单轴压缩条件下溶蚀岩体力学特性数值试验研究

工程尺度的溶蚀岩体难以开展室内外力学试验,导致溶蚀岩体的力学参数获取存在困难,因此基于岩石矿物含量特征、室内力学试验和岩体结构面特征,采用三维颗粒流离散元法,通过建立等效孔隙型溶蚀岩体模型进行单轴压缩数值试验,进而分析其力学特性和变形破坏机制。研究表明:采用改进平行黏结模型,基于细观矿物特征,通过元胞自动机算法剔除颗粒可建立孔隙型溶蚀岩体模型;加载前期,岩体结构面首先快速破坏而产生以剪切为主的微裂纹;随加载进行,岩块内逐渐产生以拉裂纹为主的破坏,其微裂纹呈指数增加,而结构面微裂纹先激增后趋于稳定;相同轴向应变时,岩块内拉裂纹随溶蚀率增加而增加,而结构面剪切微裂纹减少;岩体的变形破坏分为结构面快速破坏、岩块弹性变形、岩块塑性变形和岩体完全破坏等4个阶段,其破坏形式随溶蚀率增加而从整体均匀性破坏转化为局部结构性破坏;溶蚀使岩体强度降低,溶蚀率与单轴抗压强度和变形模量分别呈反比和负指数函数关系。

表层喀斯特带溶蚀岩体单轴压缩力学特性模拟研究

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体进行单轴压缩数值试验,检测岩体加载过程中声发射事件。试验结果表明:溶蚀岩体加载过程可分为:(1)压密阶段;(2)弹性变形阶段;(3)稳定破裂发展阶段;(4)不稳定破裂发展阶段;(5)峰后缓慢软化阶段;(6)峰后快速软化阶段。随溶蚀率增加,岩体弹性变形阶段曲线缩短,岩体抗压强度降低;岩体由脆性破坏逐渐转为延性破坏;同时,溶蚀率增加,岩体抗压强度下降速率由最初快速降低转为缓慢降低,最终收敛。溶蚀均匀系数增加,不稳定破裂阶段曲线增长,岩体由局部破坏转为整体性破坏。研究发现溶蚀岩体单轴抗压强度与溶蚀特征参数呈负指数关系,该关系式可用作溶蚀岩体强度取值,实际工程中应增加溶蚀均匀系数对岩体质量的影响。溶蚀岩体裂纹扩展机理有助于边坡失稳机理研究。

溶蚀岩体随机结构模型建立及其在岩体渗漏评价中的应用

针对中小规模裂隙和溶蚀洞穴造成的溶蚀岩体渗漏 ,本文提出了溶蚀岩体渗漏评价的一种新思路 :首先对现场开挖所揭露的有限的裂隙和溶蚀洞穴观测资料进行统计分析 ,利用统计分析结果建立溶蚀岩体随机结构模型 ;然后根据随机结构模型所反映出的裂隙和溶蚀洞穴有关参数计算渗透参数 ;最后结合区域水力学条件计算岩体渗漏量。多次模拟后可以得到渗漏量的分布规律。其中 ,建立合理的随机结构模型是关系本方法成败的关键 ,文中给出了建立溶蚀岩体随机结构模型的步骤 ,提供了随机模拟的编程思路和程序框图 。

孔隙结构特征及发育程度对溶蚀岩体力学特性的影响

溶蚀岩体具有明显的多相复合性质,其细观溶蚀孔隙与微裂纹会对岩体宏观力学特性产生显著影响,而针对孔隙结构特征对溶蚀岩体力学影响的研究并不多见.首先基于岩体溶蚀损伤演化机制研究的文献资料,将溶蚀岩体孔隙结构分为虫洞型与蜂窝型,采用颗粒流模拟手段,建立具有不同孔隙结构特征的溶蚀岩体的颗粒流模型;从细观力学角度分析孔隙结构特征及其发育程度对岩体力学行为特性的影响;分析孔隙结构特征对溶蚀岩体受载损伤演化、岩体破坏模式及破坏机理的影响.数值模拟结果表明,溶蚀岩体孔隙结构特征对岩体力学行为特性存在较大影响.对于具有不同孔隙结构特征的溶蚀岩体而言,其力学特性对岩溶发育程度的敏感性不同.实际工程中仅以孔隙率这一宏观等效指标来评价溶蚀岩体并不完善,应进一步考虑孔隙结构特征对岩体受载过程中力学特性的影响.

岩溶坝区溶蚀岩体的渗透性变异研究

通过对溶蚀岩体渗透变异特性的研究,提出了一种确定渗透性变异的方法,即基于“3σ法则”的误差传播函数法。先根据“3σ法则”求得溶蚀岩体统计变量的端点,再利用误差传播函数法基于立方定律求得溶蚀岩体的渗透性变异。将裂隙岩体与孔隙溶洞区别考虑,补充和完善了克立格随机场理论和Vanmarcke 相关性理论对岩土参数变异的研究。基于现场灌浆平硐揭露的工程地质统计资料,对清江水布垭工程左岸帷幕线上部分段进行了渗透性变异的量化研究。研究结果表明,该方法简单适用,且在确定岩溶坝区渗透参数的统计量基础上,可进行随机渗流计算。

基于数字图像处理技术的溶蚀岩体细观变形破坏机制模拟研究

通过数字图像处理技术对广泛发育于岩溶地区的溶蚀岩体的溶蚀特征进行提取,构建离散元溶蚀岩体模型,并模拟单轴压缩试验研究溶蚀岩体的细观变形破坏机制,以分析溶蚀岩体的变形破坏特征和裂隙演化规律。结果表明:溶蚀岩体模型能够很好地表征岩体的溶蚀特征,对真实的溶蚀形态具有较好的还原作用;溶蚀岩体的累计破坏数曲线呈现“S”型变化特征,即分为裂隙不发育阶段、稳定发育阶段和不稳定发育阶段,溶蚀岩体的破坏具有累进性特点;由于溶蚀孔洞的存在,使得溶蚀岩体接触力力链表现出各向异性特征,随着加载的进行,岩体骨架为抵抗外部荷载的作用,导致接触力在岩体骨架内集中,表现为接触力力链线条变粗;随着应变的增加,试样发生起源于溶蚀孔洞周围的破坏,破坏区域发生卸荷作用,接触力力链被淡化,最终试样发生破坏,力链消失,溶蚀岩体应力应变关系是试样内部接触力变化规律的宏观表现。

溶蚀岩体各向异性力学性质的试验研究

溶蚀岩体通常对岩体工程稳定性具有关键控制作用.为了揭示富含层理溶蚀岩体各向异性力学性质演化规律,分别针对不同溶蚀率(K=0%,5%,10%,15%,20%)的岩体进行室内单轴抗压试验,获取每种溶蚀率条件下不同夹角(α=0°,30°,45°,60°,90°)抗压强度和弹性模量,分析岩体破坏特征,依据试验结果建立含层理溶蚀岩体抗压强度和弹性模量的预测模型,并进行实验验证.结果表明:抗压强度在α=0°,90°时最大,α=45°时最小,整体呈现对称U形;弹性模量在α=60°最小,α=90°最大,整体呈现不对称U形;完整岩体抗压强度以及弹性模量的各向异性指数最大,分别为1.98、3.05,随着溶蚀率增大其值逐渐减小,K=20%时,分别为1.10、1.36;溶蚀率较小岩体变形破坏受岩体基质和层理控制,以劈裂、错动剪切和滑动剪切为主;随着溶蚀率增大,变形破坏受溶蚀孔隙和骨架控制明显,以骨架鼓胀剪切错动、压碎破坏为主.

基于溶蚀岩体随机结构模型的等效渗透系数概念及其应用

针对具有随机分布特征的裂隙和中小规模溶蚀洞穴造成的溶蚀岩体渗漏问题,本文在建立溶蚀岩体随机结构模型的基础上,提出等效渗透系数的概念,并推导出等效渗透系数的计算公式.结合具体的工程实例,根据随机结构模型所反映出的裂隙和溶蚀洞穴的有关参数计算等效渗透系数,多次模拟后得到其分布规律.最后对该方法的应用前景进行了讨论.

观音岩水电站坝基浅部溶蚀岩体检测技术方法

观音岩水电站坝址区钙质砂砾岩在地下水作用下,沿层理方向或陡倾角裂隙产生溶蚀,形成规模较大的囊状空腔或孔洞,需要查明溶蚀岩体的空间分布情况。但由于岩溶呈零星、孤立的条带状、囊状、陡倾分布,常规的物探检测方法难以达到目的。本工程通过试验找出适合溶蚀岩体检测的瞬变电磁法和探地雷达法,以及相应数据处理技术,最终取得预期成果。

三峡工程库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应

三峡工程库区175 m试验性蓄水10多年后,峡谷区岩溶岸坡水位变动带岩体劣化强烈,新生或加速形成了大量地质灾害,引起研究人员和政府的广泛关注。文章从微细观到宏观、由点到面,采用野外调查、室内试验分析了三峡库区岩溶岸坡岩体劣化及其灾变效应。野外调查显示,溶蚀岩体劣化集中发育于三峡、大宁河等干支流峡谷区域,其中以巫峡共约10 km长的岸坡最为典型。溶蚀岩体劣化机制包括以机械搬运为主的物理机制、以溶蚀/溶解为主的化学机制和以应力腐蚀断裂为主的力学机制。岩体劣化导致溶蚀岩体结构降级,岸坡局部持续形变。岩体劣化、岩溶水动力作用、岸坡形变相互促进,推动了岸坡灾变的发生。大量案例表明,岩溶岸坡岩体劣化引起灾变效应早期,破坏浅表层、岸坡不断后退。岩体劣化影响下岩溶岸坡破坏模式包括崩塌、滑移和倾倒3种主要类型。库水位长期变动导致的溶蚀岩体劣化带来了前所未有的高陡岸坡灾变威胁,可能将三峡库区地质灾害带入新的发育阶段。本研究将为三峡库区岩溶地质灾害隐患点识别与防灾减灾提供技术支撑。

岩溶坝区防渗帷幕风险分析综述

本文通过辨识岩溶坝区防渗帷幕的风险因子，对岩溶坝区的渗透特性进行了研究，分析研究了溶蚀岩体的渗透性差异及其分布规律．研究适合岩溶坝区防渗帷幕风险的间接表达方法，包括渐进失效风险、模糊风险等不同形式估计失效概率的理论和方法。

复杂地层溶蚀孔段化学灌浆试验研究与探讨

针对某工程复杂地层溶蚀孔段水泥灌浆效果不佳的现象,提出了化学灌浆方法,并进行了化学灌浆施工试验,结果表明采用化学灌浆处理溶蚀孔段是可行且有效的。

岩溶地区某高层建筑桩基持力层选取实例

在 岩 溶地 区 建 造 高层 建 筑 ,针 对 桩 基持 力 层 岩 体溶 蚀 现 象 严重 ,通 过试 验 研 究 ,选 择 较 小 桩 径 及 降 低 单桩 承载 力 特征 值的 方 法,采用 浅层 微 风化 岩作 持 力层 ,使 基桩 施工 按 预期 进度 得 以进 行。

砂砾岩坝基工程地质问题研究

金沙江观音岩水电站坝基岩体主要为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等,节理构造发育。主要工程地质问题为:坝基岩体Ⅳ级结构面及褶皱发育,存在不同程度的溶蚀岩体,岩体软硬相间分布。以基本地质条件为切入点,分析了坝基工程地质问题,提出针对性的工程处理措施,并取得了较好的效果。