基于离散单元法密集节理岩体边坡稳定性分析

节理岩体边坡的稳定性很大程度上取决于节理的强度及其分布形式。由于节理岩体边坡的失稳破坏具有大变形和非连续的特点,因此,离散单元法成为研究节理岩体边坡破坏机理的最有效方法之一。通过采用离散元软件PFC2D对岩石进行数值模拟,建立含密集节理的岩体边坡模型,讨论了岩体连通率对边坡破坏形式的影响。结果表明,在多组节理密集分布的岩体边坡中,连通率越大,其稳定性越差;随着连通率的减小,边坡的破坏形式由大范围的滑坡转变为局部崩塌的形式。     

将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究

节理岩体隧道破坏与节理属性密切相关。文中依托将军山大跨隧道,分析节理特征对隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理,提出节理岩体隧道锚杆支护设计建议。结果表明,块体塌落区分布在两组节理与隧道相切形成的三角区,为围岩失稳关键区域;节理张开区、剪切滑移区由拱腰延伸到拱脚、拱肩,向围岩深部发展,呈蝶形分布,为围岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平衡打破—应力降低区出现—节理面剪切滑移—节理面张开—块体塌落;节理岩体锚杆作用机制为对节理面施加法向应力以增加节理面摩擦阻力、锚杆轴力提供抗滑力、锚杆抗剪能力限制节理面相互错动。     

黄土高原地区黄土洞穴的成因研究

通过野外调查统计手段对黄土高原黄土洞穴的成因进行了研究。结果表明：黄土洞穴形成的控制因素主要包括地层厚度、土性、构造、地形地貌以及水文地质和气候条件等,其中黄土地层的土性、厚度及其空间组合形式和形态构成了形成黄土洞穴的物质基础。不同深度的黄土洞穴,其形成的主控因素不同,表层黄土洞穴多为生物成因,浅层黄土洞穴主要与黄土地层抗水蚀能力的垂直分异以及浅层的各种节理裂隙有关,中层黄土洞穴主要与节理裂隙有关。深层及极深层黄土洞穴与构造节理直接相关。     

应力波入射充填节理的透射性能研究

为了研究充填节理对不同频率应力波透射性的影响,根据充填节理特性设计了不同厚度和强度的节理模型,并对不同频率应力波正入射岩体节理的问题开展模拟,研究应力波在不同强度和宽度的充填节理条件下的反射和透射规律。结果表明：对于不同强度和厚度的充填节理,随着应力波频率的增加,其透射系数均逐渐减小,充填节理起到过滤高频波的“滤波”作用；随着频率的增加,透射系数逐渐减小,衰减速率先快后慢,并逐渐趋于稳定,且充填节理强度越低、宽度越大,该现象就越明显。     

祥临公路大沙坝段花岗岩边坡变形特征浅析

主要介绍了祥临公路花岗岩路段边坡的变形破坏类型及其成因,初步分析了构造断层及节理裂隙对花岗岩路段边坡稳定性的影响。     

岩栓对隧道支撑功效之数值探讨

基于一非线性规则节理岩体组成模式,透过数值仿真途径探讨岩栓对于岩石隧道的支撑功效。所采用的岩体组成模式考虑岩石材料与节理面的力学特性以及节理面的空间分布,不仅可模拟节理岩体的完整应力应变曲线,亦可描述节理面所造成的强度与变形异向性。数值模拟结果发现,岩栓可增加特定位置的节理面正向应力,进而提高其强度与劲度,束制节理面移动与剪胀,发挥其对隧道的支撑功效。     

层状围岩节理倾角对隧道光面爆破效果的影响

同种爆破参数对不同类型地层开挖时体现的爆破效果相差明显,运用LS-DYNA软件建立不同倾角下不同层厚节理地层的隧道爆破模型,重点研究不同倾角节理时同种周边眼光面爆破参数下的爆破效果,以探明层状节理隧道爆破规律。结果表明：层状节理围岩下隧道爆破产生的超欠挖明显,且由于重力作用下节理岩块脱落效果及节理面上法向应力较小,超欠挖量随倾角的增大而减小;节理和岩体爆破时吸收的能量也与倾角呈正相关关系,且节理吸收能量约为岩体的15%～20%。     

节理产状对隧道光面爆破成形效果的影响研究

以吉林省某隧道工程为依托,研究了节理产状对隧道光面爆破成形效果的影响。通过机理研究、试验分析以及ANSYS/LS-DYNA动态有限元数值模拟三种方法的综合研究,得出当闭合型节理与炮孔连线夹角大于70°时,节理对光面爆破成形效果无明显影响,夹角不满足条件时,岩体将沿着节理面方向和垂直节理面方向发生破坏,形成之字形锯齿状断裂面,夹角等于45°时,断裂面凹凸度最大。     

碳纤维水泥基复合材料加固节理岩体试验（双语出版）

为了研究碳纤维水泥基复合材料对节理岩体的加固效果、加固机理及最优碳纤维掺量值,在超细水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰等修复材料中,考虑0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%这5种不同的碳纤维掺量,对加固前、后节理岩样分别进行了直剪试验。研究结果表明：加固前、后节理岩样的剪切力-剪切位移曲线变化特征明显,由无峰值强度曲线转变为有峰值强度曲线,并出现明显的应变软化阶段和残余强度阶段;碳纤维掺量（质量分数）从0增加到1.00%时,节理岩样的峰值抗剪强度、残余抗剪强度在5种法向应力下分别提高13.0%~54.1%和0.61%~44.7%,剪切刚度增大32.4%~216.8%,黏聚力和摩擦角分别增大127.3%~266.5%和4.3%~20.4%;当碳纤维掺量为0.75%左右时,节理岩样加固后抗剪性能的综合增强效果最为明显;结合节理面形貌特征和加固后剪切破坏面特征分析发现,水泥浆复合材料对节理面具有较好的充填作用和胶结作用;在水泥基材中掺入碳纤维时,一方面类似于“加筋”材料,可在纯水泥浆的基础上进一步提高浆体的强度和整体性,限制节理面剪切过程中微裂纹的开展,另一方面碳纤维对受剪浆体提供了较好的“锚固”作用,进一步增加浆体与节理面的粘结性能,使得浆体本身、浆体与节理面之间胶结面的抗剪性能明显增强,从而显著提升加固后节理岩体的综合抗剪性能。     

基于尺寸效应的节理岩体隧道开挖稳定性分析

节理岩体的开挖力学响应具有显著的尺寸效应,这对于研究隧道稳定性非常重要。运用离散单元法,模拟了相同隧道尺度条件下不同节理间距的4组情况。研究结果表明:①随着岩体节理间距减小,围岩结构类型由整体块状逐步转化为碎裂状,随之出现岩块松动脱落;②围岩塑性区、应力松动区以及节理张开区具有相似的分布规律,均随着节理间距减小而增大,但发生岩块松动脱落之前的尺寸效应不明显;③节理剪切滑移破坏区比张开区和岩体塑性区更大,且具有更加明显的尺寸效应,适合作为节理岩体隧道稳定性的判别指标。     

考虑节理粗糙度的锚固节理岩体剪切试验

为研究粗糙度对锚固节理岩体剪切特性及锚杆抗剪作用的影响，提出了基于Synfrac软件与3D雕刻技术的岩石节理面三维重构方法，开展了不同节理粗糙度系数（JRC值）和不同法向应力下的锚固节理岩体剪切试验，研究了节理面剪胀效应对锚杆轴力、变形与破坏模式的影响，并在静力分析的基础上提出了考虑节理剪胀的锚杆抗力公式。试验结果表明：随着JRC值的增加，节理的剪胀效应使锚杆的轴向变形增大，从而使锚杆发挥出更大的轴力，提高了锚杆对节理面的剪切强度贡献（锚杆抗力）；锚杆轴力增大的同时使锚杆从拉剪破坏模式转变为拉弯破坏模式。根据试验结果，在静力分析的基础上，引入了巴顿公式中的剪胀角，提出了考虑JRC值和法向应力的锚杆抗力公式，公式预测结果与试验结果吻合良好，平均相对误差为7.6%。     

不同初始地应力条件下节理岩体隧道稳定性分析

围岩稳定性评价是隧道工程建设中最重要的内容,现有的稳定性判据多是针对均质岩石或土体而言的,尚缺少针对节理岩体隧道提出的判别指标。文章采用离散元数值模拟方法,以探索合理稳定性判据为目标,对不同地应力条件下节理岩体隧道的稳定性进行了深入研究。研究结果表明:(1)均匀应力场条件下,隧道围岩受拉屈服塑性区与节理张开区的分布相似,岩体节理滑移破坏区明显大于围岩塑性区和节理张开区;(2)侧向压力系数对围岩屈服区的影响较小,而对节理剪切滑移破坏区的影响却非常显著,因此以节理滑移破坏区作为节理岩体隧道稳定性的判别指标更加科学合理。     

隧道近距大节理硬脆性围岩破裂机理

为揭示近距大节理硬脆性隧道围岩的破裂机理,采用含天然节理的流纹岩开展双轴压缩试验,获得围岩应力分布特征及渐进破裂过程。PFC2D离散元颗粒流程序模拟了节理围岩和完整围岩在双轴压缩作用下的变形及破裂特征,并与室内试验结果进行对比分析。研究结果表明：双轴压缩作用下,含天然节理的隧道试样表现出显著的脆性破坏特征,节理面起裂发生滑移错动,拱顶和底板围岩逐渐拉裂,宏观破裂面穿过大节理并向隧道拱脚、边墙和试样边界扩展,造成试样的最终失稳破坏;PFC2D数值模拟结果显示,大节理面附近裂隙集中发育,并迅速扩展形成与节理大角度相交的破裂面,试样峰前破裂过程短暂,峰后裂隙加速扩展而承载力急剧下降,数值模拟与试验结果吻合;近距隧道大节理显著影响硬脆性围岩的破裂模式,大节理的剪切滑移引发试样的宏观破裂,靠近大节理的拱脚十分破碎,而边墙则形成“V”形破碎区。研究成果为节理隧道围岩的支护设计和防灾减灾提供参考。     

某岩质边坡治理及加固效应的离散元分析

以某在建岩质边坡治理工程案例为研究对象,在定性评价边坡结构稳定性基础上,运用UDEC离散元软件建立该岩质边坡的仿真模型,通过减弱岩体节理参数和增大竖向加速度模拟边坡的失稳过程,以及对设计方案及时加固后岩质坡体的应力分布、塑性区和张开节理进行对比分析。结果表明:岩质边坡失稳一般经历节理面贯通,表层岩块脱落,沿节理面崩塌三个过程。按照设计方案及时加固后坡体的塑性区减小,张开节理由坡体前缘逐渐转向坡体后缘并减少,有效控制了坡体稳定。     

裂隙岩体中渗流作用对隧道围岩稳定性的影响分析

隧道穿越节理裂隙发育地质环境时，水压力以及节理裂隙发育程度会对开挖后围岩的稳定性产生影响。以某隧道为工程背景，运用离散元理论，考虑流固耦合作用，分析了水位高度和节理法向刚度对隧道开挖后洞周位移收敛、围岩剪应力及塑性区、支护结构受力的影响。计算结果表明:在一定范围内，水位高度和节理法向刚度越大，围岩塑性区的范围越小，衬砌结构受到的内力越小，隧道越安全。     

碳纤维水泥基复合材料加固节理岩体试验

为了研究碳纤维水泥基复合材料对节理岩体的加固效果、加固机理及最优碳纤维掺量值,在超细水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰等修复材料中,考虑0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%这5种不同的碳纤维掺量,对加固前、后节理岩样分别进行了直剪试验。研究结果表明:加固前、后节理岩样的剪切力-剪切位移曲线变化特征明显,由无峰值强度曲线转变为有峰值强度曲线,并出现明显的应变软化阶段和残余强度阶段;碳纤维掺量(质量分数)从0增加到1.00%时,节理岩样的峰值抗剪强度、残余抗剪强度在5种法向应力下分别提高13.0%~54.1%和0.61%~44.7%,剪切刚度增大32.4%~216.8%,黏聚力和摩擦角分别增大127.3%~266.5%和4.3%~20.4%;当碳纤维掺量为0.75%左右时,节理岩样加固后抗剪性能的综合增强效果最为明显;结合节理面形貌特征和加固后剪切破坏面特征分析发现,水泥浆复合材料对节理面具有较好的充填作用和胶结作用;在水泥基材中掺入碳纤维时,一方面类似于"加筋"材料,可在纯水泥浆的基础上进一步提高浆体的强度和整体性,限制节理面剪切过程中微裂纹的开展,另一方面碳纤维对受剪浆体提供了较好的"锚固"作用,进一步增加浆体与节理面的粘结性能,使得浆体本身、浆体与节理面之间胶结面的抗剪性能明显增强,从而显著提升加固后节理岩体的综合抗剪性能。     

尺寸效应对节理化岩体硐室开挖稳定性的影响分析

为了研究不同开挖尺寸和围岩节理组倾角对隧道开挖变形稳定的影响,应用UDEC程序,通过一些假设,设定计算域内包含有水平垂直节理组(0°-90°)和倾斜节理组(45°-135°)2种计算情况,对硐室不同开挖尺寸下围岩的变形稳定情况进行数值模拟。结果表明:1)水平垂直节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后呈指数形式急剧增加且失稳,围岩失稳表现为贯穿地表的拱部上方岩体整体塌落;2)倾斜节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后急剧增大且失稳,围岩失稳表现为拱部围岩局部塌落;3)倾斜节理组岩体中硐室开挖后变形比相应水平垂直节理组的要大。     

延图高速公路K324＋720—K324＋810段边坡破裂特征分析

本文所要分析的K324 720-K324 810路段挖方路基边坡出现裂缝、滑坡不良地质问题，通过对该路段地质调查，岩石裂隙、节理、产状的制定，采用赤平极射投影分析该段边坡可能出现的破坏模式；通过节理玫瑰花图确定三组主要节理，进一步说明了边坡可能出现的破坏模式。     

节理倾角对软岩隧道掌子面变形及失稳模式的影响

依托玉磨铁路西双版纳隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,研究不同节理倾角下掌子面变形和失稳模式。结果表明:掌子面最大挤出变形以90°为中心呈“M”型分布,倾角为60°或120°时掌子面挤出变形最大;最不利节理角度影响下,隧道开挖对掌子面前方岩体的最大影响范围约为1倍洞径;隧道穿越节理岩体且不加以控制或控制不当时,随节理倾角变化,掌子面失稳模式有圆弧型、三角型和倒三角型;随节理面倾角增大,掌子面变形从弹性变形向塑性变形发展,当倾角为30°时,掌子面岩体由弹性变形转变为塑性变形。     

丹霞地貌区某软硬互层公路边坡变形破坏机制物理模拟研究

以蓉遵高速元厚出口上行边坡为研究对象,探讨贵州丹霞地貌区软硬互层公路边坡的变形过程与破坏机理。该边坡为红层软硬互层公路边坡,不等厚巨厚层砂岩与薄层泥岩相间分布,共可概化为15层。边坡坡表处软岩风化严重并有宽大裂隙及凹岩腔产生,从坡顶处时有碎石滑落堆积于坡底。论文采用底摩擦模型试验分析方法,对该工程边坡从边坡开挖到砂泥岩差异风化凹岩腔的扩展条件下边坡的变形、破坏发展演变过程及其特征展开研究。试验结果表明:天然边坡开挖时,对边坡整体影响不大,层面整体处于压密状态;边坡开挖过后的风化过程中,无节理时随着凹岩腔加深,砂岩层的破坏模式以坠落式为主,有节理时节理对边坡的变形破坏起到一定的推进作用;随着凹岩腔加深,临坡表处砂岩会从预加的节理裂隙处发生倾倒式的破坏。