软-硬互层岩体节理峰前循环剪切疲劳损伤机理研究

三峡库区频发微小地震下岩体节理循环剪切疲劳损伤对边坡动力稳定性具有重要影响。通过室内峰前循环剪切试验和PFC2D细观数值计算,研究了考虑一阶起伏角、含水率、剪切速率、剪切幅度、法向应力及循环剪切次数影响的软-硬互层岩体节理宏细观疲劳损伤机理。研究表明:①岩体节理剪切应力-剪切位移曲线历经初始非线性压剪变形、近似线弹性压剪变形、循环剪切疲劳损伤变形、应力缓升压剪变形、应力陡升压剪变形及应力脆性跌落压剪变形六个演化阶段。②岩体节理峰值(残余)剪切强度和疲劳剪切(法向)位移在相同一阶起伏角、含水率、剪切速率、剪切幅度或法向应力下随循环剪切次增多而分别降低和增大;且其在相同循环剪切次数下随一阶起伏角或法向应力变大而分别增大和降低,而随含水率、剪切速率或剪切幅度变大则分别降低和增大。③宏细观结果总体上吻合较好,且岩体节理细观剪切疲劳损伤裂纹数量随剪切位移变化呈前期微增-陡增、中期缓增及后期陡增-缓增-陡增的发展特征,而其随循环剪切次数变化则呈前期陡增和后期缓增的发展特征。④岩体节理宏细观剪切疲劳损伤典型演化过程可概述为压密-起裂破坏、循环错动-贯通破坏及分离-啃断破坏3个渐进性发展阶段,且宏细观剪切疲劳损伤裂纹近似呈“倒U形”密集分布于岩体节理附近。

不同地质条件下浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性研究

不同围岩条件下浅埋偏压小净距隧道的围岩稳定性相差很大,特别是半软半硬岩层隧道,由于软硬交界面的存在,其施工力学特性更加复杂。使用FLAC3D模拟不同净距下均质硬岩、均质软岩和竖向半软半硬岩隧道施工15种工况,对比分析中岩墙、拱顶上部围岩、仰拱处围岩和边坡的围岩稳定性。结果表明:隧道开挖引起均质围岩中岩墙上部水平位移最大,而半软半硬岩中部水平位移最大,中岩墙上部围岩稳定性最差;0.6B净距可以作为半软半硬岩偏压小净距隧道的临界值;半软半硬围岩隧道开挖引起拱顶沉降量和硬岩隧道比较接近,远小于软弱围岩隧道拱顶沉降;隧道开挖引起软岩侧洞室上覆盖层围岩稳定性变差;隧道开挖引起拱顶上部围岩破裂面整体呈"W"形,仰拱部围岩破裂面呈"M"形。

一种新的软-硬节理峰值剪切强度模型

岩体中常存在强度不同的界面,其剪切强度影响岩体稳定,剪切强度的评估较为重要。利用3D技术打印的树脂节理板,浇注含不同粗糙度软-硬节理的不同强度水泥砂浆试样,在常法向应力下进行直剪试验和数值模拟研究,得到的剪切应力-位移的试验曲线与模拟曲线相一致。基于试验结果,引入比例系数T表征软-硬节理的组合壁面强度CCS,引入影响因子μ描述节理粗糙系数JRC、节理壁面强度JCS和法向应力σ_(n)对软-硬节理峰值剪切强度τ_(p)的综合影响效果,利用数值分析方法推导出一种估算软-硬节理峰值剪切强度的模型。试验发现:软-硬节理的残余剪切强度τr主要由JCS较低侧控制,且这种控制作用随JRC增大而增强;CCS值小的剪切应力-位移曲线率先达到峰值和进入残余阶段。研究表明:软-硬节理峰值剪切强度模型综合了JRC、JCS和σ_(n)对节理τ_(p)的影响机制,可用来评估粗糙软-硬节理的峰值剪切强度。

隧道围岩强度不均地段塌方成因及其处理方法

2006年1月,承德韩郭线二级公路工程喇嘛梁隧道发生了大面积塌方。基于现场调查结果,详细描述了隧道塌方地段工程地质背景、与支护方法,以及塌方事故,并结合以上现场资料分析了该隧道塌方的机理;同时,还介绍了在该段塌方处理中如何采用的工字钢梁和超前注浆导管等技术手段。这一研究也为类似地质情况提供了宝贵的施工经验和理论支撑。

软-硬自然节理的改进JRC-JCS剪切强度公式

借助三维白光扫描技术和3D打印技术,浇筑了若干块含相同自然节理面、上下盘壁面强度不同的吻合软-硬节理混凝土试块,并对其进行了不同常法向应力下的剪切试验。试验表明,试件的剪胀程度随着节理壁面强度系数λ_(σc)值的增大而增大,剪切强度随着λ_(σc)值的增大而减小。同时,研究表明,对于软-硬节理,在剪切过程中,软-硬节理两侧都发生了破坏,节理的等效壁面强度JCS_(等效)受壁面强度系数λ_(σc)的影响,相对于硬节理侧,较软节理侧对等效壁面强度JCS_(等效)的贡献更大,并且这种趋势随壁面强度系数λ_(σc)的增大而增强,这也是JRC-JCS(节理粗糙系数-节理壁面强度)强度公式预测软-硬节理强度时具有一定局限性的原因。根据以上分析,以较软节理侧的壁面强度JCS软为基准,建立了关于壁面强度系数λ_(σc)的修正关系函数f(λ_(σc))来确定软-硬节理的等效壁面强度JCS_(等效),进而提出了考虑软-硬节理不同壁面强度组合类型的修正JRC-JCS剪切强度公式,该新公式是对现有的JRC-JCS强度公式的完善。

上软下硬地层隧道破坏规律数值模拟

在进行地下工程施工的过程中,往往会遇到复杂的工程地质问题,特别是上软下硬地层的地质问题,更是地下工程研究的重点。运用数值模拟的方法,采用实际工程浏阳河隧道的地质岩层的物理参数,进行模型的构建以及隧道分步开挖的模拟,分别针对隧道处于上软下硬地层3种位置不同开挖条件下隧道围岩的应力、应变、剪力云图的对比分析,得出了上软下硬地层条件下隧道围岩的破坏机理。

基于离心机和数值模拟的软硬互层反倾层状岩质边坡变形特征分析

我国西部山区建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,它们多具有软硬互层结构。为进一步探明软硬互层反倾岩质边坡的变形破坏规律,本研究融合大型土工离心机试验与自开发的可以综合考虑节理面拉剪和压剪破坏的Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则,对此类边坡进行试验与数值模拟分析。首先,结合监测点位移和应力曲线对边坡的变形破坏过程进行详述并验证了所提出的强度准则及所建立的数值模型的正确性;然后,基于此数值模型研究不同几何因素对此类边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:(1)节理单元采用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则可以较准确地模拟软硬互层反倾边坡的层间错动以及岩层弯折;(2)此类坡体倾倒变形破坏全过程为:层间先出现相互错动,然后边坡自坡脚部位开始出现弯曲变形,随后坡体后缘出现拉张裂缝,与此同时边坡整体向临空面弯曲倾倒,最终形成2个或3个破坏面;(3)随着岩层倾角的增大,边坡一级破坏面逐渐向坡体深处发展;(4)随着硬/软岩层厚比的减小,坡顶竖向位移变小,且坡体滑动的整体性逐渐增强;(5)随着软/硬岩层厚比的增加,坡体破坏面逐渐由粗糙的"锯齿状"向平滑的"圆弧状"过渡。

软硬岩石节理剪切试验及破坏特征研究

自然界存在软硬强度不同岩石组成的软硬岩石节理,此类岩石节理的剪切研究对软硬岩石交错边坡的稳定性具有重要意义。通过剪切试验,研究不同粗糙度和不同法向应力下软硬岩石节理的剪切强度和破坏特征,破坏特征按节理面剪切后破坏面积区域计算。结果表明,粗糙度和法向应力增大剪切强度增大,剪切破坏面积区域也增大。岩石节理壁的软硬强度相差越大两侧剪切破坏程度越不同,软的节理面产生破坏面积区域大于硬的节理面产生破坏面积区域。剪切试验强度与节理壁软硬强度存在明显相关性,相同节理壁的剪切强度小于增大一侧节理壁的剪切强度,研究揭示了软硬岩石交错边坡的岩石节理剪切行为,为可该类边坡滑坡灾害的预防提供帮助。