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三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

土木建筑与环境工程 2011年第2期33卷 1-6页

作者：黄达黄润秋张永兴重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学教育部山地城市建设与新技术重点实验室重庆400045 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷(主)方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。... 详细信息

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷(主)方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为:RⅢ>RⅠ>RⅡ。

关键词：岩石力学花岗岩三轴卸荷试验变形破坏应力脆性跌落系数

深部软弱地层TBM掘进围岩变形破坏特性室内试验研究

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岩石力学与工程学报 2015年第A1期34卷 76-92页

作者：黄兴刘泉声刘恺德康永水刘学伟中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054

为了揭示深部软弱地层TBM开挖卸荷围岩变形破坏特性,分析深埋隧道TBM机械开挖卸荷的本质特征为高初始围压下的缓慢准静态卸荷,开展不同卸荷速率下砂质泥岩三轴卸围压试验,研究卸荷速率效应,获取TBM缓慢准静态卸荷围岩变形破坏特性:(1)... 详细信息

为了揭示深部软弱地层TBM开挖卸荷围岩变形破坏特性,分析深埋隧道TBM机械开挖卸荷的本质特征为高初始围压下的缓慢准静态卸荷,开展不同卸荷速率下砂质泥岩三轴卸围压试验,研究卸荷速率效应,获取TBM缓慢准静态卸荷围岩变形破坏特性:(1)缓慢卸荷条件下的峰前应力–应变曲线与常规三轴压缩时较接近,卸荷屈服阶段,岩石产生损伤扩容,侧向变形加速增长,从体积压缩开始转向扩容;(2)达到峰值强度后,岩石首先沿已贯通的破裂面滑移,发生1~2级规模较小的脆性跌落,随着围压继续缓慢卸除,岩石沿一条斜率较小的近似斜直线发生线性应变软化,且线性应变软化过程中伴随多级微破裂;(3)岩石变形全过程经历弹性变形、峰前卸荷损伤扩容、峰后脆性跌落、含有多级微破裂的线性应变软化以及残余强度阶段;(4)缓慢卸荷破坏过程中,岩石发生宏观张剪复合破坏,伴有轴向劈裂裂纹,破裂断面为由许多劈裂裂纹相互贯通形成具有一定宽度的剪切带,剪切带内劈裂的岩片在轴向挤压力和沿剪切面的剪切力共同作用下被挤压和摩擦成许多细颗粒和岩粉。

关键词：岩石力学深部软弱地层 TBM 机械开挖缓慢准静态卸荷三轴卸荷试验卸荷速率

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卸荷岩体的各向异性研究

岩石力学与工程学报 2001年第3期20卷 338-341页

作者：李建林孟庆义三峡大学水电学院宜昌443002

根据岩体三轴卸荷试验 ,研究了卸荷岩体的各向异性特性 ,如岩体卸荷的应力应变关系、抗拉强度和变形模量等。

关键词：各向异性抗拉强度变形模量岩体三轴卸荷试验

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岩爆特性PFC^3D数值模拟试验研究

现代隧道技术 2013年第4期50卷 98-103页

作者：王延可李天斌陈国庆孟陆波刘梁陈子全成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059

文章以西南某铁路隧道岩爆灾害为研究对象,基于颗粒流理论和PFC3D程序,通过一系列岩爆特性的数值模拟试验,得出了多种应力路径下的岩样细观破坏特征。结合室内力学试验结果可知:(1)岩爆倾向性指数测试表明所研究隧道花岗岩围岩段储能条... 详细信息

文章以西南某铁路隧道岩爆灾害为研究对象,基于颗粒流理论和PFC3D程序,通过一系列岩爆特性的数值模拟试验,得出了多种应力路径下的岩样细观破坏特征。结合室内力学试验结果可知:(1)岩爆倾向性指数测试表明所研究隧道花岗岩围岩段储能条件较好,发生中、高烈度的岩爆的可能性较大;(2)三轴卸载试验揭示了岩爆发生时围岩卸载方向产生强烈的扩容变形,而且围压越大、卸压越快,围岩产生岩爆的烈度越高;(3)PFC3D数值模拟试验对岩爆的模拟效果超过预期,可作为一种新的途径,代替部分室内试验进行岩爆机理和防治对策的深入研究。

关键词：铁路隧道岩爆三轴卸荷试验颗粒流理论 PFC^3D 数值模拟

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黏性土卸载屈服特性试验研究

岩土力学 2008年第S1期29卷 449-452页

作者：何世秀龙立华杨雪强何怡湖北工业大学武汉430068 广东工业大学广州510006

通过扰动的粉质黏土室内固结排水卸载剪切试验,分别得到真三轴和普通三轴侧向卸载条件下的应力-应变曲线。对这些曲线分析可知,它们表现为应变硬化和非线性,其初始阶段呈直线状,很快转变为曲线;真三轴试验(轴向应力σ1为常量、减围压σ... 详细信息

通过扰动的粉质黏土室内固结排水卸载剪切试验,分别得到真三轴和普通三轴侧向卸载条件下的应力-应变曲线。对这些曲线分析可知,它们表现为应变硬化和非线性,其初始阶段呈直线状,很快转变为曲线;真三轴试验(轴向应力σ1为常量、减围压σ3、保持应变ε2=0)相比普通三轴试验(σ1为常量、减σ3,且中主应力σ2=σ3),真三轴试验屈服发生在应力差(σ1-σ3)值较高、轴向应变值ε1较小处;将试验取得的各屈服点进行整理分析,认为这种土在卸载条件下的屈服表现较适宜于Matsuo-Nakai屈服强度准则。

关键词：黏性土三轴卸荷试验应力-应变曲线屈服特性屈服准则

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不同应力路径下膨胀岩力学特性试验研究

人民长江 2014年第3期45卷 83-86页

作者：赵二平李建林王瑞红三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

针对实际工程中膨胀岩应力状态的变化情况,对南水北调中线膨胀岩开展了三轴循环加卸荷试验以及卸荷试验。试验结果表明,可以用一负指数函数来拟合膨胀岩应变增加量与循环次数的关系。膨胀岩初始损伤度越大,滞回圈面积越大。经历一次循... 详细信息

针对实际工程中膨胀岩应力状态的变化情况,对南水北调中线膨胀岩开展了三轴循环加卸荷试验以及卸荷试验。试验结果表明,可以用一负指数函数来拟合膨胀岩应变增加量与循环次数的关系。膨胀岩初始损伤度越大,滞回圈面积越大。经历一次循环加卸荷之后,膨胀岩的峰值强度和残余强度的增加量随着初始损伤度的增大逐渐减小。经历多次循环加卸荷作用的膨胀岩,其峰值强度和残余强度比只经历一次加卸荷循环作用的低。卸荷量与变形模量降低量之间的关系可近似用一条直线来拟合。

关键词：开挖卸荷三轴卸荷试验初始损伤度膨胀岩

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基于能量释放率的地下工程稳定性研究

基于能量释放率的地下工程稳定性研究

作者：杨绪祥昆明理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国国民经济的快速发展,地下工程在我国众多地区和领域的开发利用日益增加,众多地下工程正处于建设或筹划之中,地下工程建设呈现出方兴未艾的局面。而地下工程的稳定性问题历来都是岩土工程学界研究的重点内容之一。地下工... 详细信息

近年来,随着我国国民经济的快速发展,地下工程在我国众多地区和领域的开发利用日益增加,众多地下工程正处于建设或筹划之中,地下工程建设呈现出方兴未艾的局面。而地下工程的稳定性问题历来都是岩土工程学界研究的重点内容之一。地下工程岩体在开挖前处于三向受力状态,岩体的开挖必将引起围岩应力场的变化,使得围岩应力在开挖方向发生卸荷松驰。过去对地下工程的稳定性问题一般是运用加载岩体力学的方法来研究,由于卸荷与连续加载具有完全不同的应力路径,因而两者所引起的岩体变形和破坏特性也存在很大差异,因此沿用连续加载强度理论来预测工程岩体在开挖卸荷作用下的力学特性及其稳定性,显然是不切实际的。本文主要以理论分析、数值模拟、室内实验为方法,工程应用为目的,通过岩石三轴加、卸荷试验,研究卸荷条件下岩体的力学和变形特性及破坏机理,运用能量释放率指标分析不同开挖方式对地下工程稳定性的影响,并结合现场实测数据开展相应的工程检验工作。总体上,本论文的主要研究内容和成果如下：（1）利用TAW—2000微机控制岩石伺服三轴压力试验机,对辉绿岩进行常规三轴压缩试验和三轴卸围压试验;其中卸荷试验突破了长期以来以加载方式研究岩体力学的途径;对加载和卸载条件下岩体的变形特点、强度特征、脆延转换规律及破坏模式进行了对比分析,发现卸荷引起的强烈扩容是岩石变形突然破坏的根本原因,此外加载破坏主要以剪切破坏方式为主,而卸载条件下,岩样则表现出明显的张剪复合型破坏,且卸载破坏比加载破坏更为猛烈,更具突发性。（2）加载和卸载条件下,岩石材料内部微结构的破坏过程和破坏程度是不相同的。地下工程围岩的失稳主要是由于工程开挖卸荷导致岩体产生损伤劣化,围岩的损伤劣化发展到一定程度造成围岩失稳。由于应力路径的不同,相同条件下的岩体力学行为在卸荷条件下与连续加载条件下也不相同,因此,沿用连续加载强度理论来预测工程岩体在开挖卸荷作用下的力学特性及其稳定性,显然是不切实际的。本次试验证明在卸荷过程中岩体的变形模量E逐渐减小而泊松比μ逐渐增大,弹性模量E大约减小了3.4%-7.7%,而p最低增加约13.5%,最高增加达65%,这种变化幅度随初始围压的增大和卸荷程度的增强而变大;此外,相对常规压缩试验,卸荷岩体的摩擦角φ有所增加而粘聚力c大大降低。上述结果表明,将卸载试验方法获得的岩体力学参数用于地下工程开挖计算更符合工程实际。（3）通过常规三轴加载试验和卸荷试验研究了岩样在不同围压下的破坏模式和破坏程度,从能量的角度进一步解释了加载破坏和卸载破坏分属完全不同的应力路径;（σ1-σ3）越大,表明发生的卸荷量越大,释放的能量越多,能量释放率越高,随着能量的释放,岩石损伤劣化加剧,稳定性逐渐降低,到一定程度时,试件突然发生破坏。基于上述试验现象,提出由不同的高跨比（H/B）确定燕子崖隧道开挖方案,采用能量释放率指标对其进行优化,结果表明开挖断面高跨比不大时,开挖受到周边围岩的夹制作用较大,围岩卸荷受到一定程度的约束,进而能量释放率不高,围岩偏于稳定;与此相反,随着一次性开挖量的增加,围岩卸荷更加自由,能量释放率迅速增大,围岩稳定性降低程度也更加明显。表明采用合理的开挖高度和一次开挖量有利于改善围岩稳定性。（4）对于地下工程而言,开挖导致的围岩能量释放率越大,围岩的损伤劣化就越严重,其稳定性就越低,反之则越稳定。文中以维一德公路燕子崖隧道特殊的地质条件和施工环境为背景,利用FLAC软件对该隧道进行开挖卸荷模拟,对比分析了不同开挖方案下洞壁岩石单元的能量释放率,采用该指标评定地下工程围岩的稳定性,进而优化开挖方案,并通过能量释放量、平均能量释放率和传统的塑性区体积指标说明了其科学性。最终由能量释放率指标优选的开挖方案Ⅱ在燕子崖隧道施工中获得了实际应用,文中进一步利用现场施工期隧道围岩的水平收敛值和拱顶下沉量与模拟结果进行对比分析,实测结果和模拟结果具有良好的一致性。

关键词：能量释放率地下工程稳定性数值模拟三轴卸荷试验卸荷岩体参数

松散地质条件下盾构隧道施工环境影响的数值模拟及试验

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松散地质条件下盾构隧道施工环境影响的数值模拟及试验

作者：张振北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：盾构法以其智能、快捷、安全的诸多优势,在城市地铁施工中被广泛的推广及应用。但是,由于盾构施工需要控制的因素较多,必然要对周围土体造成扰动,进而导致地面隆陷、地层水平位移等情况的发生。为减小盾构施工对施工沿线的管线、... 详细信息

摘要：盾构法以其智能、快捷、安全的诸多优势,在城市地铁施工中被广泛的推广及应用。但是,由于盾构施工需要控制的因素较多,必然要对周围土体造成扰动,进而导致地面隆陷、地层水平位移等情况的发生。为减小盾构施工对施工沿线的管线、建筑物等造成的危害,有必要对施工引起的地面沉降进行研究。其中数值模拟是比较有效的方法之一,但是目前大多数研究所进行数值模拟均是基于土的加载原理来进行设置的,较多的采用摩尔库伦模型,然而事实上盾构施工过程中土体从受到扰动到支护稳定状态,整个过程为卸荷过程,用加载的方法进行模拟,难以准确反映地面隆陷真实水平。本文以北京地铁十五号线在建盾构项目为工程背景,基于卸载土力学的研究方法,对研究区域内盾构隧道上覆土体进行比重、压缩、常规三轴压缩、三轴卸荷试验,确定土体的基本物理力学指标及应力应变特征,通过FLAC3D对加、卸荷应力应变曲线进行拟合,确定土体的c(粘聚力)、(?)(内摩擦角)、E(弹性模量)、K(弹性膨胀线斜率)、λ(常态固结线斜率)等材料参数,进而分析两种应力路径下材料参数的差异,分析结果表明：在卸载路径下土体的粘聚力、内摩擦角、规范化弹性模量水平较加载路径均有所增大,其中规范化弹性模量增大幅度最大。根据区间施工监测方案、工程进展情况选取合适的监测断面展开研究,通过FLAC3D模拟地质环境、盾构施工过程特点进行建模,分别通过M-C、D-P、修正剑桥模型分别采用加、卸载试验参数对沉降的影响进行模拟,将计算出的结果同施工现场区间监测的实测数据进行对比,模拟结果表明：加载的模拟方法由于没有考虑加载与卸载差异性,计算出的数值偏大,而通过拟合卸荷曲线的方法将材料参数修正后所计算的沉降数值,由于考虑了加卸载的差异性因素,模拟出沉降量与现场的实测数据基本吻合;修正剑桥模型拟合的沉降曲线形态同实测的沉降曲线更加接近。

关键词：盾构隧道数值模拟三轴卸荷试验地面沉降

大渡河中下游典型岸坡深部裂缝形成机制及工程效应研究

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大渡河中下游典型岸坡深部裂缝形成机制及工程效应研究

作者：陈鸿成都理工大学

学位级别：硕士

河谷天然岸坡通常由坡面向内有一个强卸荷带和弱卸荷带以及相应的强风化和弱风化带,内侧则为完整新鲜的岩石。对涉及的工程岸坡在正常卸荷带以内发育的一系列张性破裂或破裂带,称之为“深部裂缝”。深部裂缝是影响范围较广、深度较大的... 详细信息

河谷天然岸坡通常由坡面向内有一个强卸荷带和弱卸荷带以及相应的强风化和弱风化带,内侧则为完整新鲜的岩石。对涉及的工程岸坡在正常卸荷带以内发育的一系列张性破裂或破裂带,称之为“深部裂缝”。深部裂缝是影响范围较广、深度较大的一种特殊的复杂的斜坡岩体变形,主要发育于高陡岩质斜坡。不同斜坡深部裂缝类型对斜坡稳定具有不同的意义,因此,甄别斜坡深部裂缝类型,分析其形成机制,一直是大型水电工程边坡勘测研究中的一项重要内容。深部裂缝的研究对山区防灾减灾以及水利水电工程等基础设施建设具有重大意义。本文以大渡河中下游典型岸坡中出现的深部裂缝为研究对象,收集前人研究资料和查明大渡河中下游河谷的形成演化过程与岸坡岩体浅表生改造特征,以岩体结构、岩体质量、深部裂缝的发育分布和变形破坏特征为基础,以卸荷条件下岩体的浅表生改造研究为核心,对大渡河中下游典型岸坡深部裂缝的影响因素进行了比较系统的研究。通过对典型岸坡区岩体的三轴卸荷力学试验,研究了卸荷速率、围压及轴向应力对岩石变形与强度特征的影响。将三轴卸荷试验与河谷快速下切造成的岸坡岩体侧向卸荷相对应,从卸载的角度去认识岸坡卸荷过程。在系统深入地研究瀑布沟水电站库首右岸深部裂缝和深溪沟水电站坝区右岸岸坡深部裂缝的地质和岩体力学环境基础上,建立深部裂缝的力学机制类型。指出大渡河典型岸坡岩体中深部裂缝实质上是岩质斜坡先期构造结构面在河谷侧向卸荷作用下的浅生改造。最后,通过对深部裂缝发育分布和变形破坏特征的分析,研究了深部裂缝对人类工程建设的影响,分析深部裂缝的存在对水库渗漏、岸坡和地下洞室围岩稳定性等的影响,并提出了一些在进行工程建设中需要加以考虑的问题。

关键词：大渡河中下游典型岸坡深部裂缝三轴卸荷试验形成机制工程效应