节理岩体分形维数与抗压强度的关系探讨

应用有限元数值模拟和多重分形理论研究探讨了节理岩体(白云岩)的抗压强度与分形维数之间的关系.研究表明,节理岩体的分形维数与抗压强度具有负线性关系,分维数越大,则岩体的抗压强度越低.     

节理岩体的随机剪切破环

提出的节理岩体剪切强度准则,考虑了节理面、岩桥提供的强度分量和相邻节理面形成的起伏角提供的强度分量。讨论了节理面和节理岩体发生剪切破坏时某些关键应力状态必须满足的物理约束条件。此外,强度准则中的参数可以是随机变量,所以可以用于随机模型中的破坏概率分析和工程的风险分析。     

节理岩体的隧道开挖与支护研究

本文结合工程实际,系统论述了山丘节理岩体中开挖隧道时,如何根据岩石力学分析和工程地质条件,合理确定隧道的技术参数及其支护体系。     

露天矿节理岩体三维网络模拟与概率损伤分析

针对鞍钢眼前山露天铁矿南帮节理岩体边坡的结构特征,应用Monte-Carlo随机模拟原理,进行南帮边坡岩体的三维节理网络模拟,直观地展示了岩体的空间信息.基于岩体损伤力学的基本原理与三维节理网络的计算机模拟技术,探讨了节理岩体损伤张量随机矩阵概率分布规律.结果表明,眼前山铁矿南帮岩体概率损伤张量矩阵的元素均服从正态分布.     

大柳行金矿床节理裂隙调查与岩体质量评价

在现场对大柳行金矿奄口矿区进行了节理裂隙调查统计工作,采用Mathematica软件对调查区域内660条节理裂隙测量数据进行分析并绘制相应的裂隙等密图、倾向和走向玫瑰图及倾角直方图。经分析研究后得出如下结论:矿区矿体较为破碎,下盘围岩完整程度低于上盘围岩;各中段节理裂隙分布密度均约为2~3条/m;节理裂隙总体上有越往深部越不发育,岩体完整性变好的趋势。对矿区具有代表性的矿岩现场取样并进行物理力学试验,依据RMR岩体质量评价方法,得出上盘围岩RMR评分值68.3,岩体质量等级为Ⅱ级,为良好性岩体;下盘围岩RMR评分值65.7,岩体质量等级为Ⅱ级,也为良好性岩体;矿体RMR评分值55.8,岩体质量等级为Ⅲ级,为一般性岩体。研究成果对保证矿体的安全、高效、经济回采具有重要指导意义。     

岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展

岩石与岩体内部结构、空间尺度及裂隙分布形式不同,在冻融循环作用下其损伤劣化机制存在显著差异,损伤评判标准亦有所不同,因此厘清岩石与岩体冻融损伤内涵区别并总结相关研究进展具有重要意义。在内涵方面,岩石损伤主要是内部微小缺陷作用,属于微观层面问题（毫米量级及以下尺度）;而岩体损伤则更加关注节理裂隙的影响,属于宏观层面问题（厘米量级及以上尺度）。目前冻融损伤相关研究主要集中在完整岩石块体,对于含有宏观裂隙的岩体研究较少;岩石冻胀是原位水冻胀与迁移水冻胀共同作用的结果,主要从冻胀力与疲劳损伤2个角度进行岩石冻融损伤本构模型的构建研究。未来岩体冻融损伤研究应重点关注裂隙所带来的影响,即从微观尺度入手,利用室内试验探究冻融循环过程孔隙和裂隙内部水分迁移冻胀机制与相互作用规律,结合现场试验与数值模拟研究构建大尺度下岩体冻融损伤本构模型,最终形成寒区岩石与岩体冻融损伤评价体系。     

松散岩体的分形特征

构造了松散岩体的块体颗粒分形模型,用分形理论研究了松散岩体的块体颗粒分维、孔隙分维、孔隙度及它们之间的关系,得到相应的计算公式.该模型得到了工程实例的验证.     

SHPB加载作用下考虑节理分形的闭合变形性质研究

为了探讨动载荷作用下的节理闭合变形性质,用水泥砂浆制作出含节理的人工试样,并采用SHPB装置对具有不同分形（JRC）的含节理试样进行不同加载率作用下的冲击试验,获得了不同加载率下具有不同Barton标准 JRC值的节理动态闭合变形曲线。冲击后试样及其结果分析显示：随着加载率的增加,碎裂的块数明显增加,表现出较强的加载率相关性;节理闭合变形曲线的变化趋势基本不受加载率的影响,节理变形量δ均随着应力σ的增大而增大。在加载速率相同的情况下,不同节理形貌试样的节理法向变形量存在较大差异;具有相同节理的试样在不同加载率作用下的闭合变形曲线也是显著不同的;无论加载率多大,δ和σ之间均具有很强的指数关系,可用统一的公式表达。该研究成果为进一步开展动载荷作用下节理闭合变形本构方程研究提供了试验基础。     

结构面岩体爆破破坏机理探究

岩体多属于各向异性的复杂不连续体。岩体中主要结构面在爆破时,会对岩石的破坏和最终的爆破效果产生影响。总结了结构面岩体爆破破坏机理的研究现状,并从应力波传播、岩体破坏方式等方面研究了结构面岩体爆破的影响。在研究结构面岩体爆破破坏作用机理的基础上,提出改善爆破效果的技术措施,供同类型矿山参考。     

岩石表面微观纹理的激光测量方法及分形

开发了一种采用激光三角测量技术的微观测量系统,对花岗岩和玄武岩等岩石表面微观纹理进行测量,分析了测量系统各种误差的干扰因素．利用Matlab平台,采用盒子计数法对各种表面曲线进行分析,得出表面微观纹理的分形维数．研究结果表明,玄武岩、花岗岩和卵石的表面微观纹理粗糙程度由复杂到简单．并提出了路面石料选材的分形维数指标,可应用在路面抗滑表层的石料设计选材上．     

低硅烧结矿的分形研究

通过对低硅烧结矿破碎体的筛上、筛下物分布规律的研究,计算得出了烧结矿质量分形维数,其值介于2.1~2.6之间,线性相关系数均大于0.97。并且初步获得了烧结矿质量分形维数与烧结矿冷态性能、低温还原粉化性能以及荷重软化性能之间的关系。     

岩巷爆破围岩损伤演化分析及损伤判据的建立

以岩体微观缺陷的分布和Weibull理论为基础，定义了一个损伤变量。通过该损伤变量推导的损伤演化方程，不仅表征了岩体的不可逆动态损伤演化过程，而且和微观缺陷的起裂、扩展和传播以及岩体性能的劣化建立了联系。并且，根据损伤理论建立了岩巷国岩在爆破应力波作用下的损伤断裂判据。     

基于随机数结构面分维数估算的改进投影覆盖法

岩石结构面的定量化描述对于理解结构面的力学性质至关重要,投影覆盖分形描述法是结构面定量化表征的主要方法之一.然而,投影覆盖法计算结构面分形维数时存在三角形单元划分的缺陷.从概率分析角度考虑,将随机数应用于三角形单元的划分中,提出了基于随机数估算结构面分维数的投影覆盖法.应用改进投影覆盖法计算了红砂岩结构面的分维数,获得了120个分维值,并将其作为一个分维数样本;然后分析了此样本的分布特征,并将样本均值作为结构面分维数的精准值.实例分析证明,采用改进投影覆盖法所获分维数样本是来自正太分布总体;投影覆盖法计算的分维数几乎是改进投影覆盖法所获结果的极限值;基于随机数进行三角形单元划分更符合实际结构面形貌特征,从而计算的分维数更精准.     

单轴压力作用下岩石损伤演化特征研究

采用赤微观测法和双曝光全息干涉法研究了单轴压力作用下岩石损伤特征,得出了变质砂岩变形与损伤演化的关系。岩石损伤演化实际上是微裂纹扩展区的演化即岩石中微孔隙、微裂纹成核和扩展的过程,裂纹萌生演化的分形分布受岩石组成、结构以及初始缺陷的影响,裂纹的汇合贯通制约着岩石的损伤状态和非线性变形,单轴受压岩石断裂机制主要是张拉破坏和局部剪切破坏。     

岩石CT断层序列图像裂纹三维重建及其损伤特性的研究

以岩石的CT图像为研究对象,充分利用CT扫描图像资料中的信息,提出了一种CT图像分析方法。利用数字图像增强技术实现CT图像增强,并根据数字图像进行了对比度调整,然后根据数字图像分割技术提取岩石中的空隙和裂隙。在此基础上,利用Marching Cube算法进行连续CT断层图像的三维重建,实现了岩石加载试验中不同阶段的裂纹分布的可视化。此方法不仅可以直观地观察到岩石的损伤演变情况,而且准确地描述了岩石材料内部介质的空间分布,同时结合损伤理论定义了以损伤体积作为损伤因子的损伤变量,得到损伤变量与偏应力间的关系曲线,合理地反映出岩石在损伤偏应力作用下的损伤演化特性。     

岩体损伤度的点荷载强度计算及分析

根据现场点荷载强度试验的统计结果和损伤力学原理,提出了一种新的岩体损伤度计算方法,即点荷载强度计算方法.为了验证该方法的可靠性和准确性以及这种方法计算的岩体损伤度与岩体完整性指数之间的关系,进行了一系列理论推导和现场岩体声波测试与实验室岩石声波测试.结果表明：该方法计算的损伤度与岩体完整性系数表现出很好的一致性,并且该方法计算的损伤度与巷道松动圈内岩体损伤度的变化趋势一致.实测值与理论值之间的误差都在7%以内,说明通过该方法计算岩体损伤度有较高的准确性和可靠性.