend, however, the economic vulnerability showed a decreasing trend. The populations and economies that were most vulnerable to floods were in Hunan, Anhui, Chongqing, Jiangxi, and Hubei provinces. The municipalities of Shanghai, Beijing, and Tianjin showed the lowest vulnerabilities to floods.