有關塊體的材料分析方法

❶ 塊裂介質岩體結構力學分析原理

塊裂介質岩體結構力學分析簡單可看成為塊裂體力學分析，實際上是立體幾何問題。它由3部分組成：①危險塊裂體篩選；②塊體幾何分析（主要任務是確定塊裂體表面積和體積）；③作用於塊裂體上的力的分析（主要是分析作用於各個面上的力的合成與分解）。

解決上述問題的方法有許多，如立體幾何法、立體解析幾何法、坐標投影法及赤平極射投影法等。其中赤平極射投影法簡單方便，應用較廣。應當指出，赤平極射投影圖本身只是表示物體的空間幾何要素的方向、幾何要素的角矩，而不表示他們之間的尺寸大小，給不出線段長度、面積大小等數值。這一缺陷可以採用實體比例投影法補救。赤平極射投影法與實體比例投影法相結合，通過數解法或圖解法的分析是進行塊裂介質岩體力學分析的有效方法。應當指出，這一方法只對共點力系有效，對非共點力系是無法反映的，張菊明教授（1986）解決了這一問題。因為論述這一問題的文獻較多，故不詳述。

❷ 塊體石料的孔隙率和碎石的孔隙率是如何測試的各有什麼工程意義

可以用灌水法或灌砂法測；先挖坑，將挖出的碎石稱重，質量÷密度=體積，就是挖出的碎石的體積。用水（砂）將坑填滿，稱填水（砂）的重量，得出填水（砂）體積，也就是坑的體積。1-碎石體積除以坑體積=孔隙率。意義就在於反映密實程度。

❸ 一個完全未知的固體材料，如何通過一系列方法分析其成分和結構

如下：

1、XRF/XPS，分析其組成元素。

如果C多，考慮是有機物；如果C少，考慮是無機物。

2、有機物上拉曼和紅外，找找官能團；無機物上XRD，看看晶相。

3、微觀結構用SEM/TEM看一看。

化學合成材料又稱人造材料、合成材料，是人為地把不同物質經化學方法或聚合作用加工而成的材料，其特質與原料不同，如塑料、玻璃、鋼鐵等。

中國合成材料在發展的同時，一些問題也日益顯露出來。特別是企業創新能力不強，產業結構不合理，資源短缺與環境壓力突顯，有的行業盲目投資，產能過剩，導致經營效益大幅衰退等因素，嚴重製約了行業的進一步發展和品質的提高。

因此，中國合成材料行業企業必須抓住新的發展形勢，加大科技創新，落實科學的發展觀，借鑒國外先進經驗，加強自主研發能力，走集約化規模經營之路，這也是行業未來發展的必然選擇。

❹ 用於材料組成分析、結構測定、形貌觀察的方法分別有哪些

組成：失重、密度、熔點、氣相液相、層析柱,層析板體積排阻色譜
結構：紅外、核磁、質譜、飛行質譜、XRD
形貌：光學顯微鏡、電鏡、X光

❺ 圍岩塊體穩定性分析

隧道施工過程中，由於開挖臨空面的出現，加之較為復雜的岩體結構及地應力和地下水等諸多因素的作用，就有可能形成規模不等的不穩定塊體，從而危及硐室的安全和穩定。因而採用適當的分析方法，預測出在隧道圍岩體中可能形成的危岩體的形態，並評價其穩定性，這對工程的安全、順利施工有著重要的意義。

9.1.1 隧道圍岩塊體坍方特徵及其原因分析

施工地質調研結果表明，二郎山公路隧道圍岩雖然總體上穩定性較好，但是局部硐段圍岩中仍有規模不同的塊體坍方現象發生(表9-1)。總體上看，自東、西兩側洞口向內，隨著埋深和地應力量級的逐漸增大，以及圍岩類別的增高，圍岩坍塌次數及其規模大小呈減小趨勢，且圍岩破壞形式逐漸由塊體坍方轉為以岩爆為主。該隧道圍岩坍方按其形狀可以分為「錐型」和「穹窿形」兩種類型。

根據施工地質調研資料分析，二郎山公路隧道圍岩塊體坍方受以下地質和工程方面的多種因素影響。

9.1.1.1 岩體結構類型

錐型坍方較為常見，主要發生在完整性中等或較好的塊狀結構圍岩中。這些結構的圍岩中雖然規模較大的結構面不很發育，但在局部硐段由於不同方位結構面和隧道開挖臨空面構成不穩定塊體而發生墜落或滑落，形成坍方；且多具滯後延續發展的特徵，可逐漸擴展導致較大規模的坍方。坍體部位一般呈較規則的幾何形狀，這種坍方類型的出現具有一定的突發性，因而對施工的危害性較大。穹窿型坍方不太發育，主要發生在薄層狀或板裂結構岩體內，其坍方規模較小；一般在塌落後，坍體部位呈逐漸向上收斂的同心圈狀，圍岩可達到相對穩定狀態，故對施工的危害性小於錐型坍塌。

9.1.1.2 結構面組合、性狀及地下水

穹窿型坍方主要受①組節理裂隙和開挖臨空面的控制，多發生在頂拱部位。錐型坍方可以發生在頂拱中部位置，也可發生在邊牆部位，主要受①、②、⑤或③這四組結構面組合的控制；由於結構面性狀的差異，其中①、②、⑤這三組結構面組合最後產生的坍方規模一般較大，而①、②、③這三組結構面組合產生的坍方規模一般多不大。錐型坍方部位，①組結構面多充填有方解石細脈，結構面強度明顯減小；張扭性的②組結構面產狀為N40°～60°W/NE∠60°～85°，多以裂密帶(斷裂)構造形式出現，其張開度為0～2mm，屬最主要的出水斷裂結構面，普遍見線狀或股狀地下水，這些地下水對圍岩長時間起著浸泡、軟化和沖刷的作用，隧道的開挖進一步促進了地下水的活動，從而還增加了圍岩(特別是頂拱附近圍岩)的自重荷載，降低了圍岩的整體穩定性和結構面的強度，從而容易逐漸發展成有一定規模的坍方，因而及時採取噴錨為主的初期支護措施非常重要。

表9-1 二郎山隧道主洞主要圍岩坍塌段特徵Tab.9-1 Cave-in collapse characters of the surrounding rock of the main tunnel in Erlangshan mountain

註：①、②、③、⑤組裂隙產狀分別為N30°W～N10°E/主傾SW∠20°～40°、N40°～60°W/NE∠60°～85°、N5°～30°E/SE∠50°～65°、N80°～85°W/NE∠70°～80°。

9.1.1.3 岩體應力狀態

隧道圍岩的穩定性狀態一定程度上受圍岩應力狀態的制約。施工地質調研資料表明，二郎山②組NW向陡傾張扭性出水裂密帶(斷裂)構造部位，岩體因張扭性活動而有所鬆弛，氡氣α杯測試也顯示其氡氣值明顯高於西側岩體。硐壁二次應力場測試資料表明，該洞張扭性裂密帶(斷裂)構造的存在造成了岩體局部應力降低帶，其應力則向兩側圍岩中轉移(圖9-1)。因此，②組結構面發育部位易於發生坍方的事實，與其圍岩應力狀態調整降低有很大關系。

施工方法是影響坍方的另一個重要因素。如果施工方法正確，採取的處理措施得當，那麼即使岩體質量較差的圍岩，也可以避免或減少坍方，或避免小坍方發展成大坍方。表9-1中序號為2^#、8^#的兩個規模較大的坍方段就是與沒有及時採取相應強有力的圍岩支護加固措施有很大關系。

9.1.2 圍岩塊體穩定性計算

目前，廣泛用於地下硐室圍岩塊體穩定性分析的方法是基於石根華的塊體理論，由E.Hoek等開發的應用軟體——Unwedge應用較為普遍。盡管該應用軟體具有假定所有的結構面均可無限延伸，不考慮結構面的連通率、地震、爆破等作用對塊體穩定性的影響，所得安全系數只有相對意義，且計算結果偏於保守等缺陷，但使用方便，功能強大，可以根據不連續面組合出塊體並快速分析其穩定性，且能直觀地顯示出塊體的形狀等多方面的優點，故仍不失為一個較為實用的軟體。因此，在地質分析的基礎上，我們也採用了Unwedge軟體，對隧道關鍵地段的圍岩穩定性進行了分析研究，以達到定性分析與量化評價相結合的目的。

圖9-1 主洞K260+065附近②組NW向出水陡傾張扭性裂密帶(斷裂)構造兩側硐壁二次應力測試曲線

(σ_x為硐壁水平方向的切向應力；σ_z為硐壁鉛直方向的切向應力)

Fig.9-1 Distribution of the secondary stress nearby NW high-angle tension-shear fractures with water at K260+065 of the main tunnel

(σ_xis horizontal tangential stress of tunnel wall；σ_zis vertical tangential stress of tunnel wall)

9.1.2.1 Unwedge程序的基本原理

Unwedge程序是加拿大Toronto大學E.Hoek等依據石根華塊體理論開發研製的。該程序是一種分析在堅硬岩體中開挖所形成的塊體穩定性的應用分析軟體，具有友好的界面，使用方便，且功能強大，既可以根據不連續面組合出塊體並進行穩定性分析，直觀地顯示出其空間幾何形狀，而且還可以對不穩定塊體施加錨桿予以加固，具有一定的應用價值。它假定結構面相切形成的塊體為四邊形，即由三組結構面和開挖臨空面組成，僅考慮塊體的重力及結構面的力學性質，而不考慮地應力作用，另外假定結構面為平面，岩體的變形僅為結構面的變形，結構體為剛體；結構面貫穿研究區域，且在保持產狀不變的情況下可任意移動；開挖斷面沿軸線方向恆定不變；每次參與組合的結構面最多為三組。塊體的組合方式如圖9-2所示，Unwedge會自動生成最大可能的楔形塊體，並計算出其安全系數。用戶可根據結構面的實際出露情況對所形成的塊體進行篩選和進一步的分析。塊體有三種破壞方式，即直接垮落、沿單面滑動及沿雙面滑動。用以表徵塊體穩定性的是安全系數，在不考慮地震和地下水作用的情況下，滑動力即為塊體的重力。在滑動破壞時，滑動力為重力沿滑動面的切向分力；直接垮落破壞時，滑動力為塊體的重力；當重力矢量超出塊體的基底時，塊體將發生轉動破壞，但Unwedge仍將按滑動方式計算其安全系數。

圖9-6 8^#坍方段^#1、^#5塊體S.F.與φ的敏感性

Fig.9-6 Sensitivity of safety factor to φ of blocks^#1 and^#5 in cave-in section 8^#

由此可見：

(1)兩坍方段幾何可動塊體的安全系數與結構面內摩擦角φ近似呈直線關系；

(2)6^#坍方段塊體穩定性安全系數較大，右拱肩可動塊體的安全系數與內摩擦角的敏感性比左拱肩可動塊體的安全系數與內摩擦角的敏感性強。左拱肩(^#2)、右拱肩(^#6)可動幾何塊體的安全系數與結構面內摩擦角的關系方程分別為：

#2，S.F.=0.0071φ-0.0371，R²=0.9398；

#6，S.F.=0.0154φ-0.1014，R²=0.9918。

(3)8^#坍方段塊體穩定性安全系數較小，左拱肩、右腰肩的可動塊體的安全系數與內摩擦角的敏感性比較一致，左拱肩(^#1)、右腰肩(^#5)可動幾何塊體的安全系數與結構面內摩擦角的關系方程分別為：

^#1，S.F.=0.0074φ-0.0714，R²=0.9657

^#5，S.F.=0.0071φ―0.0371，R²=0.9398。

可見，結構面內摩擦角是影響塊體穩定性的主要因素。

❻ 怎樣確定塊體材料和砂漿的等級

塊體材料的強度等級由標准試驗方法得到的塊體極限抗壓強度平均值；砂漿的強度等級可以用70.7mm立方體試塊的28天齡期抗壓強度指標為依據。