岩体节理大小估算新方法研究

 节理大小主要指节理空间延伸范围,对于节理泊松圆盘模型,节理大小可以用圆盘直径表示。Warburton的方法需要先假设直径的分布形式,理论上正确,但并不实用。不假定节理直径的可能分布,提出一种新的方法估算节理直径分布,该方法在已知节理迹长分布基础上,通过设定不同节理直径平均值初值,计算相应节理直径分布,得到不同节理直径平均值初值和数值计算节理直径平均值之间的相对误差。分析相对误差与节理直径平均值初值之间的相互关系,当误差为0时,得到数值计算最佳节理直径平均值,从而获得相应节理直径分布。采用节理直径负指数和对数正态分布2种理想分布来验证数值方法的有效性,结果理论节理直径平均值和数值计算节理直径平均值之间的相对误差很小,且节理直径分布和理论节理直径分布一致。通过理论节理直径平均值和标准差变化对数值方法进行参数分析,研究数值方法计算节理直径分布的适用性。在节理直径平均值较大而标准差较小条件下,利用数值方法,所得节理直径分布更加准确。利用该数值方法研究节理直径分布简便实用。将该方法应用于我国高放废物处置库预选区甘肃北山芨芨采石场结构均质II区,获得该区岩体节理直径分布。     

新疆阿奇山地段岩体节理特征研究

我国高放废物处置库新疆预选区的阿奇山地段是有利候选地段之一。本次在阿奇山地段进行详细的地质节理调查,以地表露头及采石坑内的节理为主要对象,通过现场节理调查取得节理数据,共测得3680条节理数据。进行节理几何特征的概率分析,对岩体赋存的结构条件进行有效、准确的描述和定量分析,准确地确定岩体节理的分布。由结果可以看出阿奇山地段的岩体节理以陡倾角的剪节理为主,且节理倾向和倾角符合正态分布规律,节理间距用负指数分布规律很好表示,阿奇山地段各区域的节理间距属于宽间距,由此表明此地段岩体完整性较好。本次研究得到阿奇山地段岩体节理基本特征参数,为高放废物深地质处置库的选址、概念库设计以及进行核素迁移规律研究提供翔实的资料。     

岩体节理平均迹长估计

分析总结岩体节理平均迹长的估计方法后，扩展了测线法节理平均迹长估计的理论基础。扩展后的测线法在相同的现场节理调查数据下，可更加准确地估计岩体节理的平均迹长。同时指出，采用圆形窗口法平均迹长估计时，假设迹线中点在窗口中均匀分布与实际情况偏差很大，为避免迹线中点不均布的情况必须保证窗口的尺度足够大。随着圆形取样窗口的增大，迹线中点密度在窗口中的变化减小，估计所获得的节理平均迹长的准确度较高。通过现场节理调查获得丰富的节理数据，采用扩展的测线法和圆形窗口法分别估计岩体节理的平均迹长。当圆形窗口的直径与测线法删节长度相等时，扩展测线法和圆形窗口法估计所得的岩体节理平均迹长比较接近，由此可确定研究区域的岩体节理平均迹长。     

甘肃北山芨芨采石场岩体节理特征研究

 芨芨采石场是我国高放废物处置库甘肃北山预选区有利候选地段之一。采用综合节理测量法在芨芨采石场进行详细的节理调查，共获得13 012条节理数据。根据芨芨采石场内的断层将该区域初步划分为3个岩体结构均质区和2个断层影响区。基于圆形窗口法原理编制计算程序，分析断层两侧节理的平均迹长和迹线中点面密度的变化，确定断层对节理分布的影响范围，准确划分岩体结构均质区的大小，并得出各均质区节理的平均迹长和迹线中点面密度；采用节理玫瑰花图和节理极点图法，得出各均质区节理的优势组，对各优势组的产状进行统计分析。芨芨采石场的岩体节理以陡倾角的剪节理为主，节理倾向和倾角符合正态分布；统计分析各优势组的节理间距，得出各优势组节理间距符合负指数分布。按照ISRM提出的《岩体不连续面定量描述的建议方法》(1978)，采石场各结构均质区的节理间距都属于宽间距，表明岩体完整性较好。本次研究得到芨芨采石场岩体节理基本特征的定量化参数，为岩体力学和渗流特性的深入研究提供必要的数据。     

岩体节理平均迹长和迹线中点面密度估计

在现场节理调查中，采用圆形窗口直接进行节理调查并不实用。将所有的迹线类型设计成统一的数据结构，读取现场测量的数据；然后在生成的节理迹线图上布置圆形取样窗口。根据测量数据的具体情况调整圆形取样窗口的位置、数量和半径，同时判断并记录每个圆形取样窗口对应的各种迹线类型的数量。利用圆形窗口法原理。在估计节理迹线平均长度的同时计算出节理迹线中点面密度。对于实际测量数据，节理迹线中点并非均匀分布，选择恰当的圆形窗口位置和半径，才能得出合理的结果。采用同心圆法和相切圆法对岌岌采石场岩体节理的平均迹长和迹线中点面密度进行估计，分析表明采用相切圆法能够得出稳定且具有一致性的结果。利用该法计算出中国高放废物处置库甘肃北山预选区域岌岌采石场断裂两侧露头的平均迹长和迹线中点面密度，分析断裂对两侧岩体节理影响的范围。     

岩体节理三维网络模拟技术及渗透率张量分析

在现场地质调查的基础上，对节理开度的概率分布函数进行了拟合，并进行了假设分布的有效性检验。这样，在进行节理三维网络模拟时，就可以生成具有厚度的圆盘来模拟岩体节理的空间分布。岩体节理的渗流量正比于节理开度的三次方，在Monte-Carlo法生成的模拟节理开度的三维节理网络的基础上，结合所述方法对岩体渗透率张量进行分析，使岩体渗透率张量的计算更加合理可行，且计算结果能更加客观地反映岩体的渗透特性。     

柱状节理岩体各向异性强度准则研究

以正六棱柱型柱状节理岩体为研究对象,根据柱状节理的分布特性,在参考Ramamurthy非线性强度准则的基础上,引入节理系数表征节理对岩体强度的影响,建立正六棱柱型柱状节理岩体各向异性强度准则。该强度准则以幂指数形式反映柱状节理岩体的强度非线性。分析时首先针对正六棱柱型柱状节理岩体,研究节理系数的计算方法,然后结合模拟柱状节理岩体单轴和三轴压缩试验结果确定各向异性强度准则中的常数,在此基础上采用已有试验数据对该各向异性强度准则进行初步验证。结果表明:该各向异性强度准则能够较好地反映柱状节理岩体强度的各向异性和非线性,预测值与实测值比较吻合。     

节理岩体的损伤断裂模型及验证

本文针对节理岩体提出了损伤断裂模型.文中从自一致理论和即时模量概念出发推求岩体等效柔度张量.并将其定义损伤变量,进而从节理的断裂扩展过程对其建立损伤演化方程.最后通过模拟节理岩体的试验成果和某地下洞室实测位移成果对损伤断裂模型进行了验证,并将其应用于我国某高坝复杂地基的稳定分析中。     

节理岩体断裂损伤模型在三峡坝基岩体力学参数模拟和预测中的应用

基于节理岩体的断裂损伤模型，建立基于等效柔度张量及特定破坏准则等效体力学参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用于三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中，通过与节理刚度模型、包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中。通过与节理刚度模型，包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测中较为适用，为三峡工程的坝基岩体稳定分析提供了参考。     

岩体轴向抗压强度与变形尺度效应的节理分布影响

 采用相似模拟材料,用预置硫酸纸模拟试件节理,研究5种分形节理岩体的轴向抗压强度和变形的尺度效应,获得同一尺度下岩体强度和变形随节理分形维数变化的试验数据。在分析强度与变形受尺度和节理分布维数单因素影响规律的基础上,建立二维影响关系经验公式。试验结果表明,岩体强度和变形模量均随尺度和节理分形维数的增加而降低,泊松比则随尺度和分形维数增加而增加;试件破坏的总体规律是随尺度和节理分形维数增加,岩石的延性增加,但破坏过程与方式受节理分布的控制。     

开采沉陷中的岩体节理效应

根据节理受剪破坏和受拉破坏的特点，结合断裂力学，推出了节理岩体的损伤张量，编制了节理损伤有限元程序ＴＷＯＤ，进行了开采沉陷的计算机模拟计算，表明岩体中节理的存在使地表移动量增大，且下沉、水平移动曲线不对称。基于模拟数据，给出了下沉系数及水平移动系数与节理迹长、倾角、密度之间的关系式，为实际应用中考虑节理的影响提供了实用程序和方法。     

直剪条件下节理岩体的变形和强度特征研究

通过建立单一闭合水平节理岩体的数值模型，运用数值模拟软件对节理岩体模型在直剪试验条件下节理的剪切变形和强度特征进行模拟，并对模拟结果做了分析。     

基于3D打印技术的模拟柱状节理岩体试样制备方法

以规则正六棱柱型柱状节理岩体为对象,介绍了基于3D打印技术的模拟柱状节理岩体试样制备方法,即在SolidWork中建立柱状节理网络3D打印数字模型,以光敏树脂为打印材料,采用3D打印技术打印具有不同倾角的圆柱形柱状节理网络模型,并以此为模具,采用白水泥浆为模型材料进行浇筑,经过拆模、黏结等程序制备具有不同倾角的模拟柱状节理岩体试件;再通过对试件进行单轴抗压强度试验,分析模拟柱状节理岩体试件的强度、变形和破坏特征,初步验证了上述基于3D打印技术的制样方法能够较好考虑柱状节理岩体的结构特性,反映柱状节理对岩体强度的弱化效应,所制备的柱状节理岩体试件基本满足柱状节理岩体室内试验的要求。     

等效岩体随机节理三维网络模型构建方法研究

由于目前仍难以将建立的结构面网络模型直接应用于岩体力学行为的分析,构建反映节理真实空间状态的等效岩体模型是岩体工程稳定性分析与计算的研究基础。以内蒙古白云鄂博铁矿东矿为研究背景,通过现场节理测线法调查,运用概率统计理论对节理倾向、倾角、间距和迹长进行统计分析、偏差校正并建立概率分布模型。在此基础上,根据Monte Carlo随机模拟理论并采用Matlab软件,获取节理模拟数据,并通过OPEN GL三维可视化技术构建能充分反映工程岩体节理分布特征的等效岩体随机节理三维网络模型,模拟结果与实测数据具有良好的统计相似性。该研究成果可为等效岩体技术所利用,并为后续开展节理岩体变形特性、强度特性、尺寸效应、各向异性、表征单元体积(REV)、关键块体识别、开挖效应、破裂机理等量化分析研究奠定基础。     

基于颗粒流程序的仿真节理岩体模型及其应用

为实现采矿巷道周边节理网络的仿真模拟以及节理岩体中巷道的稳定性分析,构建了包含颗粒流块体模型、原生节理网络和次生节理网络的仿真节理岩体模型。针对岩体内部次生节理产状和面积不可准确测量的难题,提出了卸荷作用下次生节理产状和面积的计算方法:根据开挖前后应力张量变化计算卸荷方向,利用Fisher分布函数生成围绕在卸荷方向附近的随机节理产状;监测卸荷前后颗粒中储存能量的变化,计算节理面积和半径。通过布置测线方式获得巷道中原生节理密度和产状信息,利用Monte-Carlo方法实现对原生节理的重建;利用次生节理计算方法实现次生节理网络的建立,从而建立仿真节理网络以及仿真节理岩体模型。计算结果显示:无节理模型中顶板和底板先破坏,以张拉破坏为主;而在仿真节理岩体模型中节理部位最先破坏,原生节理以剪切破坏为主,次生节理以张拉破坏为主,在高应力作用下巷道周边基本全部破坏,需整体支护且重点在左右两帮。该计算方法可为节理岩体中巷道的稳定性计算提供参考及建议。     

北山预选区新场地段岩体节理几何特征及评价

 准确分析和评价BS17,BS18和BS19钻孔周边岩体节理几何特征,是我国高放废物处置北山预选区新场地段场址筛选及适宜性评价的重点内容和关键步骤之一。通过现场调查、数理统计和概率分析等方法,对该地区的岩体节理几何特性进行研究,结果表明：(1) 各钻孔均发育4个节理优势组,尤以NE向和NW向最发育;(2) 节理倾角以陡倾角的剪节理为主,节理产状服从正态分布函数,节理间距可用负指数函数进行有效拟合;(3) 节理平均间距宽,迹长长,中点面密度小。基于岩体节理在高放废物处置库工程安全运行中的重要性。采用 法对岩体节理发育特征进行综合评价,发现新场地段3个钻孔周围岩体节理发育程度轻微、区域差异性小、岩体完整性好,断层对其两侧岩体的节理发育有促进作用,研究结果可为北山预选区处置库场址筛选和场址适宜性评价提供必要的数据支持。     

刀具动态作用下节理岩体破坏过程的数值模拟

基于细观损伤力学和动力有限元方法,模拟分析了节理岩体在刀具动态荷载作用下的损伤破裂过程,探讨了节理间距和节理角度的影响。在动力分析模型中,通过考虑黏弹性边界以排除边界应力波反射的影响,提高了计算精度。数值模拟结果表明,节理的存在改变了岩体中应力波的传播模式。一方面,节理面反射的拉伸应力波加剧了节理与刀具间岩体的碎裂;另一方面,软弱节理面破坏吸收了应力波能量,阻碍了应力波向下的传播,减弱了下部岩体的破坏程度。模拟结果还表明,节理间距越小,岩体破坏程度更加明显。倾斜节理的存在使刀具下部的裂纹出现不对称性扩展特征,影响了主裂纹向下扩展的能力,限制了其伸展的空间。节理岩体在刀具动态作用下的破坏过程研究还很少见到,研究结果对于节理岩体动态破坏的机理以及地下工程开挖等实际应用,具有一定的参考价值。     

节理岩体两种模式的数值分析

采用节理单元和复合本构模型,对节理岩体进行有限元模拟,分析比较了两种模式的数值结果     

节理岩体数值分析及模型试验研究

本文利用损伤模型分析了模拟节理岩体的力学特性,并利用地质力学模型试验分析了地下洞群的变形和应力状态,从而证明了损伤模型的正确性和实用性.     

岩体内共线张开型节理受压剪荷载的弹塑性分析

将岩体内共线多节理受压剪荷地匠问题简化为有限宽岩体摧的单节理受压剪荷载的问题，运用弹塑性断裂力学的线场分析方法将描述岩体材料破坏性性的摩尔－库仑准则列入求解岩体内节理断裂问题的基本方程中对节理裂隙在压剪荷载下进行求解。