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饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用

饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用
饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用

第24卷第1期岩石力学与工程学报V ol.24 No.1 2005年1月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.,2005 饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用

周翠英1,2,3,邓毅梅1,2,谭祥韶2,刘祚秋1,2,尚伟4,詹胜1

(1. 中山大学应用力学与工程系,广东广州 510275;2. 中山大学地下工程与信息技术研究中心,广东广州 510275;

3. 中山大学规划设计研究院岩土工程研究所,广东广州 510275;

4. 广东省东深供水改造工程建设总指挥部,广东东莞 510800)

摘要:软岩遇水后力学性质软化规律的研究,是水–岩相互作用研究的重要课题之一,在重大工程的设计与实践中具有重要意义。通过对华南地区广为分布的红色砂岩、泥岩及黑色炭质泥岩等几种不同类型的典型软岩在不同饱水状态的试验设计和力学性质测试,重点探讨了软岩软化的力学规律性。试验按照天然状态、饱水1,3,6和12个月等饱水时间点进行采样分析,测定其不同饱水时间点的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度及其随饱水时间的变化规律。结果表明:软岩与水相互作用后,其抗压强度、抗拉强度及抗剪强度变化的定量表征关系一般服从指数变化规律,各力学强度指标将随着饱水时间的延长而不断降低,最终将趋向稳定;6个月的饱水时间点为软岩力学强度趋于稳定的临界点。以此研究获得的软岩参数为基础,采用非线性有限元强度折减法对广东省东深供水改造工程中BIII2边坡稳定性进行了分析计算,结果表明:在塑性应变区贯通前,该边坡主断面的稳定性系数为0.83,说明BIII2边坡处于不稳定状态。这与实际边坡所处的状态非常一致。表明该试验研究结果用于工程计算中具有较好的意义,亦可为华南地区类似工程的设计、施工和长期稳定性分析等提供具有重要价值的参考。

关键词:岩石力学;饱水软岩;力学性质软化;试验研究;工程应用

中图分类号:TU 458+.3 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2005)01–0033–06

EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE SOFTENING OF MECHANICAL PROPERTIES OF SATURATED SOFT ROCKS AND APPLICATION

ZHOU Cui-ying1,2,3,DENG Yi-mei1,2,TAN Xiang-shao2,LIU Zuo-qiu1,2,SHANG Wei4,ZHAN Sheng1

(1. Department of Applied Mechanics and Engineering,Sun Yat-Sen University,Guangzhou510275,China;

2. Reseach Center of Underground Engineering and Information Technology,Sun Yat-Sen University,Guangzhou510275,China;

3. Institute of Geotechnical Enigineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou510275,China;

4. General Headquarters of Water Supply Reconstruction Project from Dongjiang to Shenzhen,Dongguan510800,China)

Abstract:Research on softening regularities of mechanical properties of saturated soft rocks and their application is one of the important theoretical and practical problems in geotechnical fields. The mechanical regularities of some typical kinds of soft rocks such as red siltstone,red mudstone,and black carbonaceous mudstone,which are widely distributed in South China,are discussed by designing a series of experiments of interaction between soft rocks and water,and their mechanical parameters are correspondingly tested. By sampling according to a time sequences including natural state and saturated states in different time (1 month,3 monthes,6 monthes,and 12 monthes) of soft rocks,the uniaxial compressive strength,cleave tensile strength,shearing strength,and their varying regularities along with time developing are analyzed. The results show that the mechanical properties

收稿日期:2003–11–08;修回日期:2004–05–15

基金项目:国家自然科学基金资助项目(59809008);广东省自然科学基金(013188);广东省东江–深圳供水改造工程总指挥部科研基金资助项目(DSGZ–KJ–020,DSGZ–KJ–021)

作者简介:周翠英(1963–),女,博士,1986年毕业于中国地质大学工程地质专业,现任教授、博士生导师,主要从事岩土工程与环境地质方面的教学与研究工作。E–mail:eeszcy@https://www.sodocs.net/doc/0515836805.html,,stdzhcy@https://www.sodocs.net/doc/0515836805.html,。

? 34 ? 岩石力学与工程学报 2005年

mentioned above probably conform to an exponent curve after different saturated time on which the point in 6 month is the critical time for mechanical properties changing from gradually declining to stable state. On the basis of experimental data,by selecting a main section,the BIII2 slope stability in Water Supply Reconstruction Project from Dongjiang to Shenzhen,Guangdong China,is analyzed by nonlinear strength reduction finite element method (FEM). The calculated safety factor is 0.83,which coincides very well with the actual state of the slope. It means that the test results have an important significance for application to engineering and can provide a scientific reference for designing and construction as well as long term safety monitoring and analysis for other similar engineering problems in South China.

Key words:rock mechanics;saturated soft rocks;softening of mechanical properties;experimental research;engineering application

1 引言

水–岩相互作用研究是岩土工程中的前沿课题

之一。岩石在一定的渗透压力或水动力条件下产生

的物理、化学和力学作用过程是导致工程岩体发生

变形破坏的根本原因[1~3]。尤其对于某些特殊的软

岩[4~7]:在天然状态下较为完整、坚硬,力学性能

良好,遇水后短时间内迅速膨胀、崩解和软化,从而造成力学性质快速大幅度降低的岩体,其研究意义更为重要。华南地区广为分布的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩即属此类。它是造成重大工程变形破坏或安全隐患的关键之所在。因而,开展重大工程中不同类型软岩在饱水条件下力学性质变化的试验研究,对于深入探讨软岩在饱水条件下力学性质软化的本质和规律具有重要理论意义。

同时,在软岩工程设计中,设计参数的合理选择仍是一个急待深入探讨的课题。研究不同类型软岩在各种饱水状态下力学参数的变化规律,对于重大工程建设的设计、施工和安全运营等具有重要的实际价值。

基于此,本文采取广东省东深供水改造工程中揭露的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及炭质泥岩进行饱水试验设计和相应的的力学性质测试,以获得其饱水软化的规律和参数变化特征,同时,将研究结果初步应用于该工程中。

2 软岩饱水的力学试验设计

本试验主要是为取得各类型软岩在饱水条件下力学性质的变化规律而设计。试验设计流程如图1所示。

结合华南地区重大工程建设,本试验选定该区

图1 试验设计流程图

Fig.1 Flowchart of experimental design

广为分布的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及炭质泥岩等典型软岩进行研究。为了反映软岩的工程环境,试验中的各类软岩岩样及水样均采自广东省东深供水改造工程施工现场及其沿线的石马河流域。首先,将所采集的软岩岩样进行分类、选样并将其置于饱水环境下;然后,分别在天然状态、饱水1,3,6和12个月时,开展软岩的力学性质试验——单轴压力机法测定软岩的单轴抗压强度、劈裂法测定软岩的抗拉强度以及直剪法测定软岩的抗剪强度。通过统计和拟合,获得软岩饱水后力学性质的软化规律。

需要指出的是,由于炭质泥岩在遇水后,短时间内迅速软化为淤泥状,无法按岩石力学试验方法测定有关强度指标(如抗压、抗拉强度等),故对这类软岩的强度测试按照土工试验的直剪法进行。

3 天然状态软岩力学性质基本特征

按照图1所示的试验设计内容,可得软岩在天然状态下的力学性质基本特征(表1)。由表1可知,3种类型软岩天然状态下的强度,炭质泥岩最低,泥质粉砂岩最高,粉砂质泥岩居中。

第24卷第1期周翠英等. 饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用? 35 ?

表1 天然状态下不同类型软岩的力学性质统计表

Table 1Statistical table of mechanical properties of

various kinds of soft rocks in natural state

岩石类型基本特点

弹性模量

E/MPa

单轴抗压

强度

σa /MPa

劈裂抗

拉强度

σt /MPa

粘聚力

c/kPa

内摩

擦角

?/(°)

备注

粉砂质泥岩强风化,岩样强

度低,节理、裂

隙非常发育,属

膨胀性软岩

— 1.9000.430 591.50 18.55

弹模

试验

制样

困难

炭质泥岩强风化,岩样极

其软弱,亲水性

极强,遇水后力

学性质迅速降

低,属于中膨胀

性软岩

1.801——64.20 17.70

按土

工试

验方

法进

泥质粉砂岩强风化,含泥

质,节理发育,

属复合型软岩

15 397.23019.504 1.846 7.50 17.90

4 软岩力学性质软化的基本规律

4.1 不同类型软岩饱水后抗压强度变化规律

对不同饱水状态的软岩岩样进行单轴抗压强度试验,结果如表2所示。

表2 各类型软岩不同饱水时间抗压强度表Table 2 Compressive strength of various kinds of soft rocks in different saturation time MPa

岩石类型天然

状态

饱水

1个月

饱水

3个月

饱水

6个月

饱水

12个月

浅黄色粉砂质泥岩 4.510 1.682 0.594 0.9210.423灰白色粉砂质泥岩 1.447 1.161 1.071 0.6720.468泥质粉砂岩19.504 18.257 56.775 39.23439.098

粉砂质泥岩包括浅黄和灰白色2种,其抗压强度的试验曲线如图2所示。可以发现,该试验曲线的变化近似于指数变化。因而,采用关系式=

R )

/

exp(t

B

A,对2种颜色的粉砂质泥岩在不同饱水时间的抗压强度试验值进行拟合,建立粉砂质泥岩抗压强度与饱水时间的关系式为

浅黄粉砂质泥岩:

)/

517

.1

exp(

367

.0t

R=(1) 灰白粉砂质泥岩:

)/

798

.0

exp(

577

.0t

R=(2) 由图2可以看出,拟合曲线与试验曲线基本吻合,即软岩抗压强度随饱水时间的变化基本符合指数变化规律:随饱水时间的延长,粉砂质泥岩的抗

(a) 浅黄粉砂质泥岩

(b) 灰白粉砂质泥岩

图2 粉砂质泥岩不同饱水时间抗压强度曲线图Fig.2 Compressive strength curves of silty mudstone in different saturation time

压强度逐渐降低;饱水1~3个月期间,抗压强度下降的幅度很大,饱水3~6个月后则趋于稳定。6个月为饱水粉砂质泥岩抗压强度趋于稳定的时间分界点。

需要指出的是由于采样的不均匀等原因,泥质粉砂岩的抗压强度试验值出现了较大离散性,因而,无法对其抗压强度进行分析。

4.2 不同类型软岩饱水后抗拉强度变化规律

通过劈裂抗拉强度试验,得到各软岩在不同饱水时间的抗拉强度值,如表3所示。

表3 各类型软岩不同饱水时间抗拉强度表

Table 3 Tensile strength of various kinds of soft rocks in different saturation time MPa

岩石类型

天然

状态

饱水

1个月

饱水

3个月

饱水

6个月

饱水

12个月

浅黄色粉砂质泥岩0.5290.261 0.081 0.0750.059

灰白色粉砂质泥岩0.4300.204 0.092 0.0730.062

5

泥质粉砂岩 1.846 1.635 5.484 2.323 2.542

粉砂质泥岩抗拉强度试验曲线如图3所示。可以发现,该曲线近似于指数曲线变化。故采用关系式)

/

exp(

t

t

B

A

=

σ,对表3中的粉砂质泥岩在不同

饱水时间/月

度/

M

P

a

0510 15

饱水时间/月

度/

M

P

a

? 36 ? 岩石力学与工程学报 2005年

图3 粉砂质泥岩不同饱水时间抗拉强度曲线图 Fig.3 Tensile strength curves of silty mudstone in different

saturation time

饱水时间的抗拉强度试验值进行拟合,得到粉砂质泥岩抗拉强度与饱水时间的关系式为

浅黄粉砂质泥岩:

)/587.1exp(5 052.0t t =σ (3) 灰白粉砂质泥岩:

)/277.1exp(2 056.0t t =σ (4) 由图3可以看出,拟合曲线与试验曲线基本吻合,即软岩抗拉强度随饱水时间的变化基本符合指数变化规律:随饱水时间的增长,粉砂质泥岩抗拉强度逐渐降低,并且在前3个月的饱水时间内抗拉强度下降幅度较大,随后则逐渐减小,饱水6个月后开始趋于稳定。

对比粉砂质泥岩抗压强度曲线与抗拉强度曲线,可以发现:粉砂质泥岩在饱水过程中抗压强度与抗拉强度的变化极为相似,均呈指数变化;且6个月的饱水时间为粉砂质泥岩抗拉(压)强度趋于稳定的转折点。

4.3 不同类型软岩饱水后抗剪强度变化规律 在软岩的抗剪强度试验过程中,作者开展了直

剪试验,其结果见表4。可以看出,粉砂质泥岩和泥质粉砂岩,由于受岩石结构(裂隙发育)及采样不均一性等因素影响较大,因此,各软岩不同饱水时间的c ,? 值没有呈现很好的规律性。这里以炭质泥岩为例进行分析。

表4 各类型软岩在不同饱水时间的c ,? 值 Table 4 Shearing strength c and ? of various kinds of soft

rocks in different saturation time

天然 状态

饱水 1个月

饱水 3个月

饱水 6个月

饱水 12个月

岩石 类型

c /MPa ?/(°) c /MPa ?/(°) c /MPa ? /(°) c /MPa ?/(°)c

/MPa ?/(°)浅黄色粉 砂质泥岩 0.6117.80.8019.0 - - 0.39 21.4

灰白色粉 砂质泥岩

0.5719.30.72

14.1

0.01 24.30.0813.3

泥质粉砂岩7.5017.912.3020.5 14.50 26.8 11.50 17.9 4.8720.0

由于炭质泥岩具有岩性较软、吸水性极强、膨胀速度快等特点,因而,将其饱水时间调整为1 h ,1d 和7d ,饱水后采用土工直剪法测定其抗剪强度,结果如表5所示。

表5 炭质泥岩室内试验成果表

Table 5 Experimental results of carbonaceous mudstone

饱水时间 /h

含水量 ω/%

容重 kN/m 3

c /kPa

?

/(°) 压缩系数

α/MPa -

1

0 10.42 23.36 64.2 17.7 0.458 1 12.71 22.41 56.8 22.1 -

24 14.80 21.60 42.3 11.2 1.302 168 22.40 21.43

15.2 3.3

据试验数据特点,采用关系式=y /exp(B A )t ,对炭质泥岩在不同饱水状态下的c ,? 值分别进行拟合,得到炭质泥岩c ,? 值与饱水时间的关系式为

)/008.0exp(666.57t c = (5)

)/3 010.0exp(015.18t =?

(6)

c ,? 值随饱水时间的变化曲线如图4所示。可以看出,炭质泥岩的抗剪强度随饱水时间的延长而迅速下降。饱水1 h 后,c ,? 值的变化不明显;饱水1

d ,c ,? 值发生了较大幅度的下降,c 值下降了近30%,? 值下降了40%左右;饱水7 d ,抗剪强度发生了大幅下降,c 值只有天然状态下的25%

0 5 10 15

饱水时间/月 抗拉强度/M P a

(a) 浅黄粉砂质泥岩

0510 15

饱水时间/月 抗拉强度/M P a

(b) 灰白粉砂质泥岩

第24卷 第1期 周翠英等. 饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用 ? 37 ?

? 值则只有原来的17%。因此,炭质泥岩在遇水后

短时间内将发生力学性质软化,强度快速、大幅度降低,对工程造成极大的危害。

图4 炭质泥岩在不同饱水状态下的c ,? 值变化曲线图 Fig.4 Curves showing the changing of shearing strength c and

? of carbonaceous mudstone in different saturation time

5 软岩力学软化研究的工程应用

本试验研究成果在东深供水改造工程BIII 2边坡的稳定性分析计算中得到应用。由于降雨的影响,坡体上部膨胀土及坡脚处的炭质泥岩遇水软化,该边坡曾在施工过程中发生多次滑坡。在滑坡稳定性计算和加固设计中,滑带土抗剪强度参数选取的正确与否,直接影响到滑坡推力的大小和稳定性分析[8]。B Ⅲ2边坡表面分布的是杂色残积土,粘土矿物的含量较高,遇水后具有一定的膨胀性;而坡脚的炭质泥岩遇水后迅速变为淤泥状。该两种岩土组合所构成的滑带土力学性质变异性较大。为此,在本次计算分析中,作者以炭质泥岩试验成果(表5)为基础,结合地区规范和经验,对滑坡产生的地质条件、影响因素和成因进行综合分析后,给出该岩土体的抗剪强度指标值,见表6。

表6 BIII 2边坡滑带岩土体计算参数取值表

Table 6 Selection of calculation parameters for BIII 2 slope

天然状态 饱水状态

种类

天然容重

/kN·m -

3

含水量/%c /kPa ? /(°) E s /MPa 饱和容重

/kN·m -3 c /kPa ?/(°)E s /MPa

残积土 19.6 281210 1.604 20.2 108 1.241炭质泥岩

21.0 13

10

8 1.801 22.0 8

70.970

根据有限元强度折减法,采用非线性有限元分析软件MARC 对BIII 2边坡的主断面进行了稳定性分析计算,具体计算详见文[9]。计算结果表明:该主断面的塑性区已经由坡脚向上贯通至坡顶,最大塑性应变区集中于边坡某一位置,构成滑动带,计算出其稳定性系数为0.83,说明BIII 2边坡处于不稳定状态,这与实际边坡所处的状态一致,表明该边坡将发生变形破坏。

6 结论与建议

(1) 华南地区分布的软岩多处于地下水位之下,长期饱水对其力学性质具有较强的软化作用。模拟软岩的饱水条件,设计软岩软化的饱水试验,并通过测试,分析其在不同饱水条件下的力学软化特点和规律,较好地反映软岩的实际工程环境和软化特征,从而为该地区的工程实践提供较好的参考。

(2) 软岩饱水后其抗压强度、抗拉强度及抗剪强度变化的定量表征关系一般服从指数变化规律即)/exp(t B A R =,各力学强度指标随着饱水时间的发展而不断降低,最后终将趋向于稳定。研究得到:6个月的饱水时间为软岩力学强度趋于稳定的分界点[10]。因而,可以认为,软岩在饱水条件下,6个月前力学性质将发生较大的变化,6个月后趋于稳定。

(3) 软岩软化的试验结果在广东省东深供水改造工程的BIII2边坡稳定性分析中进行了初步应用。结果表明,基于软化试验开展的分析计算较为合理可行,并对工程设计具有一定的参考作用。

(4) 由于此次研究的软岩裂缝发育,导致很难加工出变形试验的岩样,因此,对这些软岩的变形强度遇水软化的时间效应方面有待进一步研究。 参考文献(References):

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50100150200

饱水时间/h

c /M P a

050100150200

饱水时间/h

? /(°)

? 38 ? 岩石力学与工程学报 2005年

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常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下: ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G (7.2) 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5,因为计算的K 值将会非常的高,偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计),然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性(实验室值)(Goodman,1980) 表7.1 土的弹性特性值(实验室值)(Das,1980) 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况,横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量:E 1, E 3, ν12,ν13和G 13;正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数(实验室) 表7.3

流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ,如果土粒是可压缩的,则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态(见理论篇第三章流体-固体相互作用分析),则尽量要用比较低的K f ,不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小,并且,力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ,渗透系数k 以及K f 有如下关系: ' f f k K n t ∝ ? (7.3) 对于可变形流体(多数课本中都是将流体设定为不可压缩的)我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν (7.4) 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中,' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数,单位和速度单位一样(如米/秒) f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例,我么可以将K f 的值从其实际值(Pa 9 102?)减少,利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率(见1.7节流动与力学的相互作用)。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值,则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中,孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气,从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下,饱和体积模量为: n K K K f u + = (7.5) 不排水的泊松比为:

煤岩地层岩石的力学特性分析(初稿)

煤岩地层岩石的力学特性分析 摘要:煤岩地层岩石的力学特性包括变形特征和强度特征。本文对煤岩的力学特性进行了系统的分析,探讨了岩石试件在各种载荷作用下的变形规律和开始破坏时的最大应力(强度极限)以及应力与破坏之间的关系,为煤矿的开采和煤层气的开发提供理论依据。 关键词:煤岩力学特性变形特征强度特征 1、煤岩的结构构造特征 岩石的组成成分、结构构造特征造成了岩石物质成分的非均质性、物理力学性质的各向异性和结构构造的不连续性。这是区别于其他力学材料的最突出特征,而煤岩层的这些特征尤为显著。 煤岩的非均质性和各向异性突出表现在其组成成分在同一煤层中纵向(垂直层理)和横向不同方向和深度上的差异,以及在其生成过程中所形成的明显层状构造和孔隙结构所体现出的差异。通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理,主要裂隙组面割理发育较完善延伸可至数百米,而端割理发育在面理之间,沟通了面割理。两组割理与层理面近于垂交或陡角相交。由于煤岩层状构造发育,空隙结构特殊,构造作用对后期的改造或产生裂隙,都充分体现出了煤岩结构构造的不连续性。 2、煤岩地层岩石的强度特征

2.1单轴压缩条件下煤岩的强度特征 对鲍店矿3煤31个煤样和新河矿3煤48个煤样在MTS815.03岩石伺服试验机上采用s 15- ?的轴向应变加载速度进行 10 mm/ 单轴压缩试验(加载方向均垂直于煤层层面),得出的详细力学参数见论文第3章表.33和.34,结果汇总在表4.1中。 煤岩强度较低且离散性大的原因除与试验条件、取样制样技术等外在因素有关外,第2章的研究结果表明,主要与其微组分、微孔隙裂隙、微结构等内在因素有关。对煤岩单轴抗压强度的试验结果表明,煤岩强度与其容重、空隙率、含水率、煤体结构以及煤岩变质程度等有关。具体来讲,煤块的单轴抗压强度随其容重的增加而增加;随其孔隙率的增加而减小;煤体节理裂隙越发育,其强度越低;受火成岩影响,煤的变质程度越高,其强度越高。 2.2三轴压缩条件下煤样的强度特征 岩石在三轴压缩条件下的最大承载能力称三轴极限强度或

地下水和围压对软岩力学性质影响的试验研究

第26卷第11期岩石力学与工程学报V ol.26 No.11 2007年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.,2007 地下水和围压对软岩力学性质影响的试验研究 郭富利,张顶立,苏洁,肖丛苗 (北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京 100044) 摘要:常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如地下水丰富和高地应力)下力学性质的主要手段,因此, 利用XTR01–01型微机控制电液伺服岩石三轴试验仪研究在不同饱水时间和不同围压下软岩强度的变化规律, 就宜万铁路堡镇隧道高地应力大变形段中所揭示的黑色炭质页岩设计了不同饱水状态下的三轴试验方案,并进行 了三轴力学性质测试,描述了软岩在饱水时间为1个月的全应力–应变曲线特征,重点探讨了围压和饱水状态对 软岩强度的影响规律,详细分析了二者对软岩强度变化的作用机制及特点。最后,根据围岩动态演化规律,结合 试验研究结论,提出高地应力软弱围岩的支护原则。 关键词:岩石力学;饱水软岩;力学性质软化;三轴试验;支护原则 中图分类号:TU 452 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2007)11–2324–09 EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCES OF GROUNDWATER AND CONFINING PRESSURE ON MECHANICAL BEHA VIORS OF SOFT ROCKS GUO Fuli,ZHANG Dingli,SU Jie,XIAO Congmiao (Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China) Abstract:Baozhen tunnel is the only soft rock tunnel and the key project in the Yichang—Wanzhou Railway. The very complex geological environments,such as high earth stress,deep-buried rich groundwater,very weak and cracked rock masses and asymmetric pressure along the rock strata,make self-stability of the tunnel unfavorable. During tunnel construction,the high deformation rate,intense and long-time deformation are the basic characteristics. At the same time,the deformation shows asymmetrical features and uniformities. Through analyzing the causes of large deformation,it is deemed that groundwater and high earth stress are the critical factors causing large deformation. So using XTR01–01 microcomputer electro-hydraulic servo-controlled triaxial test instrument to study the change law of soft rock strength under different saturated time and confining pressure is significant to assure the design, construction and operation safety of tunnel. The mechanical behaviors of black macker that is widely distributed in Baozhen tunnel are discussed by designing a series of triaxial compressive tests under different saturated times;and research on variation laws of mechanical properties under different confining pressures and saturated times is carried out,describing complete stress-strain curve of macker(saturated time is 1 month) with different confining pressures. The variation laws along with confining pressure and saturated time are analyzed. In addition,the mechanism and relationship between confining pressure,saturated time and strength are researched. Finally,according to dynamic evolution law of adjacent rock,the supporting principles for large deformation in weak rock and high earth stress are put forward. Key words:rock mechanics;water-saturated soft rocks;softening of mechanical properties;triaxial test;supporting principles 收稿日期:2007–06–18;修回日期:2007–07–26 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA11Z119) 作者简介:郭富利(1976–),男,2003年毕业于太原理工大学采矿工程专业,现为博士研究生,主要从事岩石力学试验方面的研究工作。E-mail:guofuli1@https://www.sodocs.net/doc/0515836805.html,

橡胶力学性能测试标准

序号标准号:发布年份标准名称(仅供参考) 1 GB 1683-1981 硫化橡胶恒定形变压缩永久变形的测定方法 2 GB 1686-1985 硫化橡胶伸张时的有效弹性和滞后损失试验方法 3 GB 1689-1982 硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗机) 4 GB 532-1989 硫化橡胶与织物粘合强度的测定 5 GB 5602-1985 硫化橡胶多次压缩试验方法 6 GB 6028-1985 硫化橡胶中聚合物的鉴定裂解气相色谱法 7 GB 7535-1987 硫化橡胶分类分类系统的说明 8 GB/T 11206-1989 硫化橡胶老化表面龟裂试验方法 9 GB/T 11208-1989 硫化橡胶滑动磨耗的测定 10 GB/T 11210-1989 硫化橡胶抗静电和导电制品电阻的测定 11 GB/T 11211-1989 硫化橡胶与金属粘合强度测定方法拉伸法 12 GB/T 1232.1-2000 未硫化橡胶用圆盘剪切粘度计进行测定第1部分:门尼粘度的测定 13 GB/T 12585-2001 硫化橡胶或热塑性橡胶橡胶片材和橡胶涂覆织物挥发性液体透过速率的测定(质量法) 14 GB/T 12829-2006 硫化橡胶或热塑性橡胶小试样(德尔夫特试样)撕裂强度的测定 15 GB/T 12830-1991 硫化橡胶与金属粘合剪切强度测定方法四板法 16 GB/T 12831-1991 硫化橡胶人工气候(氙灯)老化试验方法 17 GB/T 12834-2001 硫化橡胶性能优选等级 18 GB/T 13248-1991 硫化橡胶中锰含量的测定高碘酸钠光度法 19 GB/T 13249-1991 硫化橡胶中橡胶含量的测定管式炉热解法 20 GB/T 13250-1991 硫化橡胶中总硫量的测定过氧化钠熔融法 21 GB/T 13642-1992 硫化橡胶耐臭氧老化试验动态拉伸试验法 22 GB/T 13643-1992 硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力松弛的测定环状试样 23 GB/T 13644-1992 硫化橡胶中镁含量的测定CYDTA滴定法 24 GB/T 13645-1992 硫化橡胶中钙含量的测定EGTA滴定法 25 GB/T 13934-2006 硫化橡胶或热塑性橡胶屈挠龟裂和裂口增长的测定(德墨西亚型) 26 GB/T 13935-1992 硫化橡胶裂口增长的测定 27 GB/T 13936-1992 硫化橡胶与金属粘接拉伸剪切强度测定方法 28 GB/T 13937-1992 分级用硫化橡胶动态性能的测定强迫正弦剪切应变法 29 GB/T 13938-1992 硫化橡胶自然贮存老化试验方法 30 GB/T 13939-1992 硫化橡胶热氧老化试验方法管式仪法 31 GB/T 14834-1993 硫化橡胶与金属粘附性及对金属腐蚀作用的测定 32 GB/T 14835-1993 硫化橡胶在玻璃下耐阳光曝露试验方法 33 GB/T 14836-1993 硫化橡胶灰分的定性分析 34 GB/T 15254-1994 硫化橡胶与金属粘接180°剥离试验 35 GB/T 15255-1994 硫化橡胶人工气候老化(碳弧灯)试验方法 36 GB/T 15256-1994 硫化橡胶低温脆性的测定(多试样法) 37 GB/T 15584-1995 硫化橡胶在屈挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第一部分:基本原理 38 GB/T 15905-1995 硫化橡胶湿热老化试验方法 39 GB/T 16585-1996 硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法 40 GB/T 16586-1996 硫化橡胶与钢丝帘线粘合强度的测定 41 GB/T 16589-1996 硫化橡胶分类橡胶材料

软岩工程地质特性与研究

随着地下工程建设规模不断扩大,在城乡建设、水电、交通、矿山、港口以及国防军事等领域都涉及软岩问题,而国家西部大开发的战略实施,大量的交通、能源与水利工程在西部的兴建,地下工程软弱围岩的稳定性和支护方法更已成为地下工程中迫切需要解决的问题。在我国天生桥、二滩、小浪底、乌江构皮滩、瀑布沟等大型水电工程中,均存在软弱岩体的流变性及围岩的稳定性问题;许多煤矿开采时间较长,由于资源开采深度的增加,使一些生产矿井软岩巷道大变形、大地压、难支护的工程问题更加突出;在软岩地区修建的桥隧工程中,围岩的稳定性同样是工程设计和施工中的重点和难点,且常常由于围岩地质条件多变,围岩、支护结构失稳事故时有发生,给人民生命财产造成巨大损失。 1 软岩的概念及其物理力学特征 1.1 软岩的概念 关于软岩的定义,总括起来,大体上可分为描述性定义、指标化定义和工程定义3类。1984年12月在昆明召开的煤矿矿山压力名词讨论会,将软岩界定为“强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层”,并从地质岩体分类的角度指出该类岩石的常见种类多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质矿岩,是天然形成的复杂的地质介质。这是一种典型的描述性定义方式。而到了1990年至1993年间,国际岩石力学学会逐步将软岩明确定义为单轴抗压强度( c)在0.5~25MPa之间的一类岩石。虽然此种包含具体指标的定义方式考虑了岩石的物理力学性质,但这种分类仍然属于从地质角度定义软岩的范畴,未考虑施工条件和使用环境的差异,将该定义用于工程实践中会出现一些矛盾。如地下硐室所处深度足够的浅,地应力水平足够的低,则单轴抗压强度小于25MPa的岩石也不会产生软岩的特征,工程实践中,采用比较经济的一般支护技术即可奏效;相反,单轴抗压强度大于25MPa的岩石,当其工程部位所处的深度足够的深、地应力水平足够的高,也可以产生软岩的大变形、大地压和难支护的现象。因此,地质软岩的定义用于工程实践时往往产生歧义。 近些年,工程软岩的概念被提了出来,它是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。如果说目前流行的软岩定义强调了软岩的软、弱、松、散等低强度的特点,那么工程软岩的定义不仅重视软岩的强度特性,而且强调软岩所承受的工程力荷载的大小,强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。 工程软岩要满足的条件是:

软岩力学特性试验

软岩力学特性试验 软岩是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质,其基本力学理论和方法迫切需要深入研究。 软岩问题一直是困扰隧道运行和建设的重大难题之一。每年约有800万米的巷道在软弱围岩中开掘,随着开挖深度的增加,软岩问题愈趋严重,直接影响工程安全生产,危及人身安全。 通过可学的试验判定软岩两个基本力学属性:软化临界荷载和软化临界深度,从而判断是否属于软岩工程,杜宇转雀帝实施工程设计极为重要。 软岩的基本属性 软岩之所以能产生显著塑性变形的原因,是因为软岩中的泥质成分和结构面控制了软岩的工程力学特性,一般说来,软岩具有可塑性,膨胀性,崩解性,分散性,流变性,触变性和离子交换性。 可塑性 可塑性是指软岩在工程力的作用下形成变形,去掉工程力之后这种变形不能恢复的性质。低应力软岩、高应力软岩和节理化软岩的可塑性机理不同,低应力软岩的可塑性是由软岩中泥质成分的亲水性和结构面扩容共同引起的。 节理化软岩的可塑性变形是由于软岩中的缺陷和结构面扩容共同引起的,与粘土的矿物成分吸水软化的机制没有关系。描述结构面扩容,一般用塑性扩容内变量θp,这方面的研究尚待进一步深入。高应力软岩的可塑性变形机制比较复杂,前述两种机制(结构面扩容机制和粘土矿物吸水软化机制)可同时存在。 膨胀性 软岩在力的作用下或在水的作用下体积增大的现象,称为软演的膨胀性。根据产生的膨胀钉激励,膨胀性可分为内部膨胀性,外部膨胀性和应力扩容膨胀性三种。 内部膨胀是指水分子进入晶胞间而发生的膨胀。在常温下观察蒙脱石的层间水状态,则可见到其层间成平行水分子并有规则的层面排列。和水继续作用,则水分子层相继在层间平等堆积,扩大层间距离。 外部膨胀性是极化水分子进入颗粒与颗粒之间产生的膨胀性。因为粘土矿物都是层状硅酸盐,所以其表面积主要是底表面积。也就是说,水主要存在于小薄片之间,并使其膨胀,这种膨胀性称为外部膨胀性。 扩容膨胀性是软岩受力后其中的微裂隙扩展、贯通而产生的体积膨胀现象,故亦称应力扩容膨胀性。如果说内部膨胀是指层间膨胀、外部膨胀是指粒间膨胀的话,扩容膨胀则是集合间体系或更大的微裂隙的受力扩容。 崩解性 低应力软岩和高应力软岩、节理化软岩的崩解机理是不同的。低应力软岩的崩解性是软岩中的粘土矿物集合体在与水作用使膨胀应力不均匀分布造成崩裂现象;高应力软岩和节理化软岩的崩解性则主要表现为在航道工程力的作用下,由于裂隙发育的不均匀造成局部张应力集中引起的向空间崩裂、片帮现像。

岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展_蒋宇静

第27卷 第12期 岩石力学与工程学报 V ol.27 No.12 2008年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .,2008 收稿日期:2008–08–07;修回日期:2008–09–16 作者简介:蒋宇静(1962–),男,博士,1982 年毕业于山东矿业学院,现任教授,主要从事岩石力学和土木工程方面的教学与研究工作。E-mail :jiang@civil.nagasaki-u.ac.jp 岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展 蒋宇静1, 2,李 博1,王 刚2,李术才3 (1. 长崎大学 工学部,日本 长崎 852–8521;2. 山东科技大学,山东 青岛 266510; 3. 山东大学 岩土与结构工程研究中心,山东 济南 250061) 摘要:综述国内外关于岩体裂隙渗流特性的研究成果,并进行相应的分析和讨论。分析表明:试验研究在岩体裂隙渗流特性方面具有不可替代的作用;许多研究者根据试验结果提出相应的经验公式,但关于岩石裂隙渗流应力耦合特性研究的计算公式还没有统一的认识。分析结论也为今后的岩体裂隙渗流特性的试验研究提供了有益的方向。 关键词:岩石力学;岩石裂隙;试验研究;力学开度;水力等效开度;应力渗流耦合;综述 中图分类号:TU 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2008)12–2377–10 NEW ADV ANCES IN EXPERIMENTAL STUDY ON SEEPAGE CHARACTERISTICS OF ROCK FRACTURES JIANG Yujing 1, 2,LI Bo 1,WANG Gang 2,LI Shucai 3 (1. Faculty of Engineering ,Nagasaki University ,Nagasaki 852–8521,Japan ; 2. Shandong University of Science and Technology ,Qingdao ,Shandong 266510,China ; 3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering ,Shandong University ,Jinan ,Shandong 250061,China ) Abstract :The researches on seepage characteristic of rock joints are reviewed and analyzed. The results show that the experimental study plays a very important role in researching on hydro-mechanical characteristic of rock joints. Many researchers bring forward the experiential computation formulations according to the experimental researches ,but there are not consistent understandings about them. The available research directions are put forward for the future research on hydro-mechanical characteristics of fractured rock masses. Key words :rock mechanics ;rock fractures ;experimental study ;mechanical aperture ;hydraulic equivalent aperture ;stress-fluid coupling ;review 1 引 言 裂隙岩体中空隙的尺寸和连通程度一般都远小于岩体中节理裂隙,而且裂隙的水力传导系数远大于完整岩石中孔隙的渗透系数,因此节理裂隙是岩体中水运动的主要通道[1 ,2] 。裂隙岩体中存在的节 理裂隙等缺陷严重影响着岩体的渗透特性。岩体渗流特性的研究在各种地质工程应用中占有重要的地位,比如水利水电工程、采矿和石油工程、核废料储存工程。法国Malpasset 拱坝(1959)在初次蓄水时 发生溃坝,意大利的瓦依昂边坡失稳(1963)等事故引起了人们对裂隙岩体渗流问题的高度重视。在当前日益增长的环境控制条件下,流入开挖区域水量的估计和污染矿水的排泄程序都是地下工程的发展和运营时期的重要影响因素;在核废料储存工程中,地下水的辐射污染也需要特别注意和预防。 裂隙岩体的渗流场受应力环境的影响,而渗流场的变化反过来又对应力场产生影响,这种相互影响称之为应力渗流耦合。渗流场与应力场相互耦合是岩体力学中的一个重要特性。在岩体工程实践中,节理变形影响节理开度及其渗流性质,从而使

煤系地层常见岩石力学参数

常见岩层力学参数 组号岩石名称容重d/ (kg/m3) 弹性模量E /GPa 体积模量K/GPa K=E/(3(1-2v)) 剪切模量 G/GPa G=E/(2(1+v))泊松比v 内聚力 /MPa 摩擦角 /° 抗拉强度 /MPa 1 粉砂岩246019.510.838.13 0.2 2.7538 1.84泥岩24618.75 6.08 3.47 0.26 1.2300.605砂质泥岩2510 5.425 2.56 2.36 0.147 2.16360.75细砂岩287333.421.01 13.52 0.235 3.242 1.29砂岩248713.5 5.97 6.01 0.123 2.0640 1.13 13煤1380 5.3 4.91 2.01 0.32 1.25320.15泥岩248317.79.97 7.35 0.204 1.2320.58粉砂岩246019.510.83 8.13 0.2 3.7538 1.84砂岩258025.012.22 10.79 0.159 2.542 3.6砂质泥岩253010.85 5.12 4.73 0.147 2.4540 2.01粉砂岩246019.510.83 8.13 0.2 2.7538 1.84 2中砂岩2580 5.99 3.3 2.50.20 4.037 1.2土层19600.25 0.280.0930.35 0.85250.35细砂岩2540 4.01 2.7 1.60.25 2.035 1.0煤14000.99 0.850.380.31 1.0280.5粗砂岩25607.07 4.2 2.90.22 5.034 1.5

高等岩石力学读书报告

高等岩石力学 读书报告 学院:国土资源工程学院 专业:地质工程 姓名:曾敏 学号:2006201071 高等岩石力学读书报告 岩石力学是研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学,它是力学的一个分支。研究的目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是近代发展起来的一门新兴学科,是一门应用性的基础学科。对于岩石力学的定义有很多种说法,这里推荐一种较广义、较严格的定义:“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论科学,同时也是应用科学;它是力学的一个分支,研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。”这个定义既概括了岩石力学所研究的破碎与稳定两个主要方面的内容,也概括了岩石受到一切力场作用所引起的各种力学效应。岩石力学的理论基础相当广泛,涉及固体力学、流体力学、计算数学、弹塑性理论、工程地质和地球物理学等学科,并与这些学科相互渗透。 岩石力学主要理论基础及与其他学科的结合 岩石力学是一门应用性的基础学科。它的理论基础相当广泛,涉及到很多基础及应用学科。岩石力学的力学分支基础 1、固体力学 固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支,它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下,其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。在采矿工程中用到的固体力学主要有:材料力学,结构力学,弹、塑性力学,复合材料力学,断裂力学和损伤力学。如把采场上覆岩层看作是梁或板结构用的就是结构力学理论;采用弹性力学研究巷道周围的应力分布。 2、流体力学 流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态,以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。对于地下采矿工程来说,其研究对象就是地下水与瓦斯等矿井气体。 3、爆炸力学 爆炸力学主要研究爆炸的发生和发展规律,以及爆炸的力学效应的利用和防护。它从力学角度研究爆炸能量突然释放或急剧转化的过程,以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。同时爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。地下开采中的巷道掘进,露天开采中的采剥都要进行爆破。 4、计算力学 计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识,以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法,以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来,它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展,无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用,现在它已成为力学除理论研究和实验研究之外的第3种手段。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有:材料非线性有限元法、几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、弹性动力学有限元法、边界元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。

软岩的物理力学特性

3软岩的物理力学特性 3.1软岩的成分 软岩一般是由固体相、液体相、气体相三相组成的多相体系,有时由两相组成。固体相是由许许多多大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起,构成软岩的主要部分,称为“骨架”。在颗粒间的孔隙中,通常有液相的水溶液和气体形成三相体,有时只被水或气体充填形成二相体。颗粒、水溶液和气体这3个基本组成部分不是彼此孤立地、机械地混在一起,而是经过了漫长的地质过程的建造和改造作用使其相互联系、相互作用,共同形成软岩的物质基础,并决定软岩的力学特性。 固相颗粒是软岩的最主要的物质组成,构成软岩的主体,是最稳定、变化最小的成分,在三相之间相互作用过程中,一般居主导地位。对于固相颗粒部分,在进行软岩的工程地质研究时,从颗粒大小的组合、矿物成分、化学成分3个方面来考虑。组成软岩的液体相部分实际上是化学溶液而不是纯水。将溶液作为纯水研究时,基于颗粒的亲水性而形成的强结合水、弱结合水、毛细水、重力水对软岩工程地质也有很大的影响。 3.1.1软岩粒组及粒度成分 软岩的粒度成分是指软岩中各种大小颗粒的相对含量。粒组是将粒径的大小分为若干组。粒组划分的原则是,首先考虑在一定的粒径变化范围内,其工程地质性质是相似的,若超过了这个变化幅度就要引起质的变化。而粒组界限的确定,则视其主导作用的特性而定。其次要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应。 目前我国广泛应用的粒组划分是: (1)卵石组(d>2mm)。多为岩石碎块。这种粒组形成的软岩,孔隙粗大,透水性极强,毛细水上升高度极小,无论在潮湿或干燥状态下,均没有连结,可塑性、膨胀性、压缩性均极小,强度较高。 (2)砂粒组(d=2~0.05mm)。主要为原生矿物,大多是石英、长石、云母等。这种粒组软岩孔隙较大,透水性强,毛细水上升高度很小,可塑性和膨胀性较小,压缩性极弱,强度较高。 (3)粉粒组(d=0.05—0。005mm)。是原生矿物与次生矿物的混合体,它的性质介于砂粒与黏粒之间。由该粒组形成的软岩,因孔隙小而透水性弱,毛细水可上升到一定高度,有一定的压缩性,强度较低。 (4)黏粒组(d<0.005mm)。主要由次生矿物组成。由该粒组形成的软岩,其孔隙很小,透水性极弱,毛细水上升高度较高,有可塑性、膨胀性,强度较低。 3.1.2软岩中矿物成分的类型 软岩的固体相部分,实质上都是矿物颗粒,并且是一种多矿物体系。不同的矿物其性质各不相同,它们在软岩中的相对含量和粒度成分一样,也是影响软岩力学性质的重要因素。 (1)原生矿物组成软岩固体相部分的物质,主要来自岩石风化产物。岩石经过物理风化、迁移作用、沉积作用、成岩作用而形成软岩。原生矿物仍保留着风化作用前存在于母岩中的矿物成分。软岩中原生矿物主要有硅酸盐类矿物、氧化物类矿物,此外尚有硫化物类矿物及磷酸盐类矿物。 硅酸盐类矿物中常见的有长石类、云母类、辉石类及角闪石类等矿物。常见的长石类矿物有钾长石(KAlSi308)和钙长石(CaM208),它们不太稳定,受风化作用易形成次生矿物。常见的云母类矿物有白云母[KAl2(AlSi3 010)(OH,F)2]和黑云母[K(Mg,Fe,Mn)3 AlSi3 O10

岩石力学留学申请导师指南

2012年岩石力学与岩石工程留学申请选校总结(原创) 离天天翻腾全球各大高校的网站,选择导师的那个苦逼时候已经有段时间了,趁等签证的空隙,总结一下自己以前物色学校的经历和经验,分享出来供以后的欲出国读博的学弟学妹们借鉴。由于自己喜欢的方向主要偏向岩石边坡工程和岩石地下工程,因此在申请的时候主要关注了全球在此方向有研究的高校。岩石力学与岩石工程方向相关的申请参考资料较少,希望本文能对欲从事和已经在从事这方面研究的,并有意向出国深造的童鞋们在找外导的时候有所帮助。不足或者不对的地方欢迎大家拍砖,但请手下留情。 1. 英国 提到对岩石力学的贡献就不得不提到英国。而提到英国就不得不提到帝国理工学院(Imperial College London),当今全球岩石力学领域的大牛可以说一大部分都曾在帝国理工学院工作或者学习过,像E.T. Hoek和E. Brown,Hoek曾经担任过帝国理工学院的教授,Brown在帝国理工学院学习后并任教。也正是那时,两个人合作提出了著名的Hoek-Brown强度准则。此外像提出Q分类系统的N. Barton,和E. Hoek合作编写过Rock Slope Engineering 的John Bray,前任过国际岩石力学协会主席、英国皇家工程院院士的J.A. Hudson,现任国际岩石力学协会副主席的Jian Zhao (赵坚),岩石结构面研究的S.D. Priest,澳大利亚皇家科学院院士Brady B.H.G(和Brown合作编写过Rock mechanics for underground mining一书)等都曾博士毕业于帝国理工学院的Rock Mechanics Group。可以说上世纪70、80甚至90年代,帝国理工学院都是岩石力学的天下,创造了国际岩石力学领域近半数的研究成果。然而现在这些国际大牛中的一大部分要么转投他校,要么退休在家养老,帝国理工学院在岩石力学领域的研究势头和研究的密集程度已远不如当年。仅留的部分教授现在都在搞数值方面的研究,唯一剩下从事工程岩石力学研究的J. Harrison教授也于2010年去了多伦多大学(Harrison曾与Hudson 合编过著名的Engineering Rock Mechanics一书,这位也将是我未来的老板)。瘦死的骆驼终归比马大,现在International Journal of Rock Mechanics and Mining Engineering的主编依然是帝国理工学院的Robert Zimmerman教授。 利兹大学的Prof. Steve Hencher,Rock Mechanics and Rock Engineering的副主编,不过他大部分时间都呆在香港,即使申请到他的博士,估计也不会有什么时间带。 此外诺丁汉大学和曼彻斯特大学等都有相关领域的学者,但是由于规模和人数比较少,不再列举,感兴趣的可以搜索其网站。 英国有一个很大的好处就是读博的话只需要三年,而且雅思成绩要求也不高,像帝国理工学院这样的牛校,雅思也只要求6.5,其他大部分学校6分就够了。对于雅思暂时考的不是很理想,而且想赶紧博士毕业了去工作的,英国绝对是你的不二选择。 2. 北欧 本人对北欧国家没有太多的关注,一个最大的原因就是北欧大部分高校的英文网站信息不全,这里只简单的介绍几个。德国的话可以关注下慕尼黑工业大学。想去荷兰的同学可以关注下代尔夫特理工大学,世界上顶尖的理工大学之一,并被誉为欧洲的麻省理工学院。瑞典的话可以看下瑞典皇家工学院School of Architecture and the Built Environment的Lanru Jing(井兰如)教授,研究方向偏向岩石水力学,曾经跟中国地质大学的潘别桐教授合作过,也算是此领域的大牛。此外挪威的挪威科技大学、挪威岩土工程研究所(NGI)等都是地质工程领域的顶尖研究机构。 3. 瑞士 瑞士最有名的应该算是苏黎世联邦理工(ETH)和洛桑联邦理工(EPFL),瑞士以其极高的可研水平和优美的环境吸引了大量中国留学生的青睐。苏黎世联邦理工的在全球排名应该可以进前十,Simon L?w教授有一帮非常庞大的科研团队,主要集中在岩石边坡和隧道工程的研究。还有一位忘了名字的教授,主要偏向隧道工程方面的研究。想去瑞士留学的同学都可以

岩石的基本物理力学性质及其试验方法

第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一) 一、内容提要: 本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法,岩石的强度特性。 二、重点、难点: 岩石的强度特性,对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。 一、概述 岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学,是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。 所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下,按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同,岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面,它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层,小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看,它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此,结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性,控制岩体的强度和变形。 【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。 A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案:A 【例题2】片麻岩属于( )。 A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩 答案:C 【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性,控制岩体的强度和变形的是( )。 A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小答案:C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法 (一)岩石的质量指标 与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的,也是在岩石工程中最常用的指标。 1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算 2 岩石的块体密度 岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。按照岩块含水率的不同,可分成干密度、饱和密度和湿密度。 (1)岩石的干密度 岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件(所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为48~54mm,高径比为2.0~2.5,含大颗粒的岩石,其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍;并对试件加工具有以下的要求;沿试件高度,直径或边长的误差不得大于0.3mm;试件两端面的不平整度误差不得大于0.05mm;端面垂直于试件轴线,最大偏差不得大于0.25。)。测量试件直径或边长以及高度后,将试件置于烘箱中,在105~110℃的恒温下烘24h,再将试件放入干燥器内冷却至重温,最后称试件的质量。岩块干

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