隧道穿越岩堆体围岩剪切特性及分级

为解决隧道穿越岩堆体围岩分级不准确的问题,通过相似材料直剪试验分析岩堆体的直剪特性,将含水率和填充土含量两个因素带入熵权可拓物元法,并结合地质指标进行分级研究。结果表明岩堆体的抗剪强度随着含水率、填充土含量的增大,先增大后减小,最终趋于平稳,过高或过低的含水率和填充土都会“弱化”岩堆体的抗剪强度。根据岩堆体的特点,选取岩石单轴饱和抗压强度、节理裂隙密度、岩体完整性系数、含水率和填充土含量作为分级指标,结合熵权可拓物元法,将所选指标和熵权可拓物元法结合并在工程实例进行验证,分级结果比原方法准确性更好,证明研究提出的围岩分级方法是合理可行的。研究结果能够为岩堆体隧道的围岩分级提供指导,为施工设计和支护方式提供依据。

裂隙位置和开度对岩体抗剪强度影响的试验研究

Jennings方法忽略了裂隙的位置和开度,直接按照裂隙连通率进行加权平均求得的岩体抗剪强度是不精确的。为了研究裂隙位置和开度对岩体抗剪强度的影响,以水泥浆为类岩石材料,浇筑裂隙岩体试件,在试件的不同位置预制不同开度的裂隙,在直剪仪上对裂隙岩体试件进行抗剪强度试验。试验结果表明:当裂隙开度一定,裂隙位于位置三(裂隙中心距剪刃50 mm)时,试件黏聚力最小,裂隙位于位置一(裂隙中心距剪刃10 mm)和位置五(裂隙中心距剪刃90 mm)时,试件黏聚力最大,裂隙位于位置二(裂隙中心距剪刃30 mm)和位置四(裂隙中心距剪刃70 mm)时,试件黏聚力位于两者之间;当裂隙位置一定时,1 mm开度的裂隙试件抗剪强度小于2 mm开度的试件;裂隙试件的内摩擦角受裂隙位置和开度影响不显著;裂隙扩展和剪断面破坏特征受裂隙开度影响显著,相同位置下,1 mm开度试件剪断后裂隙较平直,剪断面相对光滑,2 mm开度试件剪断后裂隙起伏度较大,剪断面凹凸不平。研究结果对加深裂隙岩体剪切破坏规律和破坏机制的认识以及现场裂隙岩体抗剪强度的合理取值,均具有一定的指导意义。

岩溶砂化白云岩岩质边坡力学参数取值探讨与思考

白云岩砂化是玉溪、昆明、保山等云南地区高速公路项目、大型工业项目施工中遇到的典型工程地质问题之一,剧烈砂化、强烈砂化的白云岩岩体极为破碎,因难以采集到满足室内试验条件的原状岩块试样,准确获取砂化白云岩岩质边坡稳定性计算的力学参数具有非常重要的意义。基于此,文中采用现场调查、现场钻探、大单容试验、岩体现场直剪试验等手段,对剧烈砂化、强烈砂化的白云岩进行地层分层和原位试验,为边坡工程项目的勘察、设计、施工等提供重要的技术支撑,对类似砂化白云岩岩质边坡项目提供借鉴。

考虑环境劣化非贯通节理岩体的直剪试验离散元模拟

非贯通节理岩体的强度特性是大型边坡、隧道等工程安全性的重要影响因素。随着酸雨、河流污染等对岩石环境劣化程度的加剧,考虑环境劣化因素对非贯通节理岩体强度的影响很有必要。采用离散元法,基于已有的胶结接触模型,将岩体因环境作用而劣化等效为岩石试样质量损失不断加剧的过程,最后等效为颗粒和颗粒之间的物质不断溶蚀的过程,由此建立考虑环境劣化的微观接触模型并将其植入离散元软件中,模拟分析了不同环境劣化程度的非贯通节理岩体在不同连通率和不同法向应力下的直剪试验。结果表明:不同环境劣化程度非贯通节理岩体剪切应力-位移曲线趋势一致;随环境劣化程度的加深,节理岩体的破坏形式以拉裂纹为主转变为以剪切裂纹为主;环境劣化使得节理岩体直剪试验起裂应力降低,且环境劣化程度的加深会导致非贯通节理岩体的凝聚力降低及内摩擦角减小,表现为峰值剪切强度降低。

不同节理形貌的非贯通节理岩体模型试验研究

通过直剪模型试验,研究节理形貌对非贯通节理岩体的抗剪强度、变形和贯通模式的影响。在相同法向应力下,节理起伏度越大,非贯通节理岩体的抗剪强度越大。在相同法向应力下,非贯通节理岩体的法向变形越大,但是,节理起伏度越大,峰值剪切位移越小。在较高法向应力下,节理起伏度对贯通模式影响较大,节理起伏度大的非贯通节理岩体的贯通模式为剪切模式TTS,节理起伏度小的贯通节理岩体的贯通模式为张拉模式TTT。在低法向应力下,起伏度对贯通破坏模式影响小,非贯通节理岩体贯通模式都为张拉模式TTT。

基于岩桥力学性质弱化机制的非贯通节理岩体直剪试验研究

基于岩桥力学性质弱化机制,采用带伺服系统的直剪试验仪进行试验,在5级法向应力下,对3种含齿形节理的非贯通节理岩体进行直剪试验,研究非贯通节理岩体的强度特性和变形特性。在较低的法向应力下,含起伏角较低齿形节理面的非贯通节理岩体出现破坏模式I(张拉破坏模式)。在较高的法向应力下,含起伏角较高齿形节理面的非贯通节理岩体可能出现破坏模式II(先张拉后剪切破坏模式)。相同齿形节理面形貌的非贯通节理岩体,随着法向应力增大,峰值切向位移增大,抗剪强度增大。在相同的法向应力下,随着齿形节理面起伏角增大,非贯通节理岩体的峰值切向位移减小,抗剪强度增大。非贯通节理岩体黏聚力按Jennings方法计算值大于按试验拟合值;节理面较粗糙非贯通节理岩体内摩擦角按Jennings方法计算值大于按试验拟合值。

直剪条件下非贯通节理岩体岩桥力学性质弱化机制及贯通模型初步研究

通过非贯通节理岩体直剪试验的力学特点和理论分析,修正了Lajtai岩桥张拉破坏理论。通过非贯通节理岩体直剪试验中岩桥的应力状态,提出岩桥内部的张拉破坏使岩桥力学性质发生弱化,并进一步分析研究了力学性质可能弱化的区域。分析非贯通节理岩体扩展贯通过程,提出了非贯通节理岩体的贯通破坏模式。通过非贯通节理岩体直剪试验初步验证了修正的岩桥张拉破坏理论和贯通破坏模式。

基于3D打印的含复杂节理岩石直剪特性及破坏机制研究

岩体中节理的几何形态及力学特性是影响其剪切力学特性及破坏模式的重要因素之一。基于3D打印技术,建立了不同节理粗糙系数(JRC)的节理模型、几何形态节理模型和复杂裂隙网络物理模型,通过开展室内直接剪切试验分析了各组试件的剪切强度及破坏模式。结果表明节理模型的抗剪强度随JRC波动性较大,波动幅值越高,峰值剪切位移越低;平面形节理模型的峰值抗剪强度最低,矩形节理模型的峰值抗剪强度最高,正弦形和三角形节理试件的抗剪能力相近;离散裂隙网络模型和粗糙裂隙网络模型的峰值抗剪强度显著低于实心试件,考虑了节理粗糙性的裂隙网络模型抗剪强度高于直线型节理模型;实心试件破坏模式为典型脆性剪切破坏,裂隙网络模型的破坏模式相对复杂,沿着剪切方向主剪切裂面波动萌生,破断面由多个节理面的交叉点破坏与沿节理面的滑移构成。研究成果可以为3D打印技术的推广和复杂节理岩体剪切力学特性的室内试验研究提供参考。

岩体抗剪强度参数对边坡安全系数的敏感性分析

云南某露天边坡岩体主要以大理岩化灰岩为主,边坡岩体整体呈中风化,随着后续开采,边坡的安全问题将制约矿山的发展。黏聚力(c)和内摩擦角(φ)是影响边坡工程和地下工程稳定性的主要因素,研究通过多种方法获得岩体力学参数,对比了由Hoek-Brown强度准则和岩体直剪试验得出的岩体参数,使用敏感性分析理论分析了内摩擦角和黏聚力对某露天矿岩质边坡的安全系数的影响。结果表明,Hoek-Brown强度准则得出的岩体抗剪强度参数比较可靠;在黏聚力和内摩擦角取值较小时,对安全系数的敏感性差异不明显,当二者取值较大时,以2%参数变化率为临界点,内摩擦角对岩质边坡的稳定性更显著。

结构面抗剪强度参数线性拟合方法适用性研究

针对岩体结构面力学参数的重要性,开展最小二乘法、点群中心法、随机-模糊法、可靠度分析法4种结构面抗剪强度参数线性回归方法的理论对比与分析。在传统点群中心法的基础上,提出求解过程严密、计算精度较高的改进优化算法。为保证可靠度分析法中验算点法参数初始赋值的准确性,提出基于可靠度理论的结构面抗剪强度参数c,Φ的均值、标准差优化赋值方法。以武隆县鸡尾山滑坡为例,比较不同岩体结构面数据条件下上述4种方法的适用性。结果表明,各方法的适用性与试验数据的离散性及数据量有关;当数据线性理想时,4种方法均可直接用于结构面抗剪强度参数的线性回归分析;当试验数据较离散时,点群中心法已不再适用,可根据工程要求、异常值情况和计算收敛情况选取合适的数据处理方法。

不同节理表面形貌下非贯通节理岩体强度特性直剪试验研究

通过直剪模型试验，研究节理表面形貌下非贯通节理岩体扩展贯通强度特性。非贯通节理岩体的扩展贯通过程分为4个阶段：初裂前阶段、稳定扩展阶段、非稳定扩展阶段和摩擦阶段。结合试验现象和切向变形曲线，研究了非贯通节理岩体的初裂强度、临界强度、贯通破坏强度、残余强度等特性。在相同的法向应力下，节理表面越粗糙，不仅非贯通节理岩体的贯通破坏强度越大，而且初裂强度、临界强度、残余强度也越大。在不同的节理表面形貌下，初裂强度与贯通破坏强度的比值约为70％；临界强度与贯通破坏强度的比值约为90％；不过，残余强度与贯通破坏强度的比值变化较大，约为50％90％。试验为进一步研究非贯通节理岩体破坏理论提供试验验证。

直剪条件下单裂隙岩体力学行为数值模拟试验

为探究单裂隙岩体剪切过程中的力学行为,利用颗粒流程序研究裂隙倾角和法向应力对单裂隙岩体力学行为的影响,分别从岩体力学性能、破坏模式及细观力学特征3方面对非贯通单裂隙岩体试样直剪试验中的力学行为进行数值模拟。研究结果表明:(1)法向应力越大,剪应力峰值及对应剪切位移越大,裂隙倾角为60°时,剪切应力峰值最低,与完整试样相比,裂隙试样黏聚力下降最为明显;(2)剪应力曲线由低法向应力(小于5 MPa)时的"光滑"状转变为高法向应力(大于15MPa)时的"台阶"状,主要是高法向应力时岩体内微裂纹产生的速度快慢相间,致使裂纹扩展具有明显的阶段性;(3)法向应力越大,试样内微裂纹数目越多,剪切裂纹数目逐步增加,但仍以张性裂纹为主,大部分微裂纹在剪应力峰后段形成,单裂隙岩体的破坏主要是由张性裂纹汇聚贯通而形成的宏观拉破坏;(4)单裂隙岩体的剪切破坏是颗粒间最大接触力位置的转移与微裂纹交汇贯通的结果,"压致拉"作用力在剪切过程中作用明显。

基于离散元方法的粗糙性节理岩体直剪力学及尺寸效应特性

天然岩体中存在多组随机结构面,同时结构面几何上存在粗糙特性,基于这两种特性,建立了一种粗糙离散节理网络(Rough Discrete Fractures Network)RDFN模型,并基于颗粒流PFC2D开展了RDFN模型直剪条件下力学特性研究,与直线型DFN模型进行了对比。结果表明:节理几何粗糙特性对裂隙岩体的抗剪特性影响显著。相同加载条件下,考虑粗糙性后RDFN模型的抗剪强度、剪切模量均较DFN模型显著增高;DFN模型中微裂纹沿节理方向贯通,局部存在少量的基岩破坏,RDFN模型破坏模式相对复杂,沿剪切方向基岩单元破坏显著;随着样本尺寸的增大,节理模型的抗剪强度、剪切模量总体上均呈现降低趋势;尺寸效应分析结果表明抗剪指标均在尺寸达到4.0 m后趋于稳定。

顺层岩质边坡结构面抗剪强度特性试验研究

针对云南省普-宣(普立至宣威)高速公路某顺层岩质边坡现场工程地质特性,按形成将结构面划分为4种类型。通过自制的加载装置,对自然状态下的一类结构面进行压剪试验,利用最小二乘法线性拟合得到结构面抗剪强度指标值,同时与基于JRC-JCS等效摩尔-库仑抗剪强度法分析结果的对比,数据结果基本吻合,验证了该装置的可行性。根据边坡结构面不同类型分别考虑填充厚度、填充物含水率等因素进行了多次剪切试验研究获取抗剪强度参数,结果表明,结构面强度参数在饱和状态下比自然状态偏小,随填充厚度增加c逐渐增大,?减少。试验结果对正确评价结构面特性及在后阶段对顺层岩质边坡稳定性计算提供参考数据,研究成果为现场结构面强度参数取值提供了简便试验方法。

多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机的分级和验证

岩体结构面抗剪强度尺寸效应变化规律的研究需要在专门的多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验机上进行，以获得稳定的抗剪强度力学参数。为保证测试数据的可靠性，在满足测试载荷范围为2-1000 kN时要求恒定荷载示值精度为1％。由于现有测试系统的技术限制，无法实现在同一台设备上进行全部荷载的试验。为此，首先在提出一种设备荷载分级方法的基础上开发了一种多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机，在满足测试精度的要求下分3级尺度直剪仪进行直剪测试，每一级尺度直剪仪设置了荷载重叠区以保证测试数据的等效性。最后对该直剪试验一体机的精度和载荷范围进行了测试，通过了多尺度试样的测试要求。目前该多尺度岩体结构面抗剪直剪试验一体机为多尺度试样的测试研究提供了平台。

某水电站坝基岩体结构面直剪试验研究

c、φ值是衡量岩体结构抗剪强度的主要参数,一般通过岩体结构面直剪试验获取。岩体结构面直剪试验分为多点法和单点法,工程设计中通常采用多点法,而忽视单点法的重要作用。为了对两种试验方法进行比较,结合具体的试验项目,运用携带式剪切仪,分别采用上述两种试验方法,对某水电站坝基岩体结构面的抗剪强度参数进行了试验测试。试验结果表明两种方法各有所长,并指出只有二者相结合才能客观反映岩体结构面的抗剪强度,从而提高工程设计的科学性、准确性和可靠性。

基于原位直剪试验的岩土体力学特性研究

岩土体力学参数是分析露天开采矿井边坡稳定的必要基础数据,原位直剪试验是获取岩土体可靠力学参数的重要方法。以内蒙古白云鄂博西矿露天边坡为工程背景,提出一种改进的原位直剪试验装置,即通过将型钢用锚杆锚固于岩土体内为垂直液压千斤顶提供作用反力的方式替代堆载装置,开展矿区典型岩土体力学特性研究。结果表明:不同区域及类型的岩土体,其内聚力的偏差较内摩擦角更大;岩土体的微观构造及宏观结构显著地影响着岩土体力学特性与剪切面破坏形态;这种改进的原位直剪试验装置在实际操作中是切实可行的,可为矿区边坡稳定性计算分析提供重要的参考依据。

岩体经验强度准则参数的反分析研究

Hoek- Brown准则在节理岩体边坡 ,基础和地下开挖工程的设计和施工中 ,近十余年来已在许多国家广泛应用。采用三轴试验确定参数 m和 s,已有一套完备的程序。但是现场只能采用直剪试验 ,目前的方法尚不合理 ,本文提出了一种改进的参数反分析的正演法。研究得到的结论对实际工程具有现实意义。

镶嵌-碎裂结构建基接触面抗剪强度试验研究

金沙江某水电站第23、24坝段,在开挖至建基面时,仍存在一定深度、一定范围质量较差的Ⅲ-Ⅳ类镶嵌-碎裂结构岩体,由于此类岩体影响着大坝的抗滑稳定性,因此,在现场通过原位大剪试验,对原位镶嵌-碎裂结构岩体与混凝土接触面抗剪(断)强度进行了试验,并运用优定斜率法确定了接触面的抗剪(断)强度的标准值。试验表明:镶嵌-碎裂结构岩体在原位状态下仍具有一定的力学性能;原位镶嵌-碎裂结构岩体与混凝土接触面具有较高的凝聚力C和摩擦阻力f,且都达到了Ⅲ类岩体的标准;接触面的抗剪断强度仍然是大坝抗滑稳定的控制边界。

非贯通节理岩体抗剪强度影响因素分析

基于修正的Lajtai岩桥破坏理论,研究连通率、形貌节理起伏角、法向压力等因素对非贯通节理岩体抗剪强度的影响,利用人工混凝土模拟类岩石材料,并进行直剪实验论证.结果表明:非贯通节理岩体抗剪强度与起伏角大小成正相关关系,与连通率成负相关关系;其他影响因素相同时,法向压力越大,非贯通节理岩体抗剪强度越大.