概率结构节理岩体各向异性弹塑性模型

本文在节理岩体概率结构模型和Ｈｉｌｌ的两相复合材料的弹性理论的基础上，根据包含多组贯通性节理的岩体组合破坏的模式和库仑强度理论，推导了随机分布的非贯通性节理岩体强度公式，给出了各向异性非线性有限元分析中的弹塑性矩阵，并分析了包含有两组随机分布节理的重力边坡的屈服区。     

节理岩体变形参数的确定

本文在总结前人试验研究的基础上,着重于一般岩体结构模型的研究,给出了线弹性和非线性节理岩体的变形参数公式,并解析证明了节理组数和应力状态对节理岩体的各向异性有较大影响     

节理化岩体弹性变形性状及本构关系

本文从节理化岩体弹性变形能角度导出了含一组节理的岩体的弹性柔度矩阵。据此,还获得了具有随机产状节理的岩体的弹性本构关系。在该本构关系中,弹性柔度系数矩阵依赖于完整岩石和节理的几何和力学参数。最后给出了两个应用实例。     

露井协采下边坡岩体损伤规律与强度特性

岩体的变形实质上由岩块的弹性变形、岩块的塑性变形和节理裂隙的延展三者产生的变形之和。节理岩体的强度特性与节理裂隙的发育与延展密切相关。根据损伤力学与断裂力学理论,通过模拟岩体节理裂隙在不同开挖条件下的延展而引起损伤张量的变化,探讨岩体强度与损伤张量之间的关系以表征其岩体强度的时空变化与各向异性。     

节理岩体的等效“层理”方法及其工程应用

现有等效方法难以考虑岩体力学参数的各向异性，基于统计优势结构面理论，提出研究岩体各向异性的等效“层理”方法。首先，在利用ShapeMetrix 3D测量系统进行现场结构面实测和室内常规试验基础上，采用真实破裂过程分析(RFPA)软件进行了岩体力学参数尺寸效应的研究，分析了表征单元体(Representative Elementary Volume, REV)力学特性的各向异性，确定了各向异性力学参数。然后，基于优势结构面理论，根据弹性主方向确定了等效“层理”方向。最后，采用横观各向同性弹性损伤理论和有限元方法，分析了不同等效层理下巷道围岩变形与破坏的特点。研究表明，节理角度不同，损伤分布区域存在明显差异，其分布情况基本上与岩体等效“层理”方向呈互相垂直的分布关系。等效“层理”方向同样会影响巷道顶板的最大主应力，因此，巷道支护设计考虑岩体的各向异性才能更好地保证矿山工程的安全性。     

含贯通-非贯通交叉节理岩体等效弹性模型及强度特性

基于等效弹性模型的方法,构建综合考虑含贯通-非贯通交叉节理岩体宏细观缺陷的复合损伤模型。首先,将贯通节理部分看成一定厚度的独立材料,其主要产生闭合变形及沿节理面的剪切变形,其储存弹性应变能及剪切应变能;其次,基于断裂力学及应变能理论相结合,将交叉节理中的非贯通节理岩体部分看成岩体内部宏观损伤,对节理尖端的应力强度因子进行了计算,推导得出了储存在非贯通节理中的应变能计算公式,并将岩体内部的细观损伤按Weibull分布描述,建立综合考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型;再次,对交叉节理岩体的强度准则进行了讨论,构建考虑交叉节理不同强度准则的等效弹性模型;最后,将计算结果与试验结果进行了比较分析,模型计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的合理性,同时讨论了贯通节理倾角、非贯通节理倾角对岩体峰值强度及破坏准则的影响,以及非贯通节理贯通率对初始损伤变量影响规律。     

动载下节理岩体强度及破坏特征的Hopkionson实验研究

节理岩体在高应变率下的破坏模式及动态强度特征是工程爆破中的重要问题。以往对岩体的研究主要停留在静载作用下,且主要是完整岩石,其强度理论也大多运用静载的强度理论,而对节理岩体的动荷载特性认识不够。作者运用SHPB装置对几种典型几何特征的节理岩体进行了大量实验,从几何特征、长径比效应、应变率等不同方面分析了节理岩体力学特性的影响规律,得出了应力一应变关系曲线,对认识工程岩体的动态力学性质,改善工程爆破质量有一定意义。     

节理岩体加载实验的计算机模拟

本文介绍了在节理岩体结构模型的基础上，运用有限元方法在计算机上模拟了节理岩体的三轴加载实验，计算出节理岩体的应力应变曲线，为进一步确定节理岩体的力学参数提供了基础。     

应力波在节理岩体中的传播特性探析

考虑岩石节理非线性法向特征,时域范围内理论分析了应力波在两个平行节理岩体中的传播规律。通过建立波在节理岩体中传播的数值差分模型,时域范围内推导并获得了纵波P波和横波S波垂直入射节理岩体的动力传播方程。可以同时考虑节理的非线性特征和节理间多次透反射的影响,并可求得任意时刻透射波和反射波的数值解。进一步通过参数研究分析了不同因素对应力波传播规律的影响规律,包括节理初始法向刚度、节理非线性系数、入射波频率和节理间间距等。研究表明：由于节理非线性因素以及节理间多次透反射的影响,波在多个岩体节理中的透射系数并非是波在单个节理中透射系数的简单叠乘。     

巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

各向异性岩体的绝对应力量测之反分析法研究

当各向同性圆柱孔周围的三维应力应变分布解决之后，单钻孔三维应力量测技术成为测定各向同性岩体中原岩应力的成功方法。而现场岩体多属各向异性，因此，生产实践促使人们需要进一步考虑各向异性岩体的应力量测问题。由于人们不能用数学方法解算各向异性岩体中圆柱孔周围的三维应力应变分布，为此，作者以三维有限元分析为手段，用反分析方法进行求解，并以解析解实例予以验证，从原理上解决了各向异性应力量测的求解问题，促进了应力量测技术的发展。     

断续节理相互作用的数值模拟

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统，研究了断续节理岩体中裂纹的产生与扩展机理，不同断续节理分布岩体的变形、破坏过程以及节理之间的相互作用和影响规律.研究指出，共线节理的裂纹产生并不相互影响，其裂纹扩展是各自独立地平行于压应力方向;左梯式节理的裂纹产生是相互作用的，主生裂纹沿压应力方向扩展，而次生裂纹沿垂直于节理面方向扩展一定长度后转向水平方向很快贯通于相邻节理;右梯式节理的裂纹产生并不相互作用，主、次生裂纹形成后各自沿压应力方向扩展，并不会贯通于相邻节理.裂纹的扩展是由于裂纹尖端的拉应力作用的结果.当节理在压应力作用下所产生的次生裂纹扩展达到相邻节理后，岩体就会产生贯通裂纹而破坏.     

节理岩体变形数学模型及其在工程上的应用

采用岩块及结构面力学参数对节理岩体的稳定性进行计算与分析,是一个值得探讨的课题。本文根据节理结构特征及节理岩体变形的时效特性,建立了断续节理和连续节理岩体的弹性粘塑性两种数学模型,并提出了节理岩体边坡安全度的计算方法。通过实验模型验算及边坡工程实例计算与分析,证明本文的数学模型与理论分析是正确而可靠的。     

节理岩体爆破的块度计算模型

以分形理论和现场实测数据为基础，提出了节理间距的Ｃａｎｔｏｒ集分布和岩体天然块度的计算方法，用随机分形构造模型描述爆破岩块的形成过程，按照损伤力学的方法，研究节理岩体爆破机制，提出岩体破碎比比率这一新概念，由此建立了节理岩体爆破块度计算的损伤模型。     

多层结构模型在节理岩体力学分析中的应用

运用多层结构模型来分析节理岩体的力学特征,在简要介绍多层结构模型弹粘塑性理论的基础上,制定了反映多层结构模型特点的非线性算法,编制了相应的有限元程序。程序中考虑了节理岩体一般均沿节理面受拉开裂或剪切滑移的定向破坏特点,能够反映节理岩体各向异性以及主应力旋转所导致的塑性变形。最后,给出了相应的算例,并运用该模型分析了含有两组节理的岩质边坡的变形及破坏特征。     

用节理概率模型对块体理论的修正

块体理论把节理长度假定为无限长，而实际工程中揭露的节理迹线长度是有限的。因此，用块体理论对岩体稳定性所作的分析结果将产生较大误差。本文把节理迹线无限长的假定修正为有限长，并首次将节理随机概率模型引入块体理论，为使这一理论更趋完善作了新的尝试。     

节理岩体强度的统计描述

岩体中存在大量节理、裂隙，其分布杂乱无章，节理分布的复杂特征可以借助分形方法来描述。本文基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移两种失稳破坏机制，运用统计断裂力学方法建立了两种破坏方式下节理岩体强度的理论表达式。结果表明，岩体强度强相关于岩体中节理分布的分形维数，分维增大导致岩体强度非线性降低。本文研究表明，分形和统计断裂力学相结合，为建立节理岩体强度与其内部结构缺陷之间的联系提供了新途径。     

节理网络模拟研究及其初步应用

本文针对节理岩体进行了二维与三维节理网络模拟研究。基于随机节理网络系统的连通性分析,得出了复杂连通节理网络系统的岩体等效渗透系数的一般表达式。同时,利用三维节理网络模拟,建立了包含随机非贯穿节理的节理网络系统的岩体本构关系,并分析了影响岩体弹性变形性状的因素。     

冲击动载下锚固节理岩体剪切破坏模拟研究

为探究冲击动载下不同节理角度对锚固节理岩体剪切破坏的影响规律,基于ABAQUS软件开展了动载冲击下不同节理角度锚固岩体的动态剪切数值模拟研究,系统分析了动载冲击下锚固节理岩体的剪切破坏演化过程及锚杆发生剪切破坏时的切应变、切应力与剪切位移,并依据理论分析提出了最优锚固角方案。研究结果表明：动载冲击过程中,锚杆与岩体在不同冲击时期分别提供了不同程度的锚固系统抗剪力;当锚固岩体节理角度为60°时,锚杆发生剪切破坏所产生的切应变、切应力与剪切位移最大,90°次之,45°最小;通过最佳锚固角估算公式验证了最优锚固角在60°至70°范围内。研究成果对动载巷道节理岩体的加固工程具有一定的指导和借鉴意义。     

节理岩体爆破破坏模式的机理分析及数值模拟

节理的存在是岩体明显区别于岩石的一个重要特征,也是导致岩体具有非均质性及各向异性的一个重要因素。在对节理影响岩体爆破破坏模式的机理进行分析的基础上,利用能够很好模拟岩体内节理分布及裂纹产生与扩展的一种新的数值方法--数值流形方法,对3种不同节理岩体,即无节理岩体、均布水平节理岩体、均布垂直节理岩体等在均布于垂直于圆周方向上的爆炸荷载作用下的破坏过程进行了模拟。由模拟结果可以明显看出,节理的存在对岩体的破坏模式起到了关键性的控制作用,完整岩体的破坏形式呈现出了很好的对称性,而水平及垂直节理岩体的破坏模式在很大程度上是受到节理分布的控制。