三种倾角结构面对岩体变形破坏特征影响研究

以山西朔州麻家梁煤矿砂岩以及张集煤矿闪长岩为例,将岩样加工成60°,75°,90°三种倾角结构面的岩样,并对加工后的结构面进行水泥填充,进而研究3种倾角结构面对岩体力学特性与破坏形态的影响。单轴压缩试验与数值模拟试验结果表明:随着倾角的增大,两种岩性岩样单轴抗压强度都呈现上升的趋势,同条件下的闪长岩岩样单轴抗压强度要小于砂岩岩样单轴抗压强度;结构面倾角为60°与75°的岩样主要从顶部与侧面结构面附近萌生裂隙开始发生破坏,随着加载应力不断增大,岩体顶部应力集中部分将出现破碎并使岩体完全破坏,而结构面倾角为90°的岩样主要是由于岩体顶部萌生出大量竖向扩张劈裂隙使岩体发生破坏。     

非贯通性节理砂岩剪切力学特性及破坏模式分析

为分析倾角对节理岩石砂岩剪切力学特性与破坏模式的影响,采用有限元对不同节理倾角砂岩进行直接剪切模拟。结果表明,随着节理倾角增大,岩石抗剪强度先减小后增大,节理倾角45°时岩石抗剪强度最弱;裂纹倾角与岩石破坏形态之间有着较为密切的关系,节理倾角小于45°时,主要表现为沿着剪切方向的左右错动,岩石以受剪为主。节理倾角大于45°时,节理两侧出现明显的压密,导致岩石中部应变量增大,顶部和底部应变量减少,变形不协调导致岩石的顶部和底部出现拉应力,最终导致岩石表现为拉剪破坏。     

基于神经网络的节理岩体单轴强度预测

基于RMT-150C岩石力学试验系统上的节理岩体单轴压缩试验结果,分析了影响节理岩体单轴压缩强度的因素。节理岩体的单轴压缩强度与节理贯通度、节理倾角、节理个数等因素有关,且是一种复杂的非线性关系。同一贯通度节理岩体在节理倾角为0°时峰值强度最大;同一节理倾角岩体的峰值强度随着贯通度的增大而减小。考虑到多种因素对节理岩体单轴压缩强度的影响,建立了BP神经网络模型,对节理岩体的单轴压缩强度进行预测,然后利用遗传算法优化BP神经网络模型。通过岩石单轴压缩试验样本数据的学习,遗传算法优化的神经网络模型能够很好地预测节理岩体的单轴压缩强度。     

非贯穿性节理对岩体单轴抗压强度的影响

灵活运用ANSYS/FLAC3D等软件构建含有非贯穿性节理岩体的圆柱体试件。通过对比分析含单一结构面岩石的单轴压缩数值试验结果与已有研究成果,论证了此方法模拟裂隙岩体的合理性。在此基础上,通过模拟不同倾角和尺寸的圆柱体试件的单轴压缩试验,揭示了非贯穿性节理对岩体试件抗压强度的影响,以及含不同倾角的非贯穿性节理岩体单轴抗压强度的尺寸效应特征。当非贯穿性节理倾角为45°~60°时,试件单轴抗压强度存在最小值;当倾角为90°时,试件单轴抗压强度最大,即当非贯穿性节理与岩体受力方向平行时,对岩体单轴抗压强度影响较小;不同尺寸岩体试件单轴抗压强度随非贯穿性节理倾角的变化规律基本一致。含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度受节理倾角的影响较大,其变化规律与含贯穿性节理的岩体相似。除倾角90°岩体外,含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度存在明显的尺寸效应特征。     

非贯通节理岩体单轴压缩试验研究

对不同节理倾角、不同节理连通率的预制节理圆柱形岩体试样进行单轴压缩试验。结果表明:试样的强度、变形特性及破坏模式与节理构造形态密切相关;在不同节理连通率下,不同角度的非贯通节理试样的力学特性均表现出各向异性特征,随着节理连通率的增大,各向异性特征越来越明显,岩体峰值强度逐渐下降,岩体在弹性阶段的最大弹性模量也逐渐降低;相应地,试件的破坏模式也变得更加复杂,随着节理连通率的增大,应力-应变曲线的斜率逐渐减小,曲线出现多个峰值,且有较明显的屈服平台;非贯通节理岩体峰值强度和弹性模量随节理连通率的非线性变化规律,可分别采用二次和三次多项式函数表示,其系数与节理倾角有关;非贯通节理试样的裂纹变化特征与节理连通率、节理倾角有着密切的联系。     

干湿循环节理砂岩单轴压缩声发射演化特征

干湿循环对岩石造成不可逆的累积损伤,而岩石的变形破坏过程伴随着明显的声学特征。为探讨干湿循环后节理砂岩变形破裂机理,通过开展节理砂岩室内单轴压缩试验,采用声发射测试技术监测岩样损伤破坏的声学数据,研究历经0、1、5、10、15、20次干湿循环作用后的完整、单节理、双节理砂岩岩样在变形破裂过程中声发射参数的演化特征。结果表明：随着干湿循环次数的增加,砂岩岩样峰后塑性特征逐渐增强,声发射活动表现存在微弱、增强、陡增、剧烈4个阶段;随着干湿循环次数的增加,节理岩样声发射剧烈活动阶段的持续时间、累计振铃计数的降幅以及变形破坏过程中的声发射b值均呈逐步增大的趋势;各种干湿循环次数情况下完整岩样的声发射b值均大于节理岩样。研究成果可为干湿循环下节理岩体变形破坏机理研究提供有益的参考。     

水岩作用下裂隙岩体变形特性试验研究

为了解水岩作用对完整岩体及损伤裂隙岩体变形特性的影响,在一定应力状态下将岩样预压损伤后,分别在0 MPa、0.4 MPa、0.8 MPa的水压力缸中密封浸泡30 d再进行重复加载破坏试验。试验结果表明:经预压破坏后,未浸水的裂隙岩样在不同围压下再次加载至完全破坏时,极限应变变化幅度较小,低于7%,弹性模量降低12%~23%,变形模量降低3%~5%,极限应变、模量变化与围压之间没有明显关系;压力水浸泡对岩体软化作用明显,经预压破坏含有裂隙的岩体,浸泡后再次加载时,极限应变增加0%~37%,弹性模量降低28%~61%,变形模量降低32%~57%。相同围压下,含预压裂隙岩样在浸泡后的强度相比完整岩样未浸水时有较大幅度的下降。比较不同水压浸泡后裂隙岩样,随着浸泡水压的增大,岩样强度降低程度越大;随着围压的增大,岩样强度随水压增大降低的程度逐渐减小。含预压裂隙岩样若不考虑压力水浸泡作用,第二次加载强度与第一次加载相比亦有所降低,围压越大,降低程度越小,裂纹对岩体强度的影响越小。与"完整"岩体相比,裂隙岩体对水软化作用更加敏感,长期浸泡后岩体力学性质弱化明显,更易产生不稳定问题。     

含节理泥质粉砂岩强度特征试验研究

为了分析南京秦淮东河工程黄马青组泥质粉砂岩的强度特征,通过钻孔取芯制作标准样对含节理岩石进行单轴和三轴压缩试验,得到不同围压条件下岩石破坏时的应力-应变关系.通过对岩石破坏时不同倾角节理面上的正应力和剪应力进行计算,并根据Mohr-Coulomb强度理论对试验结果按照强度准则进行线性拟合,得到结构面和岩体的摩擦角和内聚...     

库岸边坡水-岩作用对节理砂岩力学特性影响研究

三峡库区蓄水之后,库水位在145 m和175 m之间呈周期性的升降变化趋势,考虑消落带岩体的实际赋存环境,设计进行了考虑水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验,分析了水-岩作用的劣化效应。研究结果表明:(1)节理砂岩抗压强度、变形模量随节理倾角的变化呈先减小再增大的U形变化规律,在周期性水-岩作用下,节理砂岩的抗压强度和变形模量劣化效应明显,其中前5次水-岩作用导致的劣化效应尤为显著;(2)水-岩作用使得节理砂岩的各向异性力学特性逐渐减弱,其中,抗压强度的各向异性度从1.56降低到1.41,变形模量的各向异性度从1.53降低到1.33;(3)水-岩作用不仅使得岩体整体力学性质劣化,也逐渐改变节理岩体的破坏模式,导致不同倾角节理砂岩力学特性劣化趋势存在明显差异,其中,在节理倾角为0°和90°附近时,水-岩作用导致的劣化幅度相对较大,而节理倾角为60。左右时的劣化幅度相对较小。研究结果可为库岸边坡的长期变形稳定分析提供较好的参考。     

岩样单裂隙几何参数对其破坏模式与强度的影响

在含单裂隙岩体的试验中,对裂纹类型和试样破坏模式的研究可以帮助预测裂纹的萌生、扩展等现象,然而在工程结构设计中,应该更加关注岩体的承载力,即破坏强度。为了研究裂隙与岩体强度的关系,采用FLAC^3D建立相应试样的数值计算模型,同时改变其中单裂隙的倾角、长度等参数,通过对多组试样的加载试验,研究了单裂隙的几何参数(裂隙倾角、长度和张开度)对岩样破坏强度的影响。结果表明:随着裂隙长度的增大,试样峰值应力不断降低;随着裂隙倾角的增大,试样峰值应力整体呈增大趋势,但是当倾角<60°时,增长较缓慢,当倾角>60°时,峰值应力迅速增大;在试验范围内,随着裂隙张开度的增大,试样峰值应力基本保持不变。研究成果可为预测含单裂隙岩体的裂纹扩展和强度提供参考依据。     

结构面倾角对节理岩体的连通特性和综合抗剪强度的影响

本文介绍了一种确定岩体结构面连通率的方法，该方法首先在岩体结构面网络中搜索到结构面-完整岩石组合的最小抗剪力路径，然后在此最小抗剪力路径上计算结构面的连通率。在考虑结构面的倾角后，本文首先推导出计算结构面抗剪应力的公式，进而提出在岩体结构面网络中搜寻最小抗剪力路径的方法。算例分析表明，考虑结构面倾角后，计算得出的结构面的连通率一般变小，而且在变化的幅度上不能忽略。文中还提供了一种新的确定岩体综合抗剪强度的方法，该综合抗剪强度不仅考虑了结构面和岩桥的抗剪破坏机理，还考虑了另一重要因素——结构面倾角的影响。实例分析表明结构面的倾角对确定岩体的综合抗剪强度影响很大。     

考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟

节理岩体变形模量是深部岩体工程设计及稳定性分析的重要设计参数,开展围压对节理岩体变形特征及破坏形态的研究具有重要意义。采用离散元数值模拟与室内试验测试相结合的研究方法,开展不同围压条件下含两组预制节理的块状节理岩体三轴压缩变形破坏数值模拟研究,主要结论如下：（1）块状节理岩体的变形模量随着围压的增大而增大,当围压超过4 MPa时,变形模量的变化趋于平缓;（2）块状节理岩体的破坏模式分为两种：一是产生沿着已有节理面的滑动破坏;二是产生穿过整个岩体的剪切破坏,且随着围压的增大,块状节理岩体的破坏模式由节理滑动破坏向岩块剪切破坏转变;（3）对于1+2、2+3、3+5和5+7块状节理岩体模型,发生破坏模式转变的围压分别为0.5、1.0、4.0和4.0 MPa。     

复杂节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响研究

基于三维块体离散元软件3ＤＥＣ程序,考虑存在三组节理的复杂节理岩体的情况,通过对10个 不同尺寸的岩体块体进行直剪试验模拟,探讨岩体尺寸对于剪切强度特性的影响效果。由于剪切面相 对节理面位置的不同,块体分为两组（第Ⅰ、Ⅱ组）,得出了法向应力作用下的剪切应力与水平位移的关 系曲线图。通过计算可得出剪切强度参数———黏聚力和摩擦角及其与块体尺寸的关系曲线。由此可 见,两组的差异较大,故在进行选择参数时应根据剪切面的位置分别进行考虑。最后对岩体的剪切强度 特性的尺寸效应进行了理论分析,认为节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响的关键原因是节理结构面 的存在,节理的相对位置、组数、间距、材料属性等都是重要的影响因素。     

岩层产状对层状岩体地下厂房围岩松弛变形特征影响分析

针对层状岩体地下厂房围岩变形稳定问题,本文基于三维块体离散元软件(3DEC),采用数值模拟,研究岩层产状对层状岩体地下厂房围岩松弛变形特征的影响规律.研究结果表明,当岩层倾角小于30°时,厂房开挖后围岩最大变形发生在顶拱和底板部位,当岩层倾角大于60°时,最大变形发生在边墙部位;在相同条件下,随着岩层倾角的增加,厂房开...     

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。     

含天然微裂隙岩石的力学特性试验研究

为研究含天然微裂隙岩石的劈裂力学特性及微观结构,对含天然微裂隙岩石进行单轴压缩试验、劈裂试验与SEM扫描试验。分析了微裂隙岩石单轴压缩试验及劈裂试验的破坏形式、抗拉强度的变化规律,并对劈裂破坏形式中岩石较为破碎部分进行微观结构分析。研究结果表明:在单轴压缩试验中,天然微裂隙岩石破坏形式主要表现为张拉破坏、沿天然裂隙面剪切破坏以及拉剪复合破坏;天然微裂隙倾角对岩石抗拉强度影响较大,其抗拉强度随微裂隙倾角增大而增大;岩样发生劈裂破坏后较为破碎的部分,其劈裂力学特性主要受天然微裂隙岩石的微观结构决定,其微观结构主要分为根状结构、雾区结构、台阶结构3种形式,根状结构微裂隙岩石的力学性质最差,台阶结构微裂隙岩石的力学性质最好。研究成果可为天然微裂隙岩石的力学特性理论研究及其工程应用提供参考依据。     

含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透（反）射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透（反）射曲线,则在给定节理数目时,其透（反）射系数总大（小）于临界透（反）曲线上对应的透（反）射系数数值。     

节理岩体宏微观损伤耦合的三维本构模型研究

提出了考虑宏微观损伤耦合的节理岩体本构模型,其中微观损伤模型采用基于应变强度准则和岩石微元强度服从Weibull分布的统计损伤模型,把其应用于被节理切割而成岩块。节理岩体损伤张量计算是该模型的一个关键问题,在已有的二维问题损伤张量计算方法的基础上对三维问题损伤张量计算方法进行了讨论。结果表明,所提出的本构模型能够较好地反映宏、微观两类损伤对岩体力学性能的影响。也能够较好地反映试件强度随围压的变化规律,因而较为合理。更多还原