节理测量中迹长误差的计算机模拟分析

针对节理测量中迹长测量误差难以确定的问题,在三维节理岩体模型的基础上,利用计算机模拟了测线测量的整个过程,并将测线测出的迹长分布形式与实际节理长度分布形式做了比较,得出了迹长误差的形式,模拟结果表明,当实际节理长度分布为负指数和对数正态分布时,其测线测量出来的节理迹长分布分别对数值正态分布和正态分布。     

节理迹长线测量与面测量的精度对比

在三维节理岩体模型 (其节理长度尺寸的分布是已知的 )的基础上 ,本文利用计算机模拟了节理迹长的线测量与面测量 ,并将二者测量的结果与真实的节理长度分布进行了对比 ,结果表明 ,线测量具有比面测量更高的精度     

考虑节理几何特征的地表沉陷预计方法

相似材料模拟试验结果表明,地下煤炭开采引起上覆节理岩体沉陷出现偏态特征。通过建立考虑节理倾角、迹长和迹宽的地质数学模型,运用随机介质理论,推导了地下煤炭开采引起上覆节理岩体沉陷的概率分布函数,认为单元岩块开采引起的地表沉陷概率分布符合n重Bernoulli试验概率分布规律;当n≥10时,采用Poisson分布来代替n重Bernoulli试验概率分布规律;考虑到地表沉降的连续性,采用Poisson分布实数域拓展后的Gamma分布代替Poisson分布,提出了考虑节理几何特征的上覆节理岩体沉陷预计方程。通过该模型计算的地表沉陷预计结果与相似材料模拟试验监测结果相比较,该模型能较好地预计地下煤炭开采引起上覆单组节理岩体沉陷,为开采沉陷预计和岩层移动监测提供了技术参考。     

基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型

为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。     

破碎压实岩体节理宏观力学参数研究

为解决随机分布节理面力学参数的科学估算,在实验室内选用不同粒径级配的破碎岩块进行压缩,获得不同压实率下的压实体试件。对压实体进行单轴压缩试验,记录其轴向应力应变曲线的同时分析压实体节理迹长概率分布函数和范围;其次,通过正交试验和数值模拟的方法构造单轴压缩数值模型,选用与试验轴向应力应变曲线最接近的模拟曲线的节理力学参数,作为该压实体的节理力学参数。最后结合实际现场,利用得到的压实体节理力学参数,研究不同压实程度下再生顶板巷道顶板稳定性。得出了在破碎岩块粒径越小,压实率越大的情况下,再生顶板越稳定的结论。     

岩石节理粗糙度新指标及新的JRC确定方法

为使二维粗糙度指标能够反映岩石节理形貌的方向特征,同时可以克服采样间距取值对粗糙度指标大小的影响。将岩石节理面划分为一系列连续的长方体微凸体,提出一种确定长方体微凸体计算长度的计算模型。通过平均同一剪切方向上长方体微凸体的计算高度提出了一个新的描述形貌面粗糙度的指标c。指标c是由长方体微凸体2种破坏模式结合一种确定长方体计算长度的模型得到,可以将节理几何特征与剪切强度结合起来,进而将节理粗糙度与节理剪切强度结合起来,这就为考虑剪切方向性的岩石节理剪切强度公式的提出提供可能。粗糙度指标c可以将形貌面客观定量表示,同时具有方向性,即剪切方向不同时对应的c不同。以标准JRC曲线为例,基于图像分割技术提取了标准JRC曲线坐标信息,阐述了粗糙度指标c的计算过程。在某一测量间距下获取的粗糙度指标不足之处是比该测量间距较小的粗糙度将被掩盖,而小尺度的粗糙对于抵抗剪切的贡献不应被忽略。通过计算不同采样间距的粗糙度指标c,发现指标c随着采样间距增大而呈幂函数形式减小,显示具有分形特征。基于分形思想,提出可同时反映节理形貌面各向异性并且不受测量尺度影响的粗糙度评价系统。分析了粗糙度描述系统指标与JRC之间的关系,证明该描述系统指标可与节理剪切强度建立良好的关系。     

露天矿节理岩质边坡稳定性分析

针对弓长岭露天铁矿东帮节理岩体边坡的结构特征,使用3GSM三维岩体不接触测量系统,进行了结构面调查及统计分析,获取了结构面倾向、结构面倾角以及节理迹长、节理间距的详细统计数据。基于Monte-Carlo随机模拟方法,使用结构面网络模拟的软件Frac Sim3D,得到节理岩体的三维网络模型。在建立的三维网络模型基础上,采用钻孔取样方法获取节理岩体的岩体质量指标RQD,结合现场点荷载强度试验,进而获取RMR指标,基于Hoek-Brown经验方法得到节理岩体的抗剪强度参数。通过FISH语言编程实现了对复杂节理岩体的精细建模,采用离散元软件UDEC对边坡进行稳定性分析。结果表明:边坡整体处于稳定状态,局部发生岩体变形,受顺倾结构面控制,边坡顶部岩体沿结构面产生楔体破坏,局部散体区域出现掉块现象。     

基于修正线粗糙度法的岩石节理粗糙度估值

考虑了节理形态的层次性,提出了用修正的线粗糙度法表征节理轮廓线粗糙度（JRC）,即用节理轮廓线的起伏度表示节理的一级波状形态,用伸长率代表节理的次级精细结构。通过对Barton给出的10条典型节理轮廓线的特征参数计算,并与相应的JRC值进行回归分析,给出了JRC值计算公式。另外,要获得节理轮廓线的伸长率,节理全迹长是一个很重要的参数。在工程实践中,针对全迹长量测存在的困难,研究以摄影测量为基础,借助数字图像处理技术,在VC⁺⁺平台下开发了节理轮廓线特征参数计算程序,实现了节理全迹长的快速量测,并对该方法在工程实践中的方便应用做了有益的探索。     

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。     

岩石力学数值模拟力学参数的确定与验证

依据赵庄煤矿地质勘探报告,结合不同岩层性质,采用岩石质量评价法,确定了各岩层合理的节理间距与力学参数。依据合理的岩石、节理力学参数,对3304工作面采动岩层数值模拟,将模拟结果中冒落带、裂隙带的高度与经验公式计算、现场高位钻孔考察分析结果比较,模拟得出的覆岩冒落规律接近于工程实际,验证了节理间距与力学参数的合理性。     

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。     

岩体结构面几何特征的分形研究

在采集安庆铜矿结构面实际统计数据的基础上，应用分形豆腐对岩体结构面的几何特征（包括间距、迹长）进行了分析，结果表明，结构面向何特片呈现出很强的自相似性。应用分形模型比以往工程上的统计概型更能反映结构面分布的本质特片。     

基于RFPA~(2D)-Flow软件对裂隙岩体渗透特性表征单元体的研究

大型水利水电工程多依附于高陡裂隙岩体边坡而建,而边坡的渗控结构成为研究重点。为进一步研究裂隙岩体渗透特性及其各向异性的影响因素,基于C语言程序,考虑不同迹长、密度的概率分布,通过蒙特卡罗方法生成随机裂隙,然后将随机裂隙导入有限元渗流计算软件RFPA~(2D)-Flow,形成渗流裂隙网络模型。通过对不同的方位、不同尺寸上的等效渗透系数的模拟计算,得到不同工况下的渗透张量,结合类张量特性和类常量特性判定依据,确定渗流表征单元体,并自定义渗透特性各向异性系数,研究裂隙的密度、迹长对岩体渗透张量、表征单元体尺寸和各向异性系数的影响。结果表明:①裂隙密度和裂隙迹长对裂隙岩体的渗透主值影响较大,但对渗透主方向几乎无影响,随密度或者迹长的增大,裂隙岩体的渗透主值逐渐增大;②在一定范围内,随着裂隙密度或迹长的增大,裂隙岩体的渗透表征单元体尺寸逐渐减小;③裂隙岩体渗透特性的各向异性系数r随密度增大逐渐减小,随裂隙迹长增大呈现先减小后增大的趋势。在此基础上,以锦屏一级水电站坝区左岸边坡裂隙岩体为例,根据地质勘探所获的裂隙概率分布特征及相关参数,利用本文研究方法进行渗流数值模拟计算,确定锦屏左岸裂隙岩体的渗透张量和表征单元体尺寸,并结合现场压水试验结果对本文数值模拟结果进行修正,修正系数在一个数量级之内,说明本文模拟计算结果与实测结果相近。     

改造工程中楼面新加梁的设计计算

通过某涂料工场楼面改造工程的实例 ,介绍了一种楼面新加梁与原有结构支承体系连接节点的设计方法 ;通过对节点锚筋抗拔力的计算 ,建立了采用 JGN结构胶作为粘接材料的钢筋锚固长度计算公式 ;并经抗拔试验验证了其可靠性     

岩体结构面几何参数分布规律研究

为研究岩体结构面的分布规律以指导矿体可崩性分级和崩落块度预测,采用极点坐标变换及动态计数圆计数的极点密度统计新方法绘制节理等密图,确定优势节理组及其产状范围。通过分位数-分位数图检验确定节理面几何参数的分布形式,然后用最大似然方法计算对应于这种分布形式的概率分布函数的参数,进一步确定节理面几何参数的分布规律。对金川Ⅲ矿区结构面几何参数进行统计分析,确定Ⅲ矿区节理间距服从指数分布,均值0.2 m,Ⅲ矿区存在4组优势节理组,均服从正态分布。     

一种岩石节理内聚力时效性降低的断裂力学方法

提出了一种断裂力学模型来论证时效性对于脆性破坏岩石的重要性。建立了一种岩石节理内聚力的时效性降低模型。利用分支裂隙扩展建立断裂力学模型，可导出节理内聚力的一种具有封闭解的时间方程。通过一个实例，分析了对于滑动面的包含许多岩桥的岩块，发现内聚力持续下降，一开始很慢，然后突然加快，当内聚力降低到某一值时导致边坡失稳。给出的第二个例子是假定某些材料参数的变化，来解决边坡破坏的概率分析，并推出破坏概率的时间方程。研究发现概率是随着时间推移而增长，从初值为5％增长到第100年时超过40％。     

程潮铁矿矿岩节理面力学特性实验研究

以程潮铁矿为工程背景,为获得不同岩性矿岩的基本力学参数及分形维数,进行了直剪实验及粗糙度扫描实验。分析水和充填物对节理面剪切强度的影响,并综合考虑岩石节理面粗糙性对其力学性质的影响,建立了体现相同法向应力下峰值剪切强度与分形维数的关系公式,为更深入研究岩体稳定性及破坏机理提供了可靠的矿岩力学参数及依据。     

眼前山铁矿南帮边坡节理聚类与概化模型研究

眼前山铁矿实施加陡固定帮的3并段开采方案后，节理发育的南帮边坡产生的楔体滑落，对矿山安全生产造成了较大影响。采用节理极点图、等密度图及模糊ISODATA聚类算法等分析技术，对南帮边坡岩体进行了合理的聚类分析，确定了岩体节理的优势方位，建立了节理倾向、倾角及迹长的概率分布函数，为评价南帮边坡的稳定性奠定了基础。     

改造工程中楼面新加梁的设计计算

通过某涂料工场楼面改造工程的实例，介绍了一种楼面新加梁与原有结构支承体系连接节点的设计方法；通过对节点锚筋抗拔力的计算，建立了采用JGN结构胶作为粘接材料的钢筋锚固长度计算公式；并经抗拔试验验证了其可靠性。