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  • 【期刊】 水力作用下砂岩三轴卸荷试验及破裂特性研究

    刊名:岩土工程学报 作者:唐浩 ; 李天斌 ; 陈国庆 ; 王延可 关键词:水力作用 ; 三轴卸荷试验 ; 特征应力值 ; 扩容 ; 回归关系 机构: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 ; 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 年份:2015
    摘要:高应力、高水压卸荷条件下岩石的非连续性微缺陷演化过程研究对揭示隧道围岩裂纹的起裂孕育、碎胀裂化和峰值破坏,分析围岩稳定性具有重要意义。利用MTS815型程控伺服刚性试验机开展了砂岩在固定围压、不同水压条件下的水力三轴卸荷试验。试验结果表明:岩石变形在卸荷前以压缩为主,变化微小;卸荷后不久开始快速扩容,直至损伤破裂。水力条件下应力–应变曲线上的各个特征应力值比无水压条件下的饱和试样有不同程度地提高,增加了应变能储备,从初始扩容到峰值强度的历时更短,曲线斜率更陡。随着水压的不断增大,各个特征应力值有所减小,表现在起裂条件降低,压缩极限减小,扩容时间提前,表明了砂岩在高水压条件下的脆性特性进一步增强,抵抗变形破坏的能力逐渐降低。通过扩容特征值与扩容点后的体应变关系,求得初始扩容点后的相对扩容应变与变形模量差,建立了多项式回归关系。研究结论揭示了水力作用下砂岩扩容变形行为的强烈性和突发性,可为水–力双场条件下的围岩变形预测及控制提供参考。
  • 【期刊】 水力作用下含缓倾软弱夹层台阶边坡稳定性分析

    刊名:矿业研究与开发 作者:李华舟 ; 胡斌 ; 陈晓龙 ; 姚远 ; 毛元静 关键词:岩质边坡 ; 软弱夹层 ; 水压分布 ; 边坡稳定性 ; 极限平衡法 机构:中国地质大学工程学院 ; 中国地质大学工程学院 年份:2017
    摘要:以四川峨胜石灰石矿区含缓倾软弱夹层台阶边坡为研究对象,运用极限平衡方法,建立了符合矿区台阶边坡破坏特点的水力学分析模型,探讨了水力作用对边坡稳定性的影响规律。结果显示:随着总水位的升高,各情况下稳定性系数均有减小的趋势,减小速率由加速减小逐渐转为匀速减小,剪出口被堵情况下的稳定性系数减小速率、幅度均比未被堵情况大。稳定性系数减小主要由静水压力所致,动水压力对稳定性系数影响很小。
  • 【期刊】 水力作用下平面滑动岩质边坡极限倾角解析计算

    刊名:岩石力学与工程学报 作者:李伟 ; 詹良通 ; 王康 关键词:边坡工程 ; 岩质边坡 ; 平面滑动 ; 极限倾角 ; 解析解 ; 边坡稳定性 机构:[1]浙江大学岩土工程研究所 ; [1]浙江大学岩土工程研究所 ; [2]成都理工大学管理科学学院 年份:2018
    摘要:探究内部无确定滑面的平面滑动岩质边坡的最危险滑面位置和倾角,有利于准确评价此类边坡稳定性,对边坡设计分析具有重要的理论指导意义。考虑水力作用,建立平面滑动岩质边坡力学模型,通过函数求极值的方法,得到极限倾角的统一解析解。考虑边坡前缘是否堵塞,后缘是否存在拉张裂隙,滑面上是否充水等实际情况,滑面上采用合理的水压分布形式,得到极限倾角的详细解析解。分析结果表明:在一定范围内,极限倾角随边坡高度、边坡坡角、滑面内摩擦角、岩体重度、水位高度增大而增大;极限倾角随滑面黏聚力增大而减小;当拉张裂隙深度增大时,极限倾角先增大再减小;不同水压分布模型得到的极限倾角存在差异;同时,边坡前缘排水条件对此类边坡极限倾角影响显著。该极限倾角解析解适用范围更广,最后根据建立的解析解,编写求解程序。
  • 【期刊】 水力作用下平面滑动岩质边坡极限倾角解析计算

    刊名:岩石力学与工程学报 作者:李伟;詹良通;王康; 关键词:边坡工程;;岩质边坡;;平面滑动;;极限倾角;;解析解;;边坡稳定性 机构:浙江大学岩土工程研究所 ; 浙江大学岩土工程研究所 ; 成都理工大学管理科学学院 年份:2018
    摘要:探究内部无确定滑面的平面滑动岩质边坡的最危险滑面位置和倾角,有利于准确评价此类边坡稳定性,对边坡设计分析具有重要的理论指导意义。考虑水力作用,建立平面滑动岩质边坡力学模型,通过函数求极值的方法,得到极限倾角的统一解析解。考虑边坡前缘是否堵塞,后缘是否存在拉张裂隙,滑面上是否充水等实际情况,滑面上采用合理的水压分布形式,得到极限倾角的详细解析解。分析结果表明:在一定范围内,极限倾角随边坡高度、边坡坡角、滑面内摩擦角、岩体重度、水位高度增大而增大;极限倾角随滑面黏聚力增大而减小;当拉张裂隙深度增大时,极限倾角先增大再减小;不同水压分布模型得到的极限倾角存在差异;同时,边坡前缘排水条件对此类边坡极限倾角影响显著。该极限倾角解析解适用范围更广,最后根据建立的解析解,编写求解程序。
  • 【期刊】 水力作用下陡倾顺层岩质斜坡的倾倒破坏

    刊名:中国煤炭地质 作者:林必挺 ; 袁宝远 ; 邹凯 ; 桂永庆 关键词:水力作用 ; 陡倾顺层岩质斜坡 ; 力学模型 ; 倾倒破坏 ; 坡体稳定性 机构:河海大学地球科学与工程学院 ; 河海大学地球科学与工程学院 年份:2016
    摘要:陡倾顺层岩质斜坡的倾倒变形破坏与水力因素密切相关。将陡倾顺层斜坡的岩层概化为受自重及水力作用的悬臂梁。通过建立陡倾顺层岩质斜坡不同阶段水力作用下倾倒变形破坏的力学模型,揭示了陡倾顺层岩质斜坡的倾倒变形破坏过程。通过定量分析滑移面中产生的静水压力及后缘拉裂缝中的充水高度对坡体稳定性的影响,得出坡体稳定性系数及临界充水高度的表达式。结果表明:水力作用产生的倾倒力矩是引起该类斜坡发生倾倒变形与破坏的重要原因,坡体的稳定性系数降低亦是由水力作用引起的,排水是防治该类斜坡倾倒变形破坏的首要措施。
  • 【期刊】 稀性坡面泥石流粗颗粒在不同水力作用下的起动

    刊名:山地学报 作者:何坤 ; 沈军辉 ; 刘海 ; 童建波 ; 蔺力 关键词:稀性坡面泥石流 ; 起动流速 ; 立方体 ; 滑移起动 ; 翻转起动 机构: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 ; 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 ; 安徽省公益性地质调查管理中心 年份:2015
    摘要:"5.12"汶川地震产生了大量崩滑堆积体,这些棱角状粗颗粒体在水流激发下易起动形成坡面泥石流。在对汶川地震区坡面泥石流地质模型调研基础上,建立以立方体为稀性坡面泥石流粗颗粒的基本模型,结合坡面泥石流的宽级配特性,提出立方体模型的滑移、翻转(包括绕边翻转、绕支点翻转及嵌固绕边翻转)等起动方式。并以水力学、泥沙动力学为理论基础,推导得出粗颗粒在滑移、翻转起动方式下的起动平均流速公式。参照陈伯奇的实验数据,计算粒径为5~10 mm颗粒在不同坡度条件下的起动流速,并对比显示两者具有较好的吻合性,表明立方体作为稀性坡面泥石流粗颗粒的起动模型是合理的。计算结果也表明,在同一坡度条件下,粗颗粒滑移起动所需的水流激发流速最低,绕边起动次之,颗粒嵌固起动所需的激发流速最大,如坡度为30°条件下,滑移起动的水流激发流速为0.349 m/s,绕边起动为0.430 m/s,嵌固起动为0.473 m/s。据此推断,当水流达到一定流速(如30°坡度下、流速为0.349 m/s)时,粗颗粒的最初起动以滑移为主;随着流速增大,逐渐出现翻转起动;当水流流速急剧增大时,大部分嵌固粗颗粒会以翻转的方式瞬间起动,从而形成稀性坡面泥石流。成果对稀性坡面泥石流起动条件研究具有一定的理论意义,对泥石流灾害预警具有一定的指导作用
  • 【期刊】 水力作用下缓倾顺层岩质边坡滑移破坏机制分析

    刊名:长江科学院院报 作者:谭龙金 ; 张海娜 ; 盛韩微 ; 夏开宗 关键词:水力作用 ; 边坡工程 ; 岩质边坡 ; 缓倾顺层 ; 稳定性 机构:贵州大学土木建筑工程学院 ; 贵州大学土木建筑工程学院 ; 武汉理工大学资源与环境工程学院 ; 北京工业大学建筑工程学院 ; 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试验室 年份:2014
    摘要:顺层岩质边坡的稳定性主要取决于滑动面的物理力学性质和地下水对边坡岩体的水压力。通过对缓倾顺层岩质边坡中的地下水力作用进行分析,在建立出流缝未被堵塞和出流缝被堵塞2种情况下的边坡水力学分析模型的基础上,推导出了边坡稳定系数和张裂隙临界充水高度的表达式,从而建立了边坡滑移破坏判据,认为当张裂隙充水高度或临界降雨强度达到临界值后,边坡在水力作用下将发生滑移破坏。选取实际边坡进行计算和分析,验证了公式的合理性,结果表明顺层边坡滑移破坏的实现取决于外界水力作用的触发,边坡稳定性系数的降低主要与张裂缝中的静水压力和滑动面上的静水压力有关,而动水压力的影响很小。其成果对设计和施工有重要的指导意义。
  • 【期刊】 顺层岩质边坡稳定分析中的水力作用研究

    刊名:人民长江 作者:张瑞刚 关键词:边坡工程 ; 破坏机理 ; 顺层岩质边坡 ; 结构面静水压力分布 机构:重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室 ; 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室 ; 重庆市万盛经济技术开发区水务局 年份:2018
    摘要:地下水作用导致岩质边坡稳定性降低的过程是复杂的。将边坡地下水分为出流处被堵塞和顺利出流两种情况,并针对传统岩层结构面静水压力分布假设的不足,提出了新的静水压力分布假设。基于水压分布假设,得到了岩质边坡静水压力与结构面的长度、岩层倾角及后缘张裂隙充水深度有关。以顺层岩质边坡为例进行分析计算,表明边坡地下水出流处被堵塞情况对边坡稳定最不利,施工中应当加强截排水工作;新假定计算结果与实际情况较吻合,比传统静水压力分布假设更为合理,稳定性计算结果更为保守;动水压力对边坡稳定性的降低作用可忽略不计;边坡后缘张裂隙的充水深度与边坡结构面上的静水压力大小呈正相关,充水深度越大,地下水对边坡的稳定性影响就越突出。
  • 【期刊】 水力作用下同向双平面滑移型岩质边坡稳定性分析

    刊名:世界科技研究与发展 作者:师华鹏 ; 余宏明 ; 陈鹏宇 ; 李雄峰 关键词:水力作用 ; 同向双平面滑动 ; 岩质边坡 ; 稳定性系数 机构:中国地质大学(武汉)工程学院 ; 中国地质大学(武汉)工程学院 年份:2015
    摘要:同向双平面滑移型岩质边坡的滑移破坏多属于推动式滑动破坏,其稳定性主要取决于滑动面的物理力学性质和地下水对岩体的水压力。通过分析此类边坡中地下水力的作用,发现水压力主要为沿结构面的静水压力和拖拽力。在建立边坡水力分析模型的基础上,推导出后缘结构面临界充水高度的表达式,并根据与降雨强度的关系建立水力驱动型边坡滑移破坏判据。最后选取实际边坡算例,验证公式的合理性,并运用Matlab编程分析了边坡稳定性系数在不同滑动面水深、滑动面倾角、坡高等影响因子影响下的动态演绎规律。结果表明:边坡的滑移破坏取决于水力作用的触发,边坡稳定性系数的降低主要与静水压力有关,渗透力的影响很小;在这些影响因子中,坡高、滑动面水深对稳定性系数影响较显著。
  • 【论文】 水—力作用下硬岩破裂特性及岩爆弹射模拟研究

    作者:唐浩 关键词:砂岩 ; 水力耦合 ; 破裂特性 ; 特征应力点 ; 岩爆弹射模拟 机构:成都理工大学 ; 成都理工大学 年份:2015
    摘要:工程中高大深埋隧道硬质裂隙岩体常常处于高地应力、高水压等复杂耦合环境应力场内,发生突发性岩爆等隧道地质灾害是威胁地下工程的主要问题。岩石微观力学行为研究表明,硬岩岩石的破坏过程具有微裂纹孕育、起裂、分叉、聚合及扩容破裂等一系列微观特性,当裂纹融汇、贯通形成宏观破裂后,极易造成能量瞬间释放,从而诱发地质灾害。因此,研究不同环境应力场状态下岩体的变形行为、破裂特性及本构模型极其重要。同时,通过数值模拟手段研究水-力作用下硬岩的岩爆弹射破坏过程对于防灾减灾,减小人员伤亡与机械损失,从而控制隧道灾变破坏等也具有重大工程实践意义。本文主要工作是致力于砂岩在自然状态下和不同水-力耦合状态下三轴卸荷试验的数据对比分析;饱水状态下的抗拉强度试验及分析;卸荷、弹射及水-力耦合等不同条件下的本构关系探讨,以及耦合条件下的岩爆弹射数值模拟研究等。通过针对砂岩在宏观和微观上变形特征、破坏特征、力学行为特征的详细描述,对比分析了水-力作用下砂岩的破裂特性及随围压(或水压)变化的破坏规律;然后研究了起裂点的参数确定、起裂水平的计算及其与脆性指标的函数关系;最后利用基于离散元方法(DEM)的数值模拟探讨了有/无水压条件下硬岩岩爆弹射的过程及区别。通过研究取得了以下主要成果:(1)基于不同围压(20/30/40MPa)、不同水压(0/0.5/3/6/9MPa)条件下的三轴卸荷试验,在主应力差-应变曲线上分别找出了各自对应的特征应力点(闭合点σ_(cc)、起裂点σ_(ci)、扩容点σ_(cd)和峰值点σ_f)位置,并结合水力条件下的加载–卸荷曲线详细分析了在耦合条件下发生微裂纹压缩闭合、裂纹起裂、裂纹延展扩容和损伤破坏直至产生宏观裂隙的全过程。(2)分析不同水压条件下的试验表明,水压的介入使得岩石在应力路径上各个阶段的特征应力值有不同程度的提高。论文进一步对比了不同围压(或不同水压)条件下特征应力点的变化规律,揭示了特征点位置变迁对岩石在起裂阈值、破裂条件、应力-应变曲线形态等方面的特殊意义。对比结果表明:岩石在水压持续影响下,其脆性特性会随着水压的增大而不断增强。(3)围压是控制砂岩在水-力耦合作用下破裂特性的关键因素,围压对岩石卸荷应力-应变曲线的控制,及对其破裂特性的影响要高于水压作用。(4)针对扩容点后的非线性变形,利用体积应变差值及变形模量差值求得了相对扩容应变ε_(cd)~(d′)与变形模量差E′,并进行拟合。通过拟合得到的函数图形研判了不同水力条件下的砂岩在扩容点后的变形破坏程度,并判别其扩容极限出现时间。相关结果在本构模型推导中得以运用。(5)计算了起裂水平Q,主要表征岩石的强度指标。通过建立起裂水平σ_(ci)σ_c与典型脆性指标B之间的函数关系,得到了由抗压强度σ_c与抗拉强度σ_t所求的脆性指标B5、B6比通过峰值强度σ_f与残余强度σ_r求得的脆性指标B3更具有代表性的结论,并获得起裂水平与脆性特性总体呈正比例的关系。(6)砂岩的离散元(DEM)岩爆弹射数值模拟结果显示:岩样的破坏进程可分为总体平静期、应力集中期、局部破坏和发展期及最后的弹射期这4个阶段。而围压的增大直接导致了弹射块体在数量和质量上的增高,其发生弹射的位置更加丰富,被抛出的块体呈现出大型化趋势。说明了高围压对岩爆弹射具有较大的促进作用。(7)水-力耦合条件下岩爆的数值模拟结果表明,水-力耦合作用减小了岩样弹射块体获得的初始动能。在卸荷状态下,其岩爆弹射同样强烈,弹射块体体积大、数量多,只是由于动能减弱,因而弹射距离有所减小。另外,由于岩石受到水压的劈裂效应影响,块体弹射较早,说明在水压作用下微裂纹发展迅速,并在局部发生宏观破裂后快速脱离母岩弹射出去。因此,水的介入对岩体的微裂隙发展、应力状态改变及初始动能削弱等方面都具有积极影响。(8)综合破裂特性分析与数值模拟结果,发现水对于岩石破裂的影响分为两个方面:一方面,与无水压条件相比,岩石在饱水状态下,水对砂岩具有软化效应,表现在减小了岩块的初始弹射动能;另一方面,随着水压的增大,特别是高水压条件下,不仅水对于削弱岩块弹射动能的影响力在不断减弱,而且较高的水压还加速了岩石破裂,使得特征应力值随水压增大而逐渐减小,因而岩石达到各个阶段特征位置的阈值降低,变形破坏更加容易。
  • 【期刊】 水力作用下缓倾顺层复合介质边坡滑移破坏机制分析

    刊名:岩石力学与工程学报 作者:夏开宗 ; 陈从新 ; 刘秀敏 ; 周意超 ; 程关文 ; 宋娅芬 关键词:水力作用 ; 边坡工程 ; 缓慢顺层 ; 复合介质边坡 ; 稳定性 ; 滑移破坏 机构: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 ; 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室 年份:2014
    摘要:以宜巴高速公路上的彭家湾上覆堆积体及其下伏软硬岩互层构成的缓倾顺层复合介质边坡为例,在分析边坡滑移破坏形成与演变的基础上,探讨地下水力作用对边坡稳定性的影响机制。通过对边坡中水力作用特性进行分析,认为地下水力作用主要包括堆积体层处的动水压力和软硬岩层处的后缘张裂缝静水压力、潜在滑动面的扬压力及动水压力,堆积体层处的水力大小与岩层面的倾角有关,软硬岩层处的水力大小均取决于后缘张裂隙的充水高度;推导出不同滑动面下决定边坡稳定性的张裂隙临界充水高度和临界降雨强度的表达式,建立边坡滑移破坏判据,认为当张裂隙充水高度或临界降雨强度达到临界值后,边坡在水力作用下发生滑移破坏。通过计算和分析,验证公式的合理性,结果表明边坡滑移破坏的实现取决于外界水力作用的触发,地下水力作用下边坡稳定性系数的降低主要与张裂缝中的静水压力和滑动面上的扬压力有关,而动水压力的影响很小。
  • 【期刊】 水力作用时矩形空心墩刚构桥地震响应分析

    刊名:世界地震工程 作者:冀伟 ; 刘世忠 关键词:矩形空心墩 ; 动水压力 ; 有限元法 ; 附加质量 ; 地震响应 机构:兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室 ; 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室 年份:2010
    摘要:建立红河大桥的三维有限元模型,采用Morison方程法将水对桥墩的影响转化为附加质量的形式考虑。对比了2种工况下桥梁的自振特性,并结合《公路桥梁抗震设计细则》中的有关规定,进行该桥的反应谱分析以及时程反应分析。分析与讨论了不同地震动输入条件下,动水力对该桥墩地震动响应的影响程度。结果表明水的存在会改变结构动力特性和地震动响应。因此在进行抗震设计时考虑动水压力的作用是非常必要的。
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