砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系

以甘肃渭源—武都高速公路木寨岭隧道开挖揭露的砂质板岩为对象，开展了砂质板岩单轴抗压强度试验和点荷载强度试验；通过对试验数据进行正态分布检验、高度异常数据剔除和置信区间强度统计，获得了砂质板岩单轴抗压强度、点荷载强度以及两者之间的换算关系，并与岩石试验相关规范和国际岩石力学学会(ISRM)推荐换算公式进行了对比。研究结果表明:饱和砂质板岩单轴抗压强度服从正态分布，平均值为56.3 MPa，95%置信度下的置信区间为49.20~63.50 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与正态分布不完全一致，平均值为7.36 MPa，95%置信度下的置信区间为6.50~8.22 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与单轴抗压强度之间具有显著的线性正相关性；岩石强度受各试件内部节理裂隙的方向、填充物、宽度和长度等的影响，强度数据总体离散性较大；饱和、烘干状态下砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度的换算系数分别为7.72和8.72，均明显小于大多数研究中15~30的换算系数，原因在于砂质板岩内部赋存有层理或不同角度的节理裂隙等缺陷，单轴抗压强度受试件内部节理裂隙的影响较大，导致其强度平均值偏低，而点荷载强度受试件内部节理裂隙的影响较小；采用规范和ISRM推荐公式所得砂质板岩单轴抗压强度为实测值的2~4倍，用于隧道设计难免会产生较大偏差；相比规范和ISRM推荐公式，研究所得砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系的相对误差未超过15%，可作为规范中公式的有益补充。      

多功能便携式点荷载仪的研制

岩石力学参数的测试是岩体工程建设与研究的基础,一直以来点荷载试验被认为是现场测定与估算岩石单轴抗压强度的最佳方法。针对现有点荷载仪器笨重、使用率低等不足,研制了多功能便携式点荷载仪。文章由工程实际出发,介绍该仪器的设计思路及理论依据,利用岩石试件的尺寸效应来达到缩小仪器加载系统仍能满足测试的要求,同时对其外观、测量、数据采集系统进行优化设计,使其能够自动获取试验数据,减少人工误差。对比仪器的主要技术参数,该仪器具有体积小、重量轻等特点,满足工程现场对仪器便携化的要求。最后利用此仪器分别对闪长岩、石英片岩、大理岩进行了点荷载试验,并依据规范方法估算岩石单轴抗压强度,试验结果验证了该仪器的可行性与可靠性,证明了该仪器用于工程的适用性。     

点荷载强度试验研究及其在岩石强度分级上的应用

本文对19组岩样的800个试件进行了点荷载、单轴压缩和直接拉伸试验,对点荷载作用下岩石试件的破坏机制进行了观察和分析,认为点荷载强度I_s(50)是岩石材料拉压强度的综合反映,不同岩样的I_(s(50))与其单轴抗压强度σ_c及直接抗拉强度σ_t之间,一般不存在一一对应的关系。研究了压头贯入量对I_(s(50))的影响,提出了“视贯入量”和“真贯入量”的概念,提出了直接用I_(s(50))进行铁路岩石强度分级的标准。本文还对点荷载试验的可信度以及含水量、加载速率、压头与试件表面接触点的选择对I_(s(50))的影响进行了探讨。     

基于PFC3D的点荷载试验数值模拟

依托山西中部引黄工程TBM 2标,研究岩石尺寸效应对点荷载强度的影响,进行现场点荷载试验和室内单轴压缩试验.利用离散元数值模拟软件PFC3D建立点荷载试验数值模型,模拟点荷载加载全过程,模型由岩体和上下加载锥头构成,岩块的长×宽×高约为90 mm×70 mm×30 mm,数值模拟得到的点荷载强度与现场试验获取的点荷载强...     

基于支持向量机的岩爆模式识别及预测

采用支持向量机,运用分析国内、外工程岩爆数据,以岩石单轴抗压强度与单轴抗拉强度的比值、洞室围岩的最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值及弹性能量指数作为评判指标,对典型岩爆进行模式识别即分类,并进行了预测.试验结果表明,该预测方法具有较高的准确率,较好地解决了小样本及非线性等实际问题.     

岩石单轴饱和抗压强度预测的PSO—GPR智能算法研究

采用粒子群优化算法代替传统共轭梯度法对高斯回归学习机进行最优超参数搜索,克服共轭梯度法在优化过程中对初值依赖性太强、迭代次数难以确定、易陷入局部最优的缺点,进而形成粒子群—高斯过程回归算法。基于该算法提出一种根据现场岩石回弹强度σH预测岩石单轴饱和抗压强度σC的新途径,并对绩黄高速佛岭隧道4个掌子面20组σH及σC数据进行学习预测以检验该算法性能。工程应用表明:与传统采用点荷载实验确定σC方法相比,该算法能够更快建立和反映二者之间的映射关系,预测精度较高,加速了施工现场围岩分级变更的信息反馈及σC指标提取,可以此取代传统的数值回归模型进而指导施工。     

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

大理岩细观破坏行为的实时观察与分析

在配置高精度单轴拉伸－压缩加载台的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）上,对大理岩试样在单轴压缩荷载条件下所出现的细观变形和强度特性进行实时、动态的观察与研究,阐述大理岩初始细观组构及尖力水平对裂纹产生、扩展方式的影响和其细观破坏过程的力学行为与宏观力学性能的关系。并介绍了用于ＳＥＭ下单轴压缩荷载实验的岩石试样的制备方法和实验技术。     

长大隧道快速施工关键控制技术

某铁路隧道全长3912m,为一次性建成双线电气化铁路隧道,复合衬砌。隧道穿越的地层岩性主要为太古界太华群片麻岩夹片岩和燕山期花岗岩。片麻岩岩石极限抗压强度为86.6Mpa     

红砂岩工程性质的研究

本文主要讨论了红砂岩的地质特征与其工程性质之间的密切关系,并且得出了使用点荷载试验研究红砂岩工程性质的结果。提出了点荷载指标与抗压强度及抗拉强度间的相关系数。     

干湿循环作用下充填节理岩石压缩特性

为探明干湿循环作用对充填节理岩石压缩力学强度与变形破坏特征的影响，人工制备多种不同充填物的节理岩石试样，对其进行0(全程干燥)、1、5、10、15、20次干湿循环预处理，使试样产生一定的累积损伤；在此基础上，对充填节理岩石试样进行静态单轴压缩试验和动态冲击试验，并在动态冲击试验过程中借助高速摄像机观察充填节理岩石的冲击破坏特征。研究结果表明：随着干湿循环次数的增加，充填节理岩石的静态和动态抗压强度不断降低，且降低幅度逐渐变小，20次干湿循环作用后岩样的静态和动态抗压强度总劣化度均为20%～30%;通过拟合发现岩样的动态抗压强度降低规律符合指数函数分布；随着干湿循环次数的增加，静态破坏模式由劈裂破坏逐步发展为剪切破坏，动态冲击中充填节理岩石破碎程度和充填节理层粉碎飞溅程度加剧，验证了干湿循环作用会严重影响充填节理岩石的变形破坏特征和动态抗冲击能力；应力波透射系数随干湿循环次数的增加而不断降低，20次干湿循环作用后岩样的应力波透射系数降低了约10%,说明干湿循环作用对应力波传播能力造成了显著影响。     

基于点荷载的山皮石强度研究

山皮石作为路基材料时具有强度高、透水性好、价格低廉的优势。对山皮石试样分别进行天然、饱和状态下的点荷载试验,基于点荷载试验对山皮石的强度进行分析,讨论了饱和对山皮石强度的影响。结果表明：山皮石强度离散型较大但整体强度较高,试样中有75%的强度达到38.9MPa以上;山皮石强度随截面面积的增大先增大后减小,截面面积在1500m²左右时强度较高;山皮石的软化系数一般小于0.75,属于易软化岩石。     

石灰岩断口细观复杂程度的分形几何学分析

对石灰岩进行实验室内单轴、三轴压缩试验,得到应力-应变时间序列及岩石损伤破坏实验断口;对不同围压条件下压缩破坏的实验断口进行扫描电镜取像实验,计算石灰岩断口细观尺度下的分数维,以定量追溯其损伤破坏特征。得到围压提高后(20 MPa)的压缩破坏过程趋向复杂、岩石破坏断口分数维增大的一般规律;当围压增加到岩石单轴抗压强度约2/3时,高围压引发的径向新损伤主导了后期压缩过程,致使最终破坏原因趋于简单,岩石破坏断口分数维降至最低。在连续损伤力学的基本关系式中引入分数维约化指标,构建了描述石灰岩细观破坏特征的分形损伤统计模型。同应力-应变关系的实验结果比较,表明分形损伤理论模型符合实验关系曲线,能理想地反映石灰岩三轴压缩实验结果的应变软化特性,是对岩石细观损伤破坏特征的有益探讨。     

蒸压灰砂砖砌体基本力学性能试验

通过对蒸压灰砂砖砌体进行抗压强度、抗剪强度和弯曲抗拉强度试验等基本力学性能试验后,取得了试验数据,为编制湖南省工程建设地方标准<蒸压灰砂砖建筑技术规程>提供了试验依据.同时,通过对试验数据、试验现象进行试验和理论分析,得出了结论:在抗压试验中,随着砂浆强度的增大,砌体的开裂荷载与极限荷载接近;除沿通缝弯曲抗拉强度试验平均值明显低于规范值外,其他各项强度试验平均值均大于规范值;砂浆与砌块的强度存在着最优组合的特点;蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度试验值与规范值之间存在着较大差别.     

颗粒离散元分层建模法及颗粒尺寸效应

离散元分析方法是研究岩石力学行为、完善岩石力学基础理论的重要工具之一,为提高颗粒离散元法模拟室内岩石力学及大规模工程尺度试验的精确度,提出分层建模法,该方法对岩石或岩体关注区域采用小尺寸颗粒进行精细化模拟,外侧非重点关注区域采用大尺寸颗粒建模以扩大计算区域.采用分层建模法进行单轴压缩、巴西劈裂试验并与常规建模计算结果进行对比,初步验证了分层建模法模拟室内力学试验的可行性.研究结果表明：分层建模法与常规建模一样受颗粒尺寸效应影响,但可以减少颗粒流模型中的颗粒数量,计算效率提高50%以上;分层模型的单轴抗压强度和起裂应力分别与外层对应的常规模型相比,最多仅减小2.7%和1.9%,匹配单轴抗压强度时可先以外层材料常规模型作参照,单轴抗压强度和起裂应力的变异系数（coefficient of variation,COV）普遍大于常规模型,但依然在2%的可接受范围内;分层模型中粒径分布的不均匀性对模型弹性阶段的变形性质影响较小,分层模型的弹性模量与外层对应的常规模型相比减小1.3%～2.3%;分层模型的巴西劈裂抗拉强度与外层对应的常规模型增大了1.32%～2.35%,宏观破裂特征与小粒径常规模型...     

水泥-黄土注浆材料工程可行性研究

为了研究水泥-黄土注浆材料在工程中的应用可行性,采用全充填压力注浆法对不同水泥掺量的水泥-黄土注浆材料进行黏度、结石率、抗压强度等特性研究。当水泥掺量为20%时,抗压强度为1.51～1.99 MPa,结果表明:强度满足公路路基下伏采空区注浆结石体单轴抗压强度不小于0.6 MPa的要求,并可节省材料费40%;当水泥掺量为30%、40%时,抗压强度为2.82～7.88 MPa,结果表明:强度满足公路桥梁、隧道下伏采空区注浆结石体单轴抗压强度不小于2.0 MPa的要求,并可节省材料费26.4%～32.2%。研究成果可供同类工程处治及采空区处治研究参考使用。     

层状复合岩石三轴压缩力学性能研究

为了研究不同围压、多种界面层倾角和界面层间距的层状复合岩石的力学性能演化规律,利用ZTR-2000微机控制岩石三轴测试系统,开展了不同围压条件下岩样的试验研究.试验结果表明:轴向抗压强度随界面层倾角的增大而降低、随着围压的增大而提高.在低围压时,界面层间距能够提升抗压强度;在高围压时,界面层间距对抗压强度影响不大.层状...     

水泥稳定碎石性能对比研究及工程应用

为对比振动搅拌工艺与普通搅拌工艺对水泥稳定碎石性能的影响,为工程进一步应用提供依据,现场铺筑试验路,结合室内试验,以无侧限抗压强度及变异系数为评价指标,进行了单拌缸振动搅拌与普通搅拌工艺对比研究,结果表明:采用振动搅拌工艺可提高水泥稳定碎石7 d与28 d无侧限抗压强度10～20%;同时可降低强度变异系数,其7 d强度变异系数降低了29. 3%,28 d强度变异系数降低了9. 7%。     

片麻岩风化程度及其声发射规律试验研究

作为建筑地基使用的泰山片麻岩,埋藏浅、区域特征明显,其风化特性对土木工程稳定性的影响广泛而复杂。应力-应变关系试验发现,5组片麻岩试件的A、B、C-D和E组分别隶属于未风化、中等风化、强风化和全风化4种风化程度。力学性质试验时同步检测不同风化程度片麻岩的声发射信号,发现随片麻岩风化程度的提高,振铃计数率呈明显下降趋势;未风化及中等风化片麻岩的振铃计数率最高可达2 500次/s,具有能量累积并集中释放的特点,岩石脆性特征较明显;强风化片麻岩的振铃计数率平均约200次/s,声发射信号密集,岩石具有典型的延性特征;全风化片麻岩的平均振铃计数率仅约15次/s,声发射信号离散、无规律,岩石已等同于散体介质;得到了部分片麻岩风化程度与声发射之间的量化规律。建立的片麻岩风化程度与声发射关系,可应用于指导风化片麻岩地基的处理,寻求匹配的地基置换材料。     

基于BP神经网络法某公路隧道围岩稳定性研究

如何简单、高效、准确地对工程岩体进行分类是一个具有挑战性的研究课题,也是现场施工的迫切需求,特别是某些特定的地下工程。以江西某公路隧道为研究对象,结合该地区实际所处的地质环境,选取不连续结构面状态及充填情况、岩石单轴抗压强度Rc、岩石质量指标RQD、地下水渗水量W和洞轴线与层状岩石的夹角θ这五个指标作为评价因子,建立了基于BP神经网络的公路隧洞围岩分类模型,成功地对公路隧道围岩等级进行了评级,取得了良好的评价效果,为公路隧道围岩的快速分类提供了依据。