有关块体的材料分析方法

❶ 块裂介质岩体结构力学分析原理

块裂介质岩体结构力学分析简单可看成为块裂体力学分析，实际上是立体几何问题。它由3部分组成：①危险块裂体筛选；②块体几何分析（主要任务是确定块裂体表面积和体积）；③作用于块裂体上的力的分析（主要是分析作用于各个面上的力的合成与分解）。

解决上述问题的方法有许多，如立体几何法、立体解析几何法、坐标投影法及赤平极射投影法等。其中赤平极射投影法简单方便，应用较广。应当指出，赤平极射投影图本身只是表示物体的空间几何要素的方向、几何要素的角矩，而不表示他们之间的尺寸大小，给不出线段长度、面积大小等数值。这一缺陷可以采用实体比例投影法补救。赤平极射投影法与实体比例投影法相结合，通过数解法或图解法的分析是进行块裂介质岩体力学分析的有效方法。应当指出，这一方法只对共点力系有效，对非共点力系是无法反映的，张菊明教授（1986）解决了这一问题。因为论述这一问题的文献较多，故不详述。

❷ 块体石料的孔隙率和碎石的孔隙率是如何测试的各有什么工程意义

可以用灌水法或灌砂法测；先挖坑，将挖出的碎石称重，质量÷密度=体积，就是挖出的碎石的体积。用水（砂）将坑填满，称填水（砂）的重量，得出填水（砂）体积，也就是坑的体积。1-碎石体积除以坑体积=孔隙率。意义就在于反映密实程度。

❸ 一个完全未知的固体材料，如何通过一系列方法分析其成分和结构

如下：

1、XRF/XPS，分析其组成元素。

如果C多，考虑是有机物；如果C少，考虑是无机物。

2、有机物上拉曼和红外，找找官能团；无机物上XRD，看看晶相。

3、微观结构用SEM/TEM看一看。

化学合成材料又称人造材料、合成材料，是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料，其特质与原料不同，如塑料、玻璃、钢铁等。

中国合成材料在发展的同时，一些问题也日益显露出来。特别是企业创新能力不强，产业结构不合理，资源短缺与环境压力突显，有的行业盲目投资，产能过剩，导致经营效益大幅衰退等因素，严重制约了行业的进一步发展和品质的提高。

因此，中国合成材料行业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，落实科学的发展观，借鉴国外先进经验，加强自主研发能力，走集约化规模经营之路，这也是行业未来发展的必然选择。

❹ 用于材料组成分析、结构测定、形貌观察的方法分别有哪些

组成：失重、密度、熔点、气相液相、层析柱,层析板体积排阻色谱
结构：红外、核磁、质谱、飞行质谱、XRD
形貌：光学显微镜、电镜、X光

❺ 围岩块体稳定性分析

隧道施工过程中，由于开挖临空面的出现，加之较为复杂的岩体结构及地应力和地下水等诸多因素的作用，就有可能形成规模不等的不稳定块体，从而危及硐室的安全和稳定。因而采用适当的分析方法，预测出在隧道围岩体中可能形成的危岩体的形态，并评价其稳定性，这对工程的安全、顺利施工有着重要的意义。

9.1.1 隧道围岩块体坍方特征及其原因分析

施工地质调研结果表明，二郎山公路隧道围岩虽然总体上稳定性较好，但是局部硐段围岩中仍有规模不同的块体坍方现象发生(表9-1)。总体上看，自东、西两侧洞口向内，随着埋深和地应力量级的逐渐增大，以及围岩类别的增高，围岩坍塌次数及其规模大小呈减小趋势，且围岩破坏形式逐渐由块体坍方转为以岩爆为主。该隧道围岩坍方按其形状可以分为“锥型”和“穹窿形”两种类型。

根据施工地质调研资料分析，二郎山公路隧道围岩块体坍方受以下地质和工程方面的多种因素影响。

9.1.1.1 岩体结构类型

锥型坍方较为常见，主要发生在完整性中等或较好的块状结构围岩中。这些结构的围岩中虽然规模较大的结构面不很发育，但在局部硐段由于不同方位结构面和隧道开挖临空面构成不稳定块体而发生坠落或滑落，形成坍方；且多具滞后延续发展的特征，可逐渐扩展导致较大规模的坍方。坍体部位一般呈较规则的几何形状，这种坍方类型的出现具有一定的突发性，因而对施工的危害性较大。穹窿型坍方不太发育，主要发生在薄层状或板裂结构岩体内，其坍方规模较小；一般在塌落后，坍体部位呈逐渐向上收敛的同心圈状，围岩可达到相对稳定状态，故对施工的危害性小于锥型坍塌。

9.1.1.2 结构面组合、性状及地下水

穹窿型坍方主要受①组节理裂隙和开挖临空面的控制，多发生在顶拱部位。锥型坍方可以发生在顶拱中部位置，也可发生在边墙部位，主要受①、②、⑤或③这四组结构面组合的控制；由于结构面性状的差异，其中①、②、⑤这三组结构面组合最后产生的坍方规模一般较大，而①、②、③这三组结构面组合产生的坍方规模一般多不大。锥型坍方部位，①组结构面多充填有方解石细脉，结构面强度明显减小；张扭性的②组结构面产状为N40°～60°W/NE∠60°～85°，多以裂密带(断裂)构造形式出现，其张开度为0～2mm，属最主要的出水断裂结构面，普遍见线状或股状地下水，这些地下水对围岩长时间起着浸泡、软化和冲刷的作用，隧道的开挖进一步促进了地下水的活动，从而还增加了围岩(特别是顶拱附近围岩)的自重荷载，降低了围岩的整体稳定性和结构面的强度，从而容易逐渐发展成有一定规模的坍方，因而及时采取喷锚为主的初期支护措施非常重要。

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

注：①、②、③、⑤组裂隙产状分别为N30°W～N10°E/主倾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 岩体应力状态

隧道围岩的稳定性状态一定程度上受围岩应力状态的制约。施工地质调研资料表明，二郎山②组NW向陡倾张扭性出水裂密带(断裂)构造部位，岩体因张扭性活动而有所松弛，氡气α杯测试也显示其氡气值明显高于西侧岩体。硐壁二次应力场测试资料表明，该洞张扭性裂密带(断裂)构造的存在造成了岩体局部应力降低带，其应力则向两侧围岩中转移(图9-1)。因此，②组结构面发育部位易于发生坍方的事实，与其围岩应力状态调整降低有很大关系。

施工方法是影响坍方的另一个重要因素。如果施工方法正确，采取的处理措施得当，那么即使岩体质量较差的围岩，也可以避免或减少坍方，或避免小坍方发展成大坍方。表9-1中序号为2^#、8^#的两个规模较大的坍方段就是与没有及时采取相应强有力的围岩支护加固措施有很大关系。

9.1.2 围岩块体稳定性计算

目前，广泛用于地下硐室围岩块体稳定性分析的方法是基于石根华的块体理论，由E.Hoek等开发的应用软件——Unwedge应用较为普遍。尽管该应用软件具有假定所有的结构面均可无限延伸，不考虑结构面的连通率、地震、爆破等作用对块体稳定性的影响，所得安全系数只有相对意义，且计算结果偏于保守等缺陷，但使用方便，功能强大，可以根据不连续面组合出块体并快速分析其稳定性，且能直观地显示出块体的形状等多方面的优点，故仍不失为一个较为实用的软件。因此，在地质分析的基础上，我们也采用了Unwedge软件，对隧道关键地段的围岩稳定性进行了分析研究，以达到定性分析与量化评价相结合的目的。

图9-1 主洞K260+065附近②组NW向出水陡倾张扭性裂密带(断裂)构造两侧硐壁二次应力测试曲线

(σ_x为硐壁水平方向的切向应力；σ_z为硐壁铅直方向的切向应力)

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大学E.Hoek等依据石根华块体理论开发研制的。该程序是一种分析在坚硬岩体中开挖所形成的块体稳定性的应用分析软件，具有友好的界面，使用方便，且功能强大，既可以根据不连续面组合出块体并进行稳定性分析，直观地显示出其空间几何形状，而且还可以对不稳定块体施加锚杆予以加固，具有一定的应用价值。它假定结构面相切形成的块体为四边形，即由三组结构面和开挖临空面组成，仅考虑块体的重力及结构面的力学性质，而不考虑地应力作用，另外假定结构面为平面，岩体的变形仅为结构面的变形，结构体为刚体；结构面贯穿研究区域，且在保持产状不变的情况下可任意移动；开挖断面沿轴线方向恒定不变；每次参与组合的结构面最多为三组。块体的组合方式如图9-2所示，Unwedge会自动生成最大可能的楔形块体，并计算出其安全系数。用户可根据结构面的实际出露情况对所形成的块体进行筛选和进一步的分析。块体有三种破坏方式，即直接垮落、沿单面滑动及沿双面滑动。用以表征块体稳定性的是安全系数，在不考虑地震和地下水作用的情况下，滑动力即为块体的重力。在滑动破坏时，滑动力为重力沿滑动面的切向分力；直接垮落破坏时，滑动力为块体的重力；当重力矢量超出块体的基底时，块体将发生转动破坏，但Unwedge仍将按滑动方式计算其安全系数。

图9-6 8^#坍方段^#1、^#5块体S.F.与φ的敏感性

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

由此可见：

(1)两坍方段几何可动块体的安全系数与结构面内摩擦角φ近似呈直线关系；

(2)6^#坍方段块体稳定性安全系数较大，右拱肩可动块体的安全系数与内摩擦角的敏感性比左拱肩可动块体的安全系数与内摩擦角的敏感性强。左拱肩(^#2)、右拱肩(^#6)可动几何块体的安全系数与结构面内摩擦角的关系方程分别为：

#2，S.F.=0.0071φ-0.0371，R²=0.9398；

#6，S.F.=0.0154φ-0.1014，R²=0.9918。

(3)8^#坍方段块体稳定性安全系数较小，左拱肩、右腰肩的可动块体的安全系数与内摩擦角的敏感性比较一致，左拱肩(^#1)、右腰肩(^#5)可动几何块体的安全系数与结构面内摩擦角的关系方程分别为：

^#1，S.F.=0.0074φ-0.0714，R²=0.9657

^#5，S.F.=0.0071φ―0.0371，R²=0.9398。

可见，结构面内摩擦角是影响块体稳定性的主要因素。

❻ 怎样确定块体材料和砂浆的等级

块体材料的强度等级由标准试验方法得到的块体极限抗压强度平均值；砂浆的强度等级可以用70.7mm立方体试块的28天龄期抗压强度指标为依据。