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改进的岩质凸块的超载储备极限平衡法

岩土力学 2023年第2期44卷 425-432页

作者：肖国峰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

脱离模式是块体理论提出的有限可动块体的失稳模式之一。虽然直接塌落是地下工程中最常见的失稳现象,但是目前依然缺少适用的定量分析方法,这使得地下工程的开挖和加固设计缺乏必要的理论支撑。为此,提出了一种改进的考虑渐进破坏的岩... 详细信息

脱离模式是块体理论提出的有限可动块体的失稳模式之一。虽然直接塌落是地下工程中最常见的失稳现象,但是目前依然缺少适用的定量分析方法,这使得地下工程的开挖和加固设计缺乏必要的理论支撑。为此,提出了一种改进的考虑渐进破坏的岩块稳定分析方法。主要改进了3处:(1)引入超载基数和超载方向两个参数来量化描述储备荷载;(2)提出了Tan和Scal两种超载基数设定方式;(3)超载方向设定在节理锥的边界扇面上。算例验证结果表明,改进方法完全兼容现有双面滑模式的安全系数算法,实现了脱离模式的定量稳定性分析。最后,讨论了改进方法的刚度参数取值方法及其敏感性。

关键词：块体理论岩体稳定分析刚体极限平衡嵌固模式超载储备安全系数超载基数超载方向

基于图像RGB信息测试湿度场技术的风积沙毛细水上升试验研究

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岩土力学 2023年第9期44卷 2525-2536页

作者：田升奎刘观仕赵青松徐国方蔡铭炫桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 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

毛细作用对诸多工程的变形与稳定有影响,传统方法难以精确监测毛细水上升过程的动态变化。首先研究了风积沙图像RGB(red(红)、green(绿)、blue(蓝))信息与含水率的关系,由此开发了一种利用图像RGB信息测试含水率并获取湿度场的方法与技... 详细信息

毛细作用对诸多工程的变形与稳定有影响,传统方法难以精确监测毛细水上升过程的动态变化。首先研究了风积沙图像RGB(red(红)、green(绿)、blue(蓝))信息与含水率的关系,由此开发了一种利用图像RGB信息测试含水率并获取湿度场的方法与技术;基于此探究了风积沙毛细水上升过程中含水率的时空变化,提取了湿润锋轮廓,分析了湿润锋运移规律。结果表明,风积沙的归一化颜色特征值ξRnor与含水率θ间存在显著的线性负相关关系,用于预测风积沙含水率效果良好;研发的基于图像RGB信息测试湿度场的技术,具有cm级分辨率和较高精度,能直观展示风积沙柱毛细水上升过程中含水率的时空变化;对毛细水上升过程的图像采用改进的k-means聚类分割法进行分析,能精确识别和量化湿润锋的轮廓信息,比目测法更加准确可靠;在表面张力和惯性力作用下,风积沙毛细水上升初期各高度处含水率存在明显的冲高现象,经历几次小幅波动后回落,稳定含水率相较峰值含水率降低约1.5%;毛细水上升高度与相对密实度Dr成正比,幂函数和双对数二次多项式均能较好拟合湿润锋上升过程。研究工作为毛细水上升试验测试提供了一种精确快捷的新途径。

关键词：风积沙毛细作用数字图像湿度场湿润锋轮廓

基于光纤光栅的深部硬岩隧洞三维扰动应力测试系统研制及工程应用

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 261-274页

作者：李邵军郑民总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

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基... 详细信息

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基于光纤光栅与空心包体的扰动应力综合传感技术,研制三维扰动应力单孔多点分布式原位测试系统;通过密封油压高精度标定设备,实现对空心包体单元光栅和传感器装置的整体精确标定,结合室内混凝土模型试验,验证了应力测试系统的准确性。以锦屏地下实验室二期隧洞工程为依托,开展扰动应力现场测试,首次原位测试获得深部硬岩隧洞开挖过程中不同深度的三维扰动应力变化,系统分析扰动应力大小、方向的演化特征、规律及其与施工活动的关系,并进一步验证光纤光栅空心包体应力测试系统的工程适用性和可靠性。研究成果为深部硬岩工程扰动应力测试和演化特性研究提供了科学方法和技术支撑。

关键词：地下工程深部硬岩隧洞三维扰动应力光纤光栅原位测试

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加锚隐伏顺层岩质边坡滑剪破坏分析方法研究

岩石力学与工程学报 2023年第10期42卷 2456-2465页

作者：孙朝燚陈从新郑允刘才华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

全长黏结型锚杆在边坡加固工程中得到广泛应用,但加锚隐伏顺层岩质边坡的锚固机制和评价方法还需进一步发展和完善。基于加锚隐伏顺层岩质边坡滑剪破坏机制建立滑体柱状力学模型,采用极限平衡原理结合锚杆抗力贡献提出该类滑剪破坏分析... 详细信息

全长黏结型锚杆在边坡加固工程中得到广泛应用,但加锚隐伏顺层岩质边坡的锚固机制和评价方法还需进一步发展和完善。基于加锚隐伏顺层岩质边坡滑剪破坏机制建立滑体柱状力学模型,采用极限平衡原理结合锚杆抗力贡献提出该类滑剪破坏分析方法,在此基础上开展锚固角度和锚杆直径对加锚边坡稳定性影响的讨论分析,并将理论分析结果与离散元软件(UDEC)计算结果进行对比分析。研究结果表明,全长黏结型锚杆的拉剪耦合作用增加了滑体的抗滑能力;锚杆加固隐伏顺层岩质边坡存在一个最优锚固角度,这个角度近似为层面摩擦角值大小;加锚隐伏顺层边坡的稳定性随锚杆直径增大呈幂函数的提高趋势;数值模拟和理论计算结果吻合较好,验证了所提分析方法的合理性和准确性。研究成果对该类边坡的稳定性评价和治理设计具有指导意义。

关键词：边坡工程全长黏结型锚杆岩质边坡隐伏顺层边坡极限平衡分析方法

跨活断层隧道断错灾变与防控技术研究现状和展望

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岩石力学与工程学报 2022年第S01期41卷 2711-2724页

作者：朱勇周辉张传庆沈贻欢张宁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

跨活断层隧道/隧洞近年来在水利、公路、铁路、地铁等工程中不断出现,然而其断错灾变机制与防控技术的研究并没有跟上工程建设的发展。为此,搜集国内外已建跨活断层隧道/隧洞工程案例和遭遇地震断错破坏的案例,分析隧道在蠕滑、黏滑错... 详细信息

跨活断层隧道/隧洞近年来在水利、公路、铁路、地铁等工程中不断出现,然而其断错灾变机制与防控技术的研究并没有跟上工程建设的发展。为此,搜集国内外已建跨活断层隧道/隧洞工程案例和遭遇地震断错破坏的案例,分析隧道在蠕滑、黏滑错动作用下的破坏过程与破坏特征,回顾隧道断错灾变机制研究所采用的工程地质模型、力学模型、错动位移模式,以及所采用的解析方法、数值模拟与物理模拟方法,并对已有断错防控措施及其设防原理进行总结。在上述研究的基础上,分别针对断错工程问题、断错灾变机制与断错防控措施进行讨论和展望,提出跨活断层铁路隧道断错防控不仅应考虑隧道结构安全,还应考虑围岩、路轨、线路和列车的安全,初步评估蠕滑、黏滑和近断层地震动对上述铁路隧道相关研究对象所产生的风险大小,认为应加强断层围岩错动力学性质演化、黏滑断错动力学模拟和线路断错曲线半径影响的研究,并分别给出铁路隧道设计和运营阶段应考虑的设计原则。研究结果对于跨活断层隧道/隧洞工程的设计、施工、运营、维护具有一定的参考价值。

关键词：隧道工程跨活断层隧道断错灾变机制断错防控蠕滑黏滑近断层地震动

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深地储能研究进展

岩石力学与工程学报 2022年第9期41卷 1729-1759页

作者：杨春和王同涛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

深地储能是指将石油、天然气、氢气、压缩空气及CO_(2)等能源或能源物质和氦气等战略稀缺物资储存于深部地层中。盐岩地层是深地储能的优良地质体,是我国实施大规模储能的重要载体之一,目前已经建成金坛盐穴储气库、金坛盐穴压缩空气电... 详细信息

深地储能是指将石油、天然气、氢气、压缩空气及CO_(2)等能源或能源物质和氦气等战略稀缺物资储存于深部地层中。盐岩地层是深地储能的优良地质体,是我国实施大规模储能的重要载体之一,目前已经建成金坛盐穴储气库、金坛盐穴压缩空气电站、江汉盐穴储气库等大型深地储能库。我国盐岩具有盐层薄、杂质含量高和夹层多等不利建库地质特征,给利用我国层状盐岩实施大规模能源储备带来系列理论和技术挑战。针对利用层状盐岩地层大规模储能存在的关键理论和技术难题,中国科学院武汉岩土力学研究所经过20余年的持续攻关,在实验装置研发、层状盐岩力学特性研究、储能库建造技术、注气排卤关键技术和运行压力优化方法等方面取得了突破,并在国内多座已建和在建的盐穴储能库中得到推广应用。利用深部盐穴实施天然气、压缩空气、石油和氢气等大规模储备是我国深地储能工程重点发展方向。深地储能涉及多场多相耦合及多尺度等复杂情况,亟需开展储能介质多尺度运移、储能地质体性能演化、深地储能智能建造、深地储能智慧运行等方面的研究,破解制约我国深地储能技术瓶颈中的关键科学问题。深地储能是岩土工程、工程地质和能源储备等学科深度交叉融合的突破口,有望形成新的专业学科。

关键词：岩石力学深地储能盐岩地层天然气压缩空气储能

基于散射理论与动态时间规整的时移地震波动方程差异反演

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地球物理学报 2023年第4期66卷 1681-1698页

作者：魏书映陈小宏李景叶黄广谭中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验北京102249 中国科学院岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉400071

时移地震勘探作为储层动态监测的有效手段,对获取地下介质的弹性或物性参数变化起到了至关重要的作用.由于多期地震勘探之间介质的传播速度存在差异,同时环境条件、采集方式及处理手段等方面的不同,都会使地震记录产生走时差异.而这种... 详细信息

时移地震勘探作为储层动态监测的有效手段,对获取地下介质的弹性或物性参数变化起到了至关重要的作用.由于多期地震勘探之间介质的传播速度存在差异,同时环境条件、采集方式及处理手段等方面的不同,都会使地震记录产生走时差异.而这种走时差异对时移地震反演存在着严重的影响,尤其是基于波动方程的反演方法.为了消除时移差异,我们引入动态时间规整(DTW)方法实现角道集优化匹配,以获取地震记录的有效变化信息.此外,本文提出根据散射理论,通过弹性波动方程进行时移地震差异反演,得到地层的差异弹性参数,实现储层差异定量表征.该方法采用WKBJ近似模拟非均匀背景,具有更高的反演精度,尤其是在复杂地质构造条件下优势更加明显.本文对所提出的方法进行了数值模拟实验与实际数据应用,证明该方法得到的反演结果优于传统方法,可以实现对地层时移差异的准确刻画.

关键词：动态时间规整(DTW) 散射理论弹性波动方程时移差异反演

盐分对含二氧化碳水合物泥质粉细砂力学特性的影响规律

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天然气工业 2022年第10期42卷 139-149页

作者：周远韦昌富陈盼周家作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中国科学院大学

影响含水合物沉积物力学性质的因素较多,深海海床地层处于含盐环境,而目前盐分变化对含水合物沉积物力学性质的影响报道较少,其规律尚未厘清。为此,通过含不同浓度氯化钠盐溶液试样制备含二氧化碳水合物泥质粉细砂土,并在不同围压条件... 详细信息

影响含水合物沉积物力学性质的因素较多,深海海床地层处于含盐环境,而目前盐分变化对含水合物沉积物力学性质的影响报道较少,其规律尚未厘清。为此,通过含不同浓度氯化钠盐溶液试样制备含二氧化碳水合物泥质粉细砂土,并在不同围压条件下进行三轴剪切试验,揭示了盐分对应力—应变关系、强度、刚度、剪胀性的影响规律。研究结果表明:(1)盐分使含水合物土的相平衡线发生偏移,在相同初始含水率下,盐分导致土中水合物饱和度降低,未合水含量增加;(2)合成相同水合物饱和度,含盐分水合物土的初始含水率要高于不含盐分水合物土,导致含盐分水合物土的抗剪强度低于不含盐分水合物土;(3)盐分对含水合物土的黏聚力有较大影响,随着水合物饱和度的增加,含盐水合物土的黏聚力略有增加,而不含盐水合物土的黏聚力明显增加。结论认为:(1)盐分对含水合物泥质粉细砂抗剪强度特性的影响是通过改变未合水含量产生的,未合水越多,土的强度越低,割线模量越小,剪胀性越不明显;(2)含水合物土的强度特性不仅与水合物的饱和度有关,还与未合水含量密切相关,传统上仅考虑水合物饱和度对含水合物土抗剪强度的影响,不能准确描述物理—化学作用下含水合物土强度特性的演化。

关键词：三轴剪切抗剪强度盐分二氧化碳相平衡含水合物土水合物饱和度未合水含量

考虑先期卸荷影响的花岗岩残积土湿化特性试验研究

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岩土工程学报 2022年第S1期44卷 154-159+165页

作者：舒荣军孔令伟王俊涛简涛周振华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中国科学院大学

边坡开挖引起的卸荷作用可能会影响后续降雨入渗过程中土体的增湿力学行为，而以往的湿化试验研究对此考虑不多。为此，针对花岗岩残积土开展了一系列（先）卸荷剪切-（后）湿化试验，探究围压和先期卸荷程度对土体湿化特性的影响。此... 详细信息

边坡开挖引起的卸荷作用可能会影响后续降雨入渗过程中土体的增湿力学行为，而以往的湿化试验研究对此考虑不多。为此，针对花岗岩残积土开展了一系列（先）卸荷剪切-（后）湿化试验，探究围压和先期卸荷程度对土体湿化特性的影响。此外，还进行了（先）湿化-（后）卸荷剪切试验以考察开挖与降雨次序的影响。试验结果表明：花岗岩残积土具有湿化变形各向异性，水平方向湿化变形潜能大于竖直方向；湿化变形总体水平随固结围压的增大而提高；随着先期卸荷程度的增大，轴向与剪切湿化应变逐渐增大，“湿胀”增强，侧向湿化变形由收缩向膨胀转变；开挖与降雨次序对土体变形特性具有重要影响，与先降雨后开挖工况相比，先开挖后降雨时土体轴向应变和剪应变较大而侧向应变和体应变较小；土体湿化之后的强度性能随先期卸荷程度的增大而降低，且主要表现在黏聚力方面。

关键词：花岗岩残积土湿化试验先期卸荷应力路径湿化变形强度