第4讲-地下结构工程地质力学模型试验
- 格式:ppt
- 大小:319.00 KB
- 文档页数:55
地质勘察中的地质力学分析方法地质力学是地质学的一个重要分支,其研究对象是岩石和地层在不同应力条件下的力学性质。
在地质勘察中,地质力学分析方法是评价和预测地质灾害、工程稳定性和岩土工程性质的重要手段。
本文将介绍地质勘察中常用的地质力学分析方法,包括物理力学性质测试、力学参数试验、岩石力学模型及数值模拟等。
一、物理力学性质测试物理力学性质测试是地质力学分析的基础。
通过对野外或实验室采集的岩心、岩样进行物理性质测试,可以获取材料的密度、孔隙度、孔隙水饱和度等参数,进而分析岩石的力学性质。
常用的物理力学性质测试包括岩石密度测试、孔隙度测定和渗透性试验等。
二、力学参数试验在地质力学分析中,力学参数是评价材料力学性质的重要指标。
力学参数试验是通过对岩石样品进行静态或动态试验,获取其强度、弹性模量、抗剪强度等参数的方法。
常用的力学参数试验包括抗压试验、拉伸试验、剪切试验以及岩石弹性模量和泊松比试验等。
三、岩石力学模型岩石力学模型是在地质力学分析中用于描述材料行为的数学模型。
不同类型的岩石和地层在不同的应力条件下表现出不同的力学特性,通过构建适合实际情况的岩石力学模型,可以更准确地分析地质问题。
常用的岩石力学模型有弹性模型、塑性模型和弹塑性模型等。
四、数值模拟数值模拟是地质力学分析中较为复杂和高级的方法之一。
通过建立合适的数值模型,并运用数值方法求解,可以模拟岩土体的力学行为和变形特性,预测其在不同条件下的响应。
常用的数值方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。
由于地质力学分析方法的深入和发展,目前已经涌现出许多基于实际情况的改进方法和新的数值模型。
例如,针对岩体断裂和裂纹的分析,提出了岩体断裂力学、岩体组分断裂力学等新的分析方法。
此外,随着计算机技术的快速发展,人工智能算法在地质力学分析中的应用也越来越广泛。
综上所述,地质勘察中的地质力学分析方法是评价和预测地质问题的重要手段。
通过物理力学性质测试、力学参数试验、岩石力学模型及数值模拟等方法,可以更准确地分析地质体的力学性质和行为,为工程设计和地质灾害预防提供科学依据。
浅析地质力学模型试验技术的研究与应用摘要:当前,大型地下洞群所处的地质环境愈加复杂,尤其是在深埋、高地应力条件下,洞群围岩的稳定性状况、破坏形态和破坏机制等问题急需解决,而地质力学模型试验是解决这类问题的主要研究方法。
该文主要分析了模拟材料、组合式模型试验装置、量测技术等问题,并介绍了模型试验的工程应用。
关键词:地质力学模型试验技术工程应用引言地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法,主要用来研究各种建筑物及其地基、高边坡及地下洞室等结构在外荷载作用下的变形形态、稳定安全度和破坏机理等。
2l世纪是中国工程建设快速发展的世纪,水利、水电、能源、交通等大型工程的开发已成为我国经济建设的重点。
对这些复杂的问题,一方面要借助理论分析、计算机数字模拟方法去研究;另一方面,更多地要借助地质力学模型试验手段来解决。
大量的工程实践证明,地质力学模型试验方法是研究大型岩土工程问题,特别是地下工程问题的一种行之有效的方法。
1 模型材料根据相似理论,模型的几何尺寸、边界条件、荷载及相似材料的容重、强度及变形特性等方面必须与原型相似。
一般根据要研究问题的性质,寻找满足主要参数相似的材料。
例如,对于沿夹层滑动的稳定问题,夹层材料的相似性必须严格满足,而岩体的某些材料参数的相似性可以适当放宽。
目前国内外最常用的是采用石膏、重晶石粉、石英砂等材料配合而成的,具有代表性的是韩伯鲤等研制的msb材料和马芳平等研制的nios相似材料,这2种材料都具有较好的性能,但都具有不足的地方。
酒精易于挥发,干燥时间短,可缩短试验周期;没有任何毒副作用,不会对人体造成伤害:压制成型的砌块易于切割,能满足模型拼装砌筑的工艺要求;容重高、抗压强度和弹性模量低;性能稳定,不生锈,有很高的绝缘性;由于各种材料拌和后未产生化学反应,因此试验后的材料可重复使用,提高了材料的利用率和使用寿命等优点。
2 组合式模型试验装置2.1组合式试验台张强勇等研制的组合式三维模型试验装置,采用分体式设计,其主要由底盘、箱体、加载系统组成(见图1)。
地下结构试验与测试技术总结——孟陆波第一章绪论1.1工程试验的重要意义和目的存于:1.作为设计的依据和信息2.作为施工的指导和控制3.作为运营的安全监视4.作为理论研究的手段要成功地进行一次工程试验,需要条件:①除了有一个完整的、切合实际工程情况的试验计划外,还必须掌握一系列测试技术②同时,工程试验中,需要了解岩土体的物理力学参数,如:容重,弹模、泊松比等③通过仪器、仪表、探头(传感器)来测定参数本身和它们的变化值。
④利用工程试验和测试技求对若干个工程进行研究,从中得出规律性的东西,使理论得到发展。
⑤再用工程试验的方法在以后的工程实践中应用和改进这些已有理论。
1.2研究对象分类:(一)荷载类型根据荷载类型,工程试验可分为工程动态试验和静态试验。
前者主要研究工程结构物在动荷载(例如爆破力、列车振动力、地震力,等等)作用下的力学状态和安全状态;后者主要研究工程结构物在静荷载或缓慢变化荷载(例如岩土压力、地基反力、静水压力、自重力,等等)作用下的力学状态和安全状态。
从试验的角度看,除了加荷的性质不同以外,主要区别仅在于部分测试项目和仪器不同。
(二)工程类型地面工程与地下工程地下工程与地面工程区别:(1)作用体系的区别地面工程一般只与地基相互作用。
因此,除了地基探测和基础设计外,结构可以看成是一个空间自由状态的作用体系;而地下工程则与周围地层有密切的关系,属于二者共同作用的体系。
(2)外荷的区别地面工程所受的外荷一般说来是已知的,明确的;而地下工程,从力学上看,处于与围岩相互作用的体系之中;从地质上,看处于千变万化的地质体之中。
地面工程与地下工程在工程试验测试中以下内容是相同的:(1)外荷的测试,又可称为压力测试。
(2)内力的测试,包括正应力、剪应力、弯矩和扭矩等形式。
(3)位移的测试,包括相对位移、绝对位移等。
本课程的研究对象是地下工程的静态试验和静力测试技术。
1.3一些基本概念在工程试验中遇到的力学量,如压力、应力、位移等,都属于非电量的物理量。
高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义(1)揭示土的一般的或特有的物理力学性质;(2)针对具体土样的试验,揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质;(3)确定理论计算和工程设计参数;(4)验证计算理论的正确性及实用性;(5)原位测试、原型监测直接为土木工程服务,也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括:①室内试验:如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试:平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验(模拟试验):足尺试验,加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测:深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的,方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中,用一系列环形圈代替刚性盒,因而没有明显的应力,应变不均匀,试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验(三轴压缩试验)是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样,分别在不同的恒定周围压力(σ3)下,施加轴向压力,即主应力差(σσ3),进行剪切直到破坏;然后根据摩尔-库伦理论,求得抗剪强度参数。
1-适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词:周围压力;轴向压力;不固结不排水剪;固结不排水剪;固结排水剪。
优点:①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程;②可以模拟不同工况,进行一些不同应力路径的试验;③可以很好地控制排水条件;④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点:两个主应力σ2,σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性,人们在常规静三轴仪基础上,在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气(液)压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
煤矿急倾斜煤层——地应力学测试方案1 前言1.1 地质力学的基础地位巷道围岩是一个极其复杂的地质体。
与其它工程材料相比,它具有两大特点:其一是岩体内部含有各种各样的不连续面,如节理、裂隙等,这些不连续面的存在显著改变了岩体的强度特征和变形特征,致使岩块与岩体的强度相差悬殊;其二是岩体含有内应力,地应力场的大小和方向都显著影响着围岩的变形和破坏。
因此,一切与围岩有关的工作,如巷道布置、巷道支护设计,特别是锚杆支护设计,都离不开对围岩地质力学特征的充分了解。
地应力是引起采矿及其他各种地下工程变形和破坏的根本作用力。
巷道围岩变形和破坏取决于地应力、围岩性质及支护方式。
地应力的大小和方向对巷道围岩稳定影响极大。
地应力测量是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析,实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。
支护设计是锚杆支护中的一项关键技术,对充分发挥锚杆支护的优越性和保证巷道的安全具有十分重要的意义。
如果支护形式和参数选择不合理,就会造成两个极端:其一是支护强度太高,不仅浪费支护材料,而且影响掘进速度;其二是支护强度不够,不能有效控制围岩变形,出现冒顶事故。
为了对采矿工程进行科学合理的开挖设计和施工,就必须对影响工程稳定性的各种因素进行充分调查。
在诸多的影响岩体开挖工程稳定性的因素中,地应力状态是最重要最根本的因素之一。
近几年来,随着煤巷锚杆支护技术的迅速发展,作为该技术中的关键内容之一,巷道围岩地质力学测试也逐步得到重视,测试结果应用于支护设计,显著提高了支护设计的合理性和可靠性。
锚杆支护有多种设计方法,目前,动态信息设计法得到广泛认可与应用。
动态信息法具有两大特点:其一,设计不是一次完成的,而是一个动态过程;其二,设计充分利用每个过程中提供的信息,实时进行信息收集、信息分析与信息反馈。
该设计方法包括五部分:巷道围岩地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈与修正设计。
其中,巷道围岩地质力学测试与评估是锚杆支护设计的必要基础,包括:①巷道围岩岩性和强度。