岩土工程专业研究生岩体水力学课程教学改革思考

岩体水力学是一门课程新、内容广、实践性和前沿性强,具有重要学科地位的综合性交叉学科,是岩土工程专业研究生的重要专业课程。文章针对岩体水力学课程教学易出现的问题,如研究生学习兴趣不浓厚,专业基础知识薄弱,学校实验条件不理想和实践性教学环节不足,教师专业素养和学术水平有限等,探讨了岩土工程专业研究生岩体水力学课程的教学改革思路,结合自身教学实际情况,提出了岩体水力学课程的创新型教学内容及教学方法。

不同岩性及含水率的岩石声波传播规律试验研究

利用智能声波仪对红砂岩、大理岩和花岗岩试样在干燥及饱和条件下进行了声波纵波透射试验,研究声波在岩石中传播的速度特征,同时利用傅里叶变换及小波变换研究声波在岩石中传播的波形、波幅衰减规律、波谱特征。结果表明:(1)红砂岩、大理岩和花岗岩在饱和状态下的纵波波速比其在干燥状态下略高。(2)岩石纵波速度受到岩石的致密程度、孔隙度、密度及硬度的影响。(3)在同样的激发信号下,饱水的砂岩、大理岩、花岗岩岩样声波信号能量集中在低频部分较多,而干燥岩样声波信号能量集中在高频部分较多。(4)饱水的3种岩样声波信号能量衰减较快,尾波不发育;干燥的3种岩样声波信号能量衰减较慢,尾波较发育。(5)穿过岩石的声波信号的波速、波形的时域特征、频域特征及时-频域特征能在一定程度上反映出岩石内部的孔隙及微裂隙的发育情况和岩石含水情况等特征。

渗透压–应力耦合作用下砂岩渗透率与变形关联性三轴试验研究

为了探讨渗透压–应力耦合作用下岩石渗透率与变形的关联性,采用岩石伺服三轴试验系统,在不同围压和渗透压条件下,利用稳态法对砂岩全应力–应变过程进行渗透率试验研究。根据试样渗透率变化与其破坏过程的对应关系,分析全应力–应变过程中试样渗透率随其脆性、延性变化的特点及渗透率–轴向应变和渗透率–体积应变之间的关联性。试验结果表明:(1)在渗透压–应力耦合作用下,试样初始渗透率、峰值强度随着围压与渗透压的改变而改变。(2)在渗流场–应力场耦合作用下连续加载的全应力–应变过程中,渗透率先随着轴向应变的增大而逐渐减小,进入弹塑性阶段后,渗透率变化曲线随围压变化呈现增大、持平及减小3个不同趋势。其中,渗透率曲线持平的现象为三轴渗透试验研究中的新现象。(3)围压较高时,若形成局部压缩带,则试样进入弹塑性阶段后,渗透率的变化趋势是由岩石微裂隙的萌生、扩展与岩石骨架颗粒压碎这2个主要因素共同决定的。(4)岩石微裂隙的萌生、扩展对渗透率增大起积极作用,岩石骨架颗粒压碎形成的压缩带对渗透率增大起抑制作用。(5)岩石进入塑性阶段后,随围压增大,渗透率由上升趋势转变为下降趋势的现象先于脆–延转换的临界状态发生。(6)岩石的体积应变对渗透率有一定影响,在脆–延转换阶段存在体积应变增大而渗透率减小的现象,这需要其他能够更精确地测量体积应变变化的试验进一步验证。

地下工程围岩潜在岩爆问题评估方法

潜在岩爆评估是工程前期或可研阶段预估工程施工风险、建设成本和规划工程布置中的重要课题,现有单独采用岩爆倾向性或应力与强度之比的评价方法存在不足。文中建议了一种地下工程潜在岩爆问题评估方法,综合考虑了岩石力学特性、围岩质量和地应力三方面的内外在因素,归纳了岩爆对应的地质条件,总结认为岩爆主要发生在II、I类围岩。以体积应变反弯点为卸载控制点,改进了岩爆倾向性指数的试验方法。综合考虑岩石弹性能指数、应力强度比和主应力比3个因素,提出了潜在岩爆指数新指标,并给出了相应界限值,可为工程可研阶段岩爆风险预估提供了一种操作简单、逻辑科学的评估方法。

隧道原位扩建CD工法地表沉降预测研究

近年来,越来越多的隧道面临改扩建问题,隧道扩建工程往往呈现出大断面、小净距、隧道群等特点,而原位扩建隧道的地表沉降规律也呈现出自身的特性:地表沉降槽曲线沿隧道中心线不对称、存在局部突变值等。对泉厦高速公路大帽山隧道原位扩建工程采用CD工法施工引起的地表沉降实测规律分析,基于Peck公式及叠加原理,提出了适用于隧道原位扩建施工产生的地表沉降的简便预测函数关系式,并验证了函数关系式的适用性。应用研究表明:该函数关系式能正确反映隧道原位扩建施工地表沉降规律,计算值与实测结果较为吻合。研究成果为隧道原位扩建工程地表沉降的预测提供了新的思路与方法。

爆破振动荷载作用下3～4层房屋结构响应测试研究

目前,对爆破振动荷载作用下房屋结构的各层响应特性的研究较少。通过现场实测爆破地震波及其引起的3～4层房屋各层结构的振动响应,应用小波分析等工具对数据进行了分析处理,获得了爆破振动荷载作用下房屋各层结构的响应特性规律:随楼层增加,质点振动速度峰值放大系数为0.5～1.33;持续时间减小0.25%～28%;各楼层振动能量大部分集中在6Hz～25Hz频带上。研究成果可为房屋结构破坏的综合判据及抗震设计提供依据。

热损伤花岗岩三轴卸围压力学特性试验研究

利用岩石伺服试验系统,对经历25℃~900℃作用后的花岗岩试样进行三轴卸围压试验,研究高温后花岗岩在卸荷路径下的变形特性、参数特征及破坏形态。结果表明：经历300℃后的岩样围压卸荷量最少,最容易发生破坏。基于应变围压增量比,定量揭示了卸荷破坏是由强烈的径向变形和体积扩容所致。随着温度上升,各应变围压增量比均先增大后减小,在300℃时达到最大。卸荷过程中岩样的变形模量逐渐减小,25℃~900℃之间,减小33.20%~59.11%,且温度越高减小越多,与体积应变均呈二次多项式相关;泊松比逐渐增大,25℃~900℃之间,增大164.96%~274.03%,且温度越高增加越多,与体积应变均呈线性相关。高温后的岩样在单轴压缩下均呈轴向劈裂破坏,并存在多个贯通裂纹;在三轴压缩下为宏观单一的贯通剪切破坏形态;三轴卸围压下破坏形态则比较复杂,常温时为高角度的局部剪切破坏,随温度升高,岩样变为贯通剪切破坏,到900℃时又变为局部剪切破坏。

高速公路扩建大断面特小净距隧道爆破稳定控制技术研究

以国内罕见的大帽山隧道为工程背景,结合国内现有研究成果和规范,研究新建隧道爆破施工时确保既有运营隧道安全稳定的控制技术。以现代信息化施工理论为依据,充分运用现场监控量测,将既有隧道质点振动速度的临界值确定为20cm/s,对既有隧道爆破质点振动速度进行监测、回归分析和爆破参数的优化;最终现场监测结果表明,优化后的最大装药量等爆破参数设计合理,该爆破设计在现阶段未对既有隧道安全产生较大影响;同时,运用数值模拟的方法,得到中夹岩和既有隧道壁面的质点振动速度随时间的变化规律,所得最大振速符合规范要求,验证该次爆破设计是合理的。通过数据分析得出隧道肩部的振动速度是隧道底部的1.19～3.99倍,隧道腰部的振动速度为隧道底部的1.10～3.11倍,迎爆侧振动速度为背爆侧的5～10倍。该研究成果为今后类似隧道工程的爆破掘进工程在理论上和施工方法上提供参考借鉴。

纵波在改进的弹性非线性法向变形行为单节理处的传播特性研究

将传统的BB模型与经典指数模型统一起来,提出的准静态条件下改进的节理弹性非线性法向变形本构关系可定量化描述节理变形的这类差异。在不考虑加载速率对节理变形行为影响的情况下,将该本构关系推广至动态条件,建立了法向入射纵波在弹性半无限空间中干性单节理处传播的位移不连续模型,基于Lemaitre假设获得了节理透、反射系数TIMP和RIMP的近似解析解;同时结合一维波动方程特征线法推导了节理透、反射波质点速度时域数值差分格式并自编了计算程序,进而得到TIMP、RIMP、透、反射波能量etra和eref、延迟时间Tdel的半数值解,依此研究弹性纵波在单节理处的传播过程及特征。在针对节理法向初始切线刚度Kn,i、节理闭合量与最大允许闭合量比值γ=dn/dmax、入射波频率f等因素对TIMP、RIMP的影响进行探讨的同时,着重分析模型非线性程度ξ及入射波最大振幅vinc的变化对透射波振幅及能量衰减、波形及频谱畸变、时间延迟所产生的影响,并解释了一种"超越"现象。

靖西三合铝土矿微量元素地球化学特征与成矿环境研究

采用发射光谱法(ES)、X-射线荧光光谱法(XRF)、等离子体质谱法(ICP-MS)等方法,对广西省靖西县三合铝土矿区7个典型堆积铝土矿石样品中的硼(B)、镓(Ga)、铍(Ga)、锶(Sr)、钡(Ba)、钍(Th)及铀(U)等7个对沉积环境指示性较好的微量元素进行含量测试分析和相关比值计算等地球化学特征研究,以此探讨该区铝土矿的成矿作用与成矿环境.研究认为,本区铝土矿的微量元素地化特征表明铝土矿成矿物质来源多样,并显示出了明显的淡水沉积物特征,沉积环境陆相特征明显,局部存在残积作用,沉积后受到明显的海水改造作用.

复杂结构体系下隧道爆破震动对房屋影响的试验研究

依托福州鼓山魁歧1号隧道建设工程,根据其埋深不同、左右两线高程不同的特点,采用全站仪和爆破震动自记仪,分别进行震动和沉降监测。左右隧道穿过房屋底部围岩后,房屋与隧道中夹岩形成"T"字型结构体系,通过对不同爆源位置的监测数据分析得出,此体系使房屋两端的质点振速峰值放大2倍,空洞效应明显;振速峰值与房屋层数成正比,上一层比下一层放大1.1倍;先行成洞隧道可作为"减震空洞",有效减弱后行洞开挖对先行洞侧向房屋的影响。通过沉降监测分析得出:隧道埋深不同,易导致上部房屋不均匀沉降而发生剪切破坏,应对基础做加固处理。

考虑主应力轴旋转的砂土变形特性试验研究

采用空心圆柱扭剪仪(HCA)进行一系列排水试验,研究主应力轴旋转条件下砂土的变形特性。试验采用2种类型的加载路径,第一种保持偏应力不变旋转主应力轴,第二种在增加偏应力的同时旋转主应力轴。通过改变偏应力的应力水平,研究砂土的变形以及非共轴度的变化规律。同时,对同等试验条件、材料和加载路径下不同密实度试样的试验结果分析,研究密实度对于非共轴度的影响。另外,采用2种材料进行对比试验(Portaway砂与LB砂),研究砂土初始各向异性与非共轴性之间的关系。试验研究结果表明:砂土的变形随着主应力轴的旋转而累加,并体现出显著的非共轴特性。砂土的非共轴度与材料所处的应力水平、密实度及初始各向异性均存在一定相关性。

小净距隧道爆破中夹岩累积损伤测试研究

为研究小净距隧道爆破对临近隧道的影响,本文结合沈海高速公路泉厦扩建工程大坪山隧道施工监测,对小净距隧道中夹岩爆破振动累积损伤进行测试研究。分析了距离掌子面不同位置、爆破次数对中夹岩的累积损伤规律。结果表明:6个测试孔一次爆破和二次爆破后的波速平均降低2.12%;平均爆破累积损伤量为4.3%.研究成果可为类似条件下小净距隧道的现场监测、爆破控制和建立动荷载作用下隧道破坏临界值提供依据。

浅埋隧道掘进爆破振动特征研究

浅埋隧道掘进爆破振动特征有别于其他类型的爆破。作者根据浅埋隧道掘进爆破振动监测数据,拟合得到了泰山花岗岩中地面振动速度的变化规律。应用小波分析方法分析了浅埋隧道掘进爆破的振动频谱及能量分布特征。其研究对丰富地震波传播理论、指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全起到了重要作用。

加载路径对粗粒土非共轴性影响的试验研究

采用空心圆柱扭转仪,对Portaway砂进行排水试验,研究粗颗粒砂土主应力和主应变增量的非共轴性,以及应力路径(历史)对砂土非共轴性的影响规律。试验分两个系列,系列1中试件在排水固结后直接沿着固定的主应力方向进行加载,系列2中试件在排水固结后先进行轴向压缩,再沿着与系列1同样的加载路径剪切。试验进一步验证了颗粒材料的非共轴特性。试验结果显示:非共轴度与材料的加载方向密切相关,加载历史对于非共轴度有一定的影响;随着试件接近破坏状态,主应力和主应变增量趋于共轴。

岩体结构面对应力波传播规律影响的研究进展

天然岩体中广泛存在着各种结构面,当应力波穿越岩体时,由于结构面的存在会产生波速下降和振幅衰减等现象。各种结构面条件下的应力波传播规律问题有着重要的理论与实际意义。主要针对结构面模型的建立、波传播规律的研究方法及主要结论,综述了微裂隙、宏观节理等复杂结构面条件下弹性波传播问题的研究现状,并提出了值得进一步研究的问题。

爆破震动对土质边坡动力稳定性影响研究

采用拟静力化的惯性力法,利用改进了的条分法来计算主动土压力,并考虑爆破地震的时程效应,提出了已有边坡在爆破过程中的动力稳定性系数的新的计算方法。实例证明,所得计算结果综合考虑了爆破震动波传播过程的衰减、频谱结构及相位差等因素的影响,因此该方法在土质边坡稳定分析中与拟静力法相比更具理论基础,其结果也更接近工程实际。

小净距隧道原位二扩四CD工法软弱围岩稳定性及支护参数研究

以国内罕见的大帽山原位2扩4隧道为工程背景,分析CD工法下不同围岩的地表下沉、拱顶沉降、洞周收敛等现场监控量测结果,建立隧道扩建施工过程的三维弹塑性有限元模型,研究CD工法开挖时软弱围岩的稳定性。并将数值计算结果同现场量测值进行对比,其结果在数值和变形规律上基本吻合,表明本文建立的数值模型是可行的。在此基础上,提出锚杆支护参数的优化建议。相较于常规隧道,小净距隧道原位2扩4围岩变形特性如下:①软弱围岩洞口段地表沉降曲线两头小、中间大,并在既有隧道正上方出现一个微小的沉降槽;地表的总位移量主要是由于上半断面的开挖引起。②周边收敛变形和拱顶下沉有振荡特征,洞壁围岩并不是一直朝净空移动。隧道拱顶处围岩最终累积下沉量为5.72mm,仰拱主要表现为向上的隆起。③隧道原位扩挖导致既有隧道横断面产生不同程度的变形,拱脚、拱腰、拱顶等部位的最终沉降不等且依次减小,左侧的变形相对右侧较大,整个断面呈现明显的偏压状态。研究结果对日益增多的隧道扩建施工时围岩稳定性的进一步研究提供参考。

非线性波在岩石节理处的透射规律研究

基于非线性波动方程和岩石节理非线性变形特性,建立一维非线性纵波法向入射单一节理的透射波计算理论.对节理、波源、岩石非线性系数和节理位置进行参数研究,探讨节理非线性变形对非线性波波形、透射系数和频率分布的影响.研究结果表明,非线性波传过节理后透射波振幅衰减,持续时间增长,节理初始刚度越小,波源的频率和振幅越大,该现象越明显.透射系数随节理距波源距离的增大而减小,振幅和频率越大的非线性波的透射系数减小的越快.节理距波源距离增大到一定值后,振幅越大的非线性波的透射系数越小,该距离的大小与波源参数有关.透射波中会产生一系列高频波,这些高谐波是在节理和岩石的共同作用下产生的.

基于数字图像测量系统的饱和细砂渐进破坏特性研究

基于亚像素角点检测的数字图像测量系统能够记录三轴试样表面方块角点的位移,从而获得试样表面每一时刻的局部应变及应变场。分析了试样不同位置的局部径向应变在剪切过程中的变化,获得了以不同初始成样含水率制备的松砂和密砂试样在不同特征时刻的应力与应变的特征值。通过轴向应变场的变化分析了从应变局部化出现到剪切带发育、形成的这一完整的渐进破坏过程,总结了剪切带形成时的局部最大轴向应变特征值,并定性地分析了剪切带内、外土体在渐进破坏过程中不同的轴向应变增长率。试验结果表明:在应变场中试样应变局部化明显,并可以依此确定应变局部化的出现、剪切带的形成;对于密砂及初始含水率为0%制备的松砂试样,应力在应变局部化出现之初即达到峰值,剪切带形成时应力已经开始下降,进入应变软化阶段;以初始含水率为6%和12%制备的松砂试样在达到应力峰值时剪切带已经形成;剪切带内土体的局部轴向应变增长幅度比剪切带外的土体大得多。试样整体轴向应变的增大主要是由剪切带内土体剪切破坏产生的较大轴向应变所致。