岩桥倾角对岩体能量演化规律影响研究

天然岩体内部常含有各种分布形式和尺寸长度的裂隙，裂隙对岩体破坏模式和强度有重要的影响，从能量角度研究裂隙对岩石压缩破坏模式的影响可以反映裂隙岩体变形破坏的本质特征从而为岩体设计施工提供依据。因此制备了不同裂隙组合形式的相似材料，通过单轴循环加卸荷试验进行加载，探究了双节理裂隙岩桥倾角（裂隙搭接程度）在岩体各受荷阶段中对能量演化规律的影响，揭示了不同岩桥倾角下岩石弹性能和耗散能演化及分配规律。研究表明:随着岩桥倾角的不断增加，即裂隙搭接长度的增加，最终积聚弹性能密度在逐渐减小，易于形成宏观裂纹；耗散能比例曲线的明显转折是岩石失稳破坏的前兆。随着岩桥倾角的变缓，耗散能比例曲线增幅越陡，因此破坏越明显；岩桥倾角越小即裂隙水平距离越远，裂纹发育速度越快。     

含裂隙大理岩的破碎演化和能量耗散研究

岩石中裂隙分布对岩石的宏-微观力学性质和微裂纹的发育演化规律具有重要的影响。通过离散元方法(DEM),采用光滑节理模型建立不同裂隙倾角的模型进行单轴压缩试验,详细研究了大理岩在压缩过程中应力-应变特征、微裂纹发育演化过程、微观尺度上的能量耗散分配机制。结果表明:裂隙倾角与模型的应力-应变具有相关性,也影响微裂纹的发育演化过程;当裂隙倾角较小时,在达到峰值强度之前就产生了可见的拉裂纹,达到峰值强度之后拉裂纹继续增长并出现其他宏观裂缝;裂隙倾角较大时,达到峰值强度之前所产生的微裂纹大多零星分布,达到峰值强度之后微裂纹快速增加,形成多条裂缝。能量耗散研究表明:岩石的能量主要通过颗粒黏结存储于弹性势能中;在压缩过程中,弹性势能会缓慢降低并转变为摩擦耗能、阻尼耗能及破裂耗能,而破坏时4种能量占比大致相当。研究成果可为揭示裂隙岩石在压缩作用下裂纹扩展的细观力学响应机制提供参考。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)的充填效应。研究结果表明:节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大;完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段;完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标( 总能量、弹性应变能及耗散能) 的充填效应。研究结果表明: 节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大; 完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段; 完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

含平行裂隙节理岩体的破坏规律研究

对含平行裂隙相似材料试件进行单轴压缩试验,并用PFC3D模型进行了模拟。通过试验和DEM结果对比分析,探讨了含平行双裂隙岩体在单轴压缩下的破坏规律。研究结果表明:在变形破坏阶段,当轴向应变达到0. 02后,应力-应变曲线出现"双峰"现象;抗压强度随预制裂隙倾角的增大呈非线性变化。预制裂隙倾角较小时(≤45°),抗压强度随裂隙倾角变化规律不明显。预制裂隙倾角在45°时,试块抗压强度最低。预制裂隙倾角较大时(≥45°),抗压强度随裂隙倾角的增大而增大;裂纹起裂区域均位于两预制裂隙中间区域。随着预制裂隙倾角的增大,萌生裂纹的端点位置从两端点均在预制裂隙中间,向一端点位于裂隙中间另一端点位于预制裂隙顶端,到两端点均位于预制裂隙顶端转变;试件不同预制裂隙倾角对应不同的岩桥倾角,岩桥倾角较大时(≥60°),岩桥倾角与抗压强度呈正相关关系。     

单轴压缩下混凝土的能量演化规律

为研究混凝土在破坏过程中的能量演化规律,对混凝土试件在不同侧应力(0,0.1f_c,0.3f_c,0.5f_c)、不同应变速率(10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)下进行循环加-卸载试验,得到单轴压缩下输入总能量、弹性能和耗散能随应变增长的演化和分配规律。试验结果表明:在整个加载阶段,应变速率为10^-5/s及10^-4/s时,混凝土输入总能量、弹性能、耗散能都随应变的增大而先增大后减小;应变速率为10^-3/s及10^-2/s时,混凝土输入总能量、弹性能、耗散能都随应变的增加而逐渐增加;在相同侧应力下,应变速率增大,混凝土在破坏时积聚的能量和混凝土的储能会增加;混凝土达到储能极限时弹性能比例最小为30%,而最大为58%;在应变速率相同时,混凝土的储能极限随着侧应力的增大而增大,侧应力会抑制裂缝的发展;在侧应力为(0.1,0.3)f_c时,混凝土的弹性能密度随侧应力增大呈线性增大。研究成果有助于研究人员了解混凝土的破坏过程。     

裂隙倾角对石油洞库水封效果的影响

结合某大型地下水封石油洞库工程,采用离散单元法,运用UDEC软件,模拟了不同工况下,不同倾角裂隙的存在对洞库渗流场的影响,并进而分析了在各渗流场情况下,洞库的水封效果的变化。结果表明:洞库周边的裂隙水压随角度增大而增大,在20°至40°中,裂隙水压快速增大,在40°至70°中,裂隙水压缓慢增大;相同水封措施对倾角较小的裂隙岩体的水封效果比大倾角裂隙岩体的水封效果差,要维持同等的水封效果就需要加大水幕洞水头,但是小倾角洞库的涌水量较大倾角洞库的小。     

岩体裂隙水流的运动规律

对岩体裂隙水流运动规律进行了探讨。分别导出了Forchheimer渗流方程中系数a，b的表达式，它既适用于充填裂隙水流，又适用于非充填裂隙水流。大量试验表明，该式还适用于描述线性和非线性渗透运动。     

含不同倾角裂隙砂岩渗透性能试验研究

针对西南山区水电边坡破碎岩体的渗透特性问题,以锦屏左岸边坡砂岩为例,对岩石试样预制不同倾角的人工裂隙,使用岩石高压渗透仪对其在不同围压和不同渗透压条件下的渗透特性进行试验研究,并对试验取得的渗透系数进行统计分析。试验结果表明,随着渗透压从0. 1 MPa增加至0. 5 MPa,裂隙砂岩亲水矿物受到溶解和冲刷作用逐渐增强从而产生新的渗流通道导致渗透系数增加。围压从2 MPa增加至4 MPa,使得岩石内部的裂隙与孔隙受到压缩闭合,导致渗透系数减小。0°、30°和45°裂隙砂岩的整体渗透系数依次减小,裂隙倾角的增加改变了裂隙渗流通道与初始渗流方向以及围压之间的夹角,还减弱了渗透系数对于围压以及渗透压的响应。     

岩体裂隙对帷幕灌浆的影响

坝基防渗处理,尤其岩石基础的防渗处理,大都采用帷幕灌浆的方法。实践表明,坝基地质条件和坝型不同,基础灌浆处理的方法和施工技术繁简程度也不一样。在很大程度上是地质因素决定着灌浆方法。     

陡倾角卸荷裂隙对岩质边坡应力场的敏感性分析

本文将横观各向同性材料的本构模型和屈服准则应用于含成组断续裂隙岩体的非线性有限元计算,结合白鹤滩拱坝勘Ⅰ线左岸天然岩质边坡的应力稳定研究,就陡倾角卸荷裂隙的分布深度、连通率和法向变形模量对边坡应力场的影响进行了敏感性分析,在计算成果的基础上,对边坡在天然状态下的稳定性作了初步评价。     

单裂隙水流作用下岩体稳定温度场理论模型与有限元数值模拟

建立了单裂隙岩体的几何模型,在不考虑热对流、热辐射的前提下用岩体导热微分方程描述了裂隙岩体稳定温度场分布及定解条件,并进行了理论方面的分析;给出了岩体导热偏微分方程的有限元描述,应用FEPG软件对裂隙岩体二维稳定温度场分布进行了数值模拟。模拟结果表明:由于和裂隙水流发生了热量交换作用,裂隙岩体温度场也随之发生变化;裂隙岩体和裂隙水流温度相差越大,温度等值线越密集,岩体温度场变化越大,热量传递越快。     

戽流消能沿程水面波动特性研究

为探究采用戽流消能方式时下游河道水面波动的情况,结合某实际工程建立了1∶60整体物理模型,应用DJ800多功能采集系统对自由戽流、附着戽流、临界戽流及淹没戽流时下游山区河道内沿程水面波动特性进行了模拟,并对沿程波高、周期、波长、波速及波动概率密度等特征参数进行统计。研究结果表明:戽流消能形成的涌浪在x/D20的范围内衰减明显,之后衰减明显减缓;稳定戽流时,坝下水面波动周期、波长及波速较其余戽流流态均明显变小,且河道平面转弯对波浪的衰减影响有限,波浪传播较远;不同戽流流态河道内波动主要分布在±3σ范围内,基本符合正态分布。研究成果可为类似工程的防波设计提供参考依据。     

岩质边坡平面滑动滑面极限倾角的研究

在边坡稳定性评价时,如果不能确定边坡内的滑动面位置、产状,可以通过先确定滑面的极限倾角来计算边坡的最小安全系数,进而评价边坡稳定性。由于滑坡后缘常形成拉裂缝,且拉裂缝深度对滑坡稳定性有较大影响,故采用拉裂缝深度优化公式对有拉裂缝的边坡进行了深入讨论,分析了自重和地震两种工况下的滑面极限倾角及对应的边坡极限安全系数,给出了改进后的极限倾角计算公式。结合具体算例分析了公式适用性,结果表明,考虑拉裂缝较未考虑拉裂缝计算得到的边坡极限倾角α_cr更小,对应的极限安全系数F_scr更小,并且α_cr变化较小,F_scr变化较大。     

裂隙岩体宏观力学参数数值仿真模拟研究

岩体的参数确定一直是岩土工程中的一个重要及困难的问题，将整个工程岩体划分为不同尺寸等级的计算试件，依据室内外基本材料试验成果，采用数值仿真方法依次计算各级别计算试件，最后得到岩体的宏观力学参数．计算结果与实际情况值基本吻合，该计算方法解决了物理试验对岩体参数评价的局限性以及在整体模型计算中参数选取的任意性。     

齿墩数量对齿墩式内消能工消能率影响试验

针对洞塞式消能工对消能体型的过流能力有较大影响的缺点,为尽可能减小其影响,进行了齿墩式内消能工物理模型试验,设计了面积收缩比为0.375条件下不同齿墩数量的3种方案来试验分析齿墩式内消能工过流能力、局部水头损失系数、消能效果、脉动压强特性及脉动流速特性。试验结果表明:齿墩数量对齿墩式内消能工的消能效果起着一定的作用,在试验范围内,随着齿墩数量的增加,过流能力增强,局部水头损失系数减小,消能率降低;紊动强度在距齿墩段进口1.5D(D为管道内径)处达到最大,7D后趋于平稳;脉动压强在距齿墩段进口1.3D~1.6D达到最大,然后急剧衰减,在距进口5.6D处趋于平稳。     

跌坎型底流消能流态转捩及控制研究

跌坎型底流消能工是一种建立在常规底流消能工基础上的新型消能工。通过理论分析得出,跌坎型底流消能工消能率随着跌坎高度与上下游水深的变化而发生变化,且不同入池Fr下,满足消能率所需坎高与水深不同。结合某大型水电工程进行验证,针对上游相对水位120.0~140.0 m、下游相对水位40.0~50.0 m,跌坎型消力池内水流流态特征进行分析。研究结果表明,跌坎型消力池内水位波动最大值发生在跌坎下游50~100 m范围内;随着跌坎型消力池跌坎高度的变化,消力池内水流可呈现出三种不同流态特征;当跌坎断面采用收缩体型后,跌坎高度可得到提升,有效地保障消力池内水流流态稳定和消能效率,改善消力池内临底水力学指标。     

爆破震动瞬时能量与岩体相对位移响应的关联性研究

通过结构动力方程求解得到岩体相对位移响应过程,以EEMD-HHT信号分析方法获得岩体爆破震动信号瞬时能量,在时域内进行分析研究岩体爆破震动信号瞬时能量与岩体相对位移响应的关系,发现岩体最大相对位移响应值滞后于爆破震动信号最大瞬时能量值的时刻;在时域内岩体相对位移响应过程曲线与爆破震动信号能量幅值并非相互对应,但与爆破震动速度时程曲线具有一定的关联性,这表明爆破震动激励下岩体相对位移响应值的大小与爆破震动能量、岩体的自振周期、爆破震动类型有关。