分形节理模拟原理

本文介绍了分形节理的模拟原理 ,建立了有限尺度分形节理模拟的数学模型 ,讨论了盒计维数的分形分析方法。证实 ,运用分形方法可以用计算机模拟粗糙节理和它们的空间分布 ,用缩格法模拟的分布节理接近于实际分布 ,并具有良好的分形性     

岩石粗糙节理剪切强度的分形分析

以分形维数定量描述岩石节理面粗糙性,通过剪切实验分析研究节理剪切强度、法向应力和节理面分维的相互关系,建立了能够体现节理粗糙性和节理剪胀效应的节理剪切强度表达式,提出了适用于粗糙节理岩体的库仑强度的修正公式,为更深入、更准确地研究岩石节理剪切强度和岩体结构稳定性提供了新的方法。     

分形节理抗剪强度尺寸效应的数值试验

为了研究岩石节理抗剪强度参数取值中的尺寸效应问题,采用随机分形方法,重构了岩石节理剖面线,在此基础上,应用数值直剪试验方法,研究了不同分维值岩石分形节理抗剪强度参数随节理尺寸的变化规律.数值直剪试验结果表明岩石分形节理存在消除抗剪强度参数尺寸效应的临界节理尺寸(CJS).以分维值为1.1,1.2,1.3的岩石分形节理为例,得出其抗剪强度参数CJS分别为60,70,80 cm.节理剖面线分维值越大,分形节理抗剪强度参数的尺寸效应就越显著,临界节理尺寸也越大.     

岩石节理面粗糙程度研究

讨论了岩石节理面粗糙度的统计指标;提出用节理面分形模拟特征参数表征节理面粗糙度。     

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。     

分形节理抗剪强度尺寸效应的数值试验

为了研究岩石节理抗剪强度参数取值中的尺寸效应问题，采用随机分形方法，重构了岩石节理剖面线，在此基础上，应用数值直剪试验方法，研究了不同分维值岩石分形节理抗剪强度参数随节理尺寸的变化规律．数值直剪试验结果表明：岩石分形节理存在消除抗剪强度参数尺寸效应的临界节理尺寸（CJS）．以分维值为1．1，1．2，1．3的岩石分形节理为例，得出其抗剪强度参数CJS分别为60，70，80cm.节理剖面线分维值越大，分形节理抗剪强度参数的尺寸效应就越显著，临界节理尺寸也越大．     

岩石节理面粗糙程度研究

讨论了岩石节理面粗糙度的统计指标;提出用节理面分形模拟特征参数表征节理面粗糙度。     

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。     

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。     

岩石节理表面粗糙度的分形表征

岩石节理表面是一个介于2～3维之间的结构复杂、形态不规整的空间，统计上遵从分形的规律，适于采用分数维对其不规整几何量进行定量描述。本文重点叙述和讨论节理表面粗糙轮廓线的分形表征方法，以及分线数（D）与粗糙度系数（JRC）之间的经验关系。     

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     

岩体节理间距分布的分形模型研究

援引实测数据作基础，从分形几何角度研究了对爆破块度起极大影响作用的节理间距分布特征，通过均匀康托集构造过程说明节理间距组成的自相似结构，研究了反映其分布特征的分形模型。     

惠安花岗石的不同尺度的节理研究

节理是花岗石中普遍存在的构造形迹，通过对惠安岩体东南部的不同尺度节理进行的研究，认识到以主期节理为主导的一般节理系是控制惠安花岗石的成块性和风化露头形态的构造因素；微型节理与一般节理具有明显的相似性，微型节理组成多样式的节理图案，在花岗石抛光面上形成暗线、暗斑，影响花岗石的光泽度。因而，在石材的评价、开采和加工中不同尺度的节理研究是不可忽视的构造地质学问题。     

基于统计参数开展天然岩石节理粗糙度非均匀性和节理尺寸效应关联性研究

岩体结构面粗糙度的准确表征对结构面力学性质的精准描述具有重要意义。为查明天然岩石节理粗糙度评价结果中正负尺寸效应相互矛盾的发现,以浙江省青石镇采石场大尺寸岩体结构面为例,采用三维激光扫描技术,基于4个二维粗糙度统计参数(Z2、S_F、R_p和θ~*_max/(C+1)2D)对大型天然岩石节理面粗糙度进行量化。通过与变异函数方法中的分形参数进行比较,得到高度一致的结果。研究表明：节理表面粗糙度具有明显的非均匀性,且非均匀性对不同节理尺寸下粗糙度参数的计算结果具有重要影响;节理尺寸相关的尺度效应随着粗糙度均匀性的增加而减小。这表明节理尺寸引起的尺度效应一定程度上是源于节理表面粗糙度的非均匀性。     

粗糙节理对应力波透射率影响的数值分析

通过算例验证了利用UDEC研究应力波在节理位置传播时的透射率的可靠性;基于所定义的中线截距平均值与节理起伏均方根,建立了10种含不同粗糙程度的节理模型。研究表明,当节理的中线截距平均值相同时,应力波通过粗糙节理的透射率随节理起伏均方根的增大而降低;当节理起伏均方根相同时,应力波通过粗糙节理的透射率随节理中线截距平均值的增大而增大。 节理|粗糙度|应力波|透射率     

基于3D打印的内置粗糙节理岩体力学特性研究

为了研究地下工程隐伏粗糙节理围岩的稳定性特征,基于三维扫描获得了岩石的卸荷破裂面真实形态,进而分别通过3D打印技术和类岩石材料制备了充填型粗糙节理面和岩石基质,从而来浇筑含内置粗糙节理的岩体试样.通过常规三轴压缩试验,研究了粗糙度和围压对节理岩体强度、变形和破坏形态的影响规律.试验结果表明:随着节理面粗糙度的增大,岩体...     

一种新的表征岩石节理粗糙度指标系统

基于长方体微凸体两种破坏模式提出了等效高差概念来反映微凸体几何参数对剪切强度贡献比例。不同剪切方向的等效高差分布不同可反映节理剪切方向性。进而提出了基于等效高差的节理三维粗糙度指标系统,其中平均等效高差表征了不同破坏形式的微凸体对强度的贡献,也可反映节理面的起伏方向性;分形维数表征了不同尺度粗糙度的关系,可从尺度上全面描述节理面信息,并且也可表示剪切方向性。最后基于三维测量系统获取了节理面离散点坐标值并计算出新指标系统具体数值,验证了指标系统可以描述剪切方向性,同时克服了采样间距的影响。新指标系统物理意义明确,可反映不同微凸体对强度贡献比例。     

基于离散元方法的粗糙性节理岩体直剪力学及尺寸效应特性

天然岩体中存在多组随机结构面,同时结构面几何上存在粗糙特性,基于这两种特性,建立了一种粗糙离散节理网络(Rough Discrete Fractures Network)RDFN模型,并基于颗粒流PFC2D开展了RDFN模型直剪条件下力学特性研究,与直线型DFN模型进行了对比。结果表明:节理几何粗糙特性对裂隙岩体的抗剪特性影响显著。相同加载条件下,考虑粗糙性后RDFN模型的抗剪强度、剪切模量均较DFN模型显著增高;DFN模型中微裂纹沿节理方向贯通,局部存在少量的基岩破坏,RDFN模型破坏模式相对复杂,沿剪切方向基岩单元破坏显著;随着样本尺寸的增大,节理模型的抗剪强度、剪切模量总体上均呈现降低趋势;尺寸效应分析结果表明抗剪指标均在尺寸达到4.0 m后趋于稳定。     

川贫矿体三维节理网络的数值模拟

运用计算机模拟技术,采用蒙特卡罗模拟方法,结合现场实测节理几何参数,综合考虑3组优势节理和占一定比例的零散节理,模拟金川铜镍矿贫矿体内的三维节理分布.由模拟得出节理频度、节理半径、节理面与剖面的交线,节理圆盘中心到直线的距离,生成节理网络.模拟结果可作为自然崩落法设计与实施的依据.     

岩体节理面的分形与分维研究

应用分形几何理论对岩体节理进行描述，求得了节理的分维数df，并建立了节理分维数df与其粗糙度JRC的关系。有了节理的分维数就可方便的进行节理的分类及强度计算，这比传统的用JRC描述节理更具有实际意义。