基于原子力显微镜技术的沥青微观力学特性研究

考虑到沥青性质受原油、沥青成分及组分等因素的影响,利用原子力显微镜技术对AB、AD和BD等不同种类沥青的微观力学特性进行了研究。结果表明,微观结构的化学组分和微观力学特性影响着沥青的劲度、黏弹性、塑性、黏附性、抗裂和愈合特性等宏观力学特性。     

深埋隧道层状围岩力学特性及变形防控研究

文章以深埋隧道施工中层状围岩力学性质为主要研究对象,结合四川某深埋隧道建设工程,在剖析其地质条件与工程背景的基础上,通过对层状岩石中的页岩进行抗压强度试验,分析其层状围岩开挖卸荷变形特征,并提出隧道施工支护方案,以期为复杂地质条件下的深埋隧道施工提供借鉴。     

深埋隧洞围岩应力分布与破坏机理

深埋隧洞围岩高应力破坏机理是研究深埋岩体力学特性和深埋地下工程实践中被关注的一个重要认识问题,深埋条件下围岩应力和围岩强度之间的矛盾更加复杂和典型,也成为认识问题的基本出发点。文章介绍了深埋隧洞开挖时不同部位围岩应力的变化路径;通过对比锦屏辅助洞出现的围岩破坏现象,分别论述了导致边墙松弛型破坏、应力集中部位的片帮破坏和岩爆破坏的围岩应力变化特征,在一定程度上解释了这些破坏的内在机理;并通过采用数值方法再现脆性围岩V型破坏形式,分析探讨了脆性围岩高应力破坏的局部化问题;指出了深埋岩石力学研究中的几个重要环节,如岩体力学特征的尺寸效应和应力路径效应等对准确认识深埋隧洞高应力破坏内在机理的重要意义。     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

引汉济渭输水隧洞围岩构造特征对工程地质的影响

引汉济渭输水隧洞横穿秦岭山脉,是影响和控制引汉济渭整体工程进度的关键区段.而秦岭造山带复杂的岩性和构造特征对输水隧洞的施工和维护影响巨大.对输水隧洞围岩的变形构造特征进行深入的地质分析,可以为工程建设提供重要的地质依据.在野外地质工作基础上,文章结合对典型岩石样品薄片的镜下观察以及岩石力学试验,获取了南秦岭段围岩构造数...     

季冻区隧道砂岩三轴压缩力学特性及损伤本构模型研究

为研究季冻区围岩强度及变形规律,文章以辽宁地区公路隧道为工程背景,采用MTS815.02三轴试验系统对经历不同冻融循环次数后的砂岩试样进行三轴压缩试验,研究岩石力学参数随冻融循环次数的变化规律,并基于Weibull分布函数和D-P屈服准则建立考虑冻融作用的岩石统计损伤本构模型,结合试验数据对模型进行验证,结果表明:砂岩的力学特性受冻融影响显著,峰值强度、弹性模量随冻融循环次数增加呈指数递减,泊松比随冻融循环次数增加呈指数递增,峰值强度、弹性模量随围压的增大而逐渐增大,泊松比随围压的增大而逐渐减小;基于Weibull分布建立的考虑冻融作用的统计损伤本构模型与试验结果吻合度良好,验证了该模型的准确性与合理性;Weibull分布参数F_0、m均随冻融循环次数的增加而逐渐减小,且二者的改变均对模型理论曲线产生显著影响。     

公路隧道软弱围岩施工开挖受力特性研究

软弱围岩公路隧道开挖工程中经常遇到事故,因此研究隧道施工开挖围岩受力及变形特性对工程建设具有积极的指导意义。本文通过MIDAS有限元分析软件,构建了软弱围岩-隧道-岩土体相互耦合作用下的力学模型,研究分析了隧道开挖过程中围岩应力场分布、锚杆轴力、二次衬砌内力、拱顶下沉及隧道净空收敛规律。对进一步研究隧道开挖施工围岩受力特性研究提供了借鉴意义。     

干压实特性在工程中的应用

介绍砾石土的干压实特性,试验分析了填筑材料的物理、力学性质,重点阐述砾石土干压实特性在工程中的施工情况及应用效果。     

隧道围岩强度及稳定性评价

围岩强度指标是隧道工程设计中不可缺少的重要参数,准确预测围岩强度对隧道支护设计和稳定性计算十分重要。文章针对富溪隧道地质条件复杂、围岩稳定性差等问题,以现场岩石点荷载试验推测岩石强度;以隧道围岩的Q指标统计为基础,利用基于Q指标的经验公式推测围岩抗压强度;按照富溪隧道各个断面围岩的抗压强度,评价各段围岩的稳定性。研究表明,采用的三个经验公式中,无论平均值还是分散度,Yudhbir公式预测结果都最接近规范标准值,说明所用方法用于隧道工程是可行的。该方法简单、实用,预测结果能够反映围岩工程特性,符合实际,可以作为隧道工程中定量评价围岩强度的有效方法,可为隧道设计、施工提供可靠依据。     

基于非接触测量技术裂隙岩体隧道开挖局部损伤分析

裂隙岩体损伤区的合理确定对于工程开挖和支护方式的选择至关重要。文章针对这一问题,提出了基于现场岩体结构面的精细测量和表征技术,利用优化后的数值模型定量分析隧道岩体损伤区范围及其力学特性;结合辽宁建兴高速公路某隧道开挖工程实例,采用非接触测量手段采集隧道掌子面的结构面信息,并导入GeoSMA-3D系统,生成接近实际情况的三维空间结构面模型;在此基础上利用颗粒流数值方法 PFC计算确定隧道开挖损伤区范围,并对围岩应力、位移曲线和力链、裂隙分布进行了对比分析。其研究结果表明,力链集中表征围岩开挖扰动程度,裂隙的密度表征围岩开挖损伤程度,而裂隙的贯通则与破坏区对应,从而可以较准确地识别节理岩体隧道工程中岩体损伤区范围及其力学特性;同时利用PFC也较好地模拟了岩石在破坏阶段存在的损伤局部化现象。     

完整围岩剪切型岩爆发生的力学机制

文章根据大量工程岩爆实例,总结剪切型岩爆的特征,在此基础上提出一个剪切型岩爆的简化力学模型,在考虑岩爆区岩体自身能量释放的基础上,结合Cook刚度理论对剪切型岩爆发生的物理力学过程进行研究,分析由于潜在剪切破裂面本构曲线峰后软化现象而产生的围岩结构失稳,以及失稳阶段围岩结构对外界的能量释放,对剪切型岩爆的非稳定性机制进行探讨。研究结果表明:剪切型岩爆可以看成是由于开挖应力集中作用下潜在剪切破裂面剪切错动滑移,引起自身及周围完整岩体能量突然急剧释放,导致岩爆区岩体破碎并向开挖临空面抛掷的现象。岩爆区岩体及周围完整岩体所释放的能量对剪切面的作用相当一对串联弹簧的作用效用。剪切型岩爆的发生受岩性、潜在剪切破裂角、剪切面周围岩体刚度的控制作用,是围岩受力变形过程中岩石材料力学性质渐进性劣化导致的一种能量释放驱动下的围岩状态失稳突跳现象。     

采用二维颗粒流软件研究水泥冷再生混合料特性过程中本构模型和细观力学参数的标定

基于PFC2D开展水泥冷再生混合料特性模拟试验研究的方法和其他研究方法相比具有不可比拟的优势,但是试验过程中细观力学参数的确定比较困难。为了快速确定细观力学参数,本文通过详细地分析水泥冷再生混合料的结构特性,确定内部颗粒的接触本构模型为线性刚度模型、滑动模型、平行黏结模型,从而确定了对应细观力学参数的个数。通过分析各细观力学参数之间的关系及其与宏观力学行为之间的对应关系,总结了调整参数的方法。并通过模拟试验进行验证,结果表明的细观力学参数的取值是正确的。通过本文方法今后可在相关研究中快速的调整出对应的细观力学参数值,为今后基于PFC软件深入研究水泥冷再生混合料特性奠定了基础。     

钦崇路上思境膨胀土堑坡工程特性研究

文章以广西钦州至崇左高速公路上思境内典型膨胀土路段堑坡工程为例,通过基本物理力学性质试验和胀缩性试验,对膨胀岩土的工程特性进行了深入研究。结果表明,该区段膨胀岩土具有含水率低、孔隙比小、质量干密度大、液塑限高、压缩性低、抗剪强度高及胀缩潜势强等特性。     

裂隙围岩的双场耦合可靠性分析

应力场和渗流场在裂隙围岩中的耦合变化规律,是非常复杂的力学过程。运用断裂损伤力学和可靠性评价原理,可推导出裂隙围岩可靠度表达式,说明可靠度与应力分布、渗流力作用、节理分布和岩体性质的相互关系。文章利用推导的裂隙围岩可靠度表达式,在雪峰山隧道YK97 847处进行计算验证,结果表明,在裂隙围岩中,可靠度低的部位不一定在主应力方位,也不一定在隧道顶端,而是因地应力分布、渗透水压、节理分布和岩体性质等综合作用,使局部围岩可靠度相对较低,该处围岩最容易变形坍塌。此研究结果可为隧道支护施工提供参考。     

大埋深、高地应力地下洞室群围岩破坏机理及应对措施研究

地下洞室开挖过程中,脆性围岩应力释放型破坏(岩爆、片帮掉块等)和结构面—应力型破坏(围岩松弛、喷层开裂、顶拱坍塌等)是洞室群围岩破坏常见的主要形式。文章以白鹤滩水电站左岸尾水连接管洞室群为研究对象,结合现场踏勘统计分析,基于500μm显微镜观察、室内岩石力学单轴压缩试验对围岩应力释放型破坏机理进行了研究,基于数值模拟、孔内摄像技术对围岩结构面—应力型破坏机理进行了研究,并分别提出了相应的应对措施。研究表明,完整性较好的脆性围岩(Ⅱ类)具有一定的塑性性能,洞室开挖卸荷后岩体易发生压剪破坏,产生与受力方向呈小夹角的破坏面,塑性势能沿破裂面释放,进而引起薄层掉块或岩爆现象;对于完整性较差的围岩(Ⅲ类),由于节理、错动带等裂隙的存在,多表现为岩性强度高、岩体强度低的性状。围岩微裂纹在高地应力作用下逐渐扩展连通,形成相互切割的结构面,并逐步向岩体深部不断发展,直至应力完全释放,受周边洞室爆破振动影响时易发生坍塌现象,破坏过程在宏观上表现为由表及里并具时效性的特点。     

强挤压围岩隧道施工合理支护问题的探讨

文章通过对国内外几座有代表性的强挤压隧道的施工,分析了其支护的合理性问题,结合岩石力学对围岩变形的认识,提出了一种新的支护模式供大家探讨.     

锚固岩石蠕变特性试验研究

锚杆支护是地下岩体工程的主要支护方式之一。为了揭示锚固岩体在实际情况下的长期力学特性,文章对标准砂岩试件沿径向钻孔、张拉钢丝并施加预应力,通过室内单轴压缩蠕变试验,对锚固前后岩石的蠕变力学特性进行了研究。结果表明:锚固后岩石的力学性能产生了明显的改善,对径向变形的抑制效果更加显著;锚固后岩样轴向瞬时变形平均降低27%,径向瞬时变形降低60%,蠕变变形降低14%;根据岩样的变形特点,选用Burgers模型描述两种岩样的流变特性,并分析了流变模型参数的变化规律。     

干湿循环效应下石灰处治膨胀土动力特性试验研究

为研究干湿循环效应对石灰处治膨胀土强度特性的影响规律,文章通过一系列室内物理力学性质试验获取膨胀土改性前后的物理力学性质指标,并借助GDS动三轴仪对处治土开展振动三轴试验,研究干湿循环效应下石灰处治膨胀土的动力响应特征,对合理的路堤边坡防护、路面结构设计和养护具有指导意义。     

悬臂掘进机在复杂断面地铁隧道中的应用研究

悬臂掘进机是应用于煤矿煤巷掘进的综合机械化掘进设备,将其应用于复杂断面的地铁隧道之中,其适用性与围岩的力学特性和施工工法有直接关系.工程实践研究表明,悬臂掘进机适用于无临时仰拱的台阶法开挖,影响悬臂掘进机掘进效率的围岩力学特性指标主要有:岩石的单轴抗压强度和围岩的裂隙间距,按照这2个指标可将悬臂掘进机的适用性分为3级;掘进过程中所产生的粉尘可通过改变通风方式来解决.除此之外,影响悬臂掘进机掘进效率的因素还有:初期支护方式和出碴运输方式,高强树脂锚固锚杆支护系统和连续运输出碴系统是否与悬臂掘进机较好的匹配.通过对悬臂掘进机在实际工程中应用情况的分析,探索了在复杂断面地铁隧道之中应用悬臂掘进机的适用性和影响悬臂掘进机掘进效率的因素以及存在的问题,且在实际工程中得到了验证.     

成都地铁龙泉山隧道瓦斯赋存特征分析与预测评价

针对隧道施工安全及瓦斯设防需要,文章首先从宏观上考察了四川盆地龙泉山区域地质背景及天然气构造,结合隧址区地质构造发育分布情况,认定成都地铁龙泉山隧道属非煤系地层瓦斯隧道,并指出其瓦斯构造的宏观特性。其次,结合钻孔天然气检测、物探测试及室内试验等详细勘察成果进一步进行细化,指出了龙泉山隧道瓦斯赋存的埋深、高程、地层、围岩等细观(工程)特性。最后,与即将贯通的龙泉山水工隧洞进行工程类比,并利用其瓦斯监测成果对以上特性进行校验,进行了针对成都地铁龙泉山隧道瓦斯赋存与设防等级的预测评价,为瓦斯灾害预测预防提供决策依据。