岩石力学课程数值实验教学探索

岩石力学是一门实践性很强的工程学科,实验教学质量的好坏,直接影响课程的教学与效果。文章针对当前扩招后带来的岩石力学常规实验设备及条件不足等问题,提出采用数值实验的实验教学体系,并介绍了数值实验的特点及在岩石力学实验教学中的应用。数值实验教学体系相对于传统的实验教学模式,更有利于学生理解和掌握实验内容,提高实验教学质量,并对有效解决实验教学经费紧张、实验设备不足、实验教学设备陈旧等问题,适应当前中国高校扩招的发展要求提供了有益的参考。     

国内岩石力学数值分析的目前任务

近十年来,国内岩石力学数值分析的发展十分迅速,而且逐渐应用于工程实际,尤其是大量研究生拥入这一领域,无疑促进了我国岩石力学数值分析的发展,但发展中也还存在一些问题,有相当数量的学术论文空谈理论,没有结合实际工程。这既反映了我     

基于ABAQUS二次开发的岩石力学试验数值仿真系统

岩石力学试验是研究岩石力学特性,获取力学参数的重要途径。为研究不同荷载作用下不同尺寸试块的破坏过程,利用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,建立岩石力学试验过程的参数化数值模拟仿真系统。将考虑剪切效应的Drucker-Prager破坏准则编入vusdfld子程序中,引入失效单元删除算法研究荷载作用下岩石试块变形破坏过程,实现了岩石力学试验过程的数值仿真。以花岗岩试块三轴压缩试验为例,验证了仿真系统的有效性。该系统可根据用户需要与实验室加载平台进行数据匹配,极大提高了建模和分析效率,同时丰富了力学试验内容。     

智能岩石力学(2)——参数与模型的智能辨识

1引言输入参数和本构模型是岩石力学研究中最核心的两个问题。然而,由于岩石力学的研究对象是复杂的地质体,受断层、节理裂隙切割,加上工程开挖和外部环境的影响,致使许多情况下,我们不能获得很好的输入参数和本构模型。“输入参数和本构模型给不准”已成为岩石力学理论分析和数值模拟的“瓶颈”问题。本文应用智能岩石力学的观点【’,’］,就如何进行输入参数和本构模型的自适应辨识进行探讨。2输人参数的智能辨识2．1利用基于信息分形的神经网络巨构有关研究表明,岩体力学信息存在分形自相似性。例如,在空间和尺寸上,岩石微破裂…     

岩石力学参数的概率分布的Bayes推断

由于获得岩石力学参数的大样本的困难性，使得统计岩石力学参数概率分布函数成为一个难题。解决工程问题时，一般认为它们服从正态分布，但其精确度十分有限。对于一个具体工程，如何在有限的小样本条件，推断岩石的力学参数概率分布函数一直是一个研究热点。     

岩石力学教学中数值实验与工程实践的结合

针对工科院校岩石力学实践教学环节实行困难的问题,本文提出了结合工程实践的数值实验方法。通过分析数值实验方法以及工程实例案例教学方法的优点,得到了将数值实验与工程实践相结合的必要性。通过实例分析,充分说明了与工程实践相结合的数值实验方法的优越性,对工科院校岩石力学的教学具有一定的指导意义。     

岩石工程数值分析中选择岩体力学参数的神经元网络方法

讨论了确定岩石工程数值分析中所需输入的岩体力学参数的人工神经元网络法,这种方法的优点是可以考虑的较多非定量的岩体地持同描述。应用实例表明,计算结果与实测结果比较一致。     

川东自流井地层岩石力学参数的试验研究

本文用岩心实验的方法对川东地区自流井地层岩石进行了研究,茆是井壁稳定力学模型中的相关系数,建立了岩石抗剪强度破坏条件,为力泞求解及确定平衡压力当量密度提供了可靠垢数据。平衡压力当量密度的理论计算结果与实钻资料吻合。为该地区钻井液的正确选取提供了理论依据的设计方法。     

当前岩石力学数值方法的几点思考

当前岩石力学数值方法的几点思考李宁Ｇ．Ｓｗｏｂｏｄａ（西安理工大学岩土所西安７１００４８）（奥地利茵斯布鲁克大学奥地利Ａ－６０２０）岩石力学是研究岩体材料的物理力学性质并将其应用于工程问题的学科。岩体比任何人工材料的力学特性都复杂，其复杂性可归结为三...     

节理岩体力学参数的选取与应用

在岩块的变形和强度参数及岩体结构面的野外统计窗资料的基础上，利用损伤力学和Hook-Brown准则进行节理岩体力学参数的选取，从而为岩体工程数值模拟提供较可靠的参数。最后，给出了该方法应用于浙江三门核电厂人工边坡数值计算的实例。     

基于DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。     

随机非均质热弹性力学模型与岩石热破裂门槛值的数值试验研究

考虑岩石细观组构的不同，建立了随机非均匀介质的热弹性力学模型，给出了一般意义下的有限元分析方法。进而，仅考虑热膨胀系数为随机变量，在平面应力模型下，进行了岩石热破裂的数值试验，以花岗岩为样本，对均匀分布、正态分布、韦泊分布3种随机分布下热膨胀系数变化引起的岩石破裂门槛值的变化做了详细研究。结果表明，热膨胀系数的概率分布形式对花岗石热破裂规律及门槛值温度有重要影响。     

不确定性岩石力学参数的区间反分析

考虑量测信息的不确定性，将岩石力学参数视为未知但有界的区间变量，建立了非线隆岩石力学参数的区间反分析模型。运用带约束的优化技术查变容差法求解反演模型，得出了不确定性力学参数的区间范围，研究了不同的量测精度和反演参数个数对反分析结果的影响，结论合乎规律，为实际工程分析提供了有价值的信息。     

预制裂纹岩石压剪试验的数值模拟分析

采用岩石破裂过程分析软件RFPA^2D对预制裂隙大理岩试样的压剪试验进行数值模拟。数值分析表明，次生裂纹基本沿裂纹尖端萌生和扩展，所形成翼裂一股逐步趋向与荷载方向一致，这和试验结果是相吻合的。尽管某些数值分析结果和试验结果并不完全符合，但数值分析的模型和参数基本上有效地模拟了真实岩体介质的不均质性等力学特性。同时，采用该软件分析了加工小孔对裂尖应力状况的影响，加工小孔的存在对试验结果有一定影响，但并没有实质性影响。其影响主要在两方面：一是使翼裂起裂角变大，扩展路径变曲折；二是使材料更易于在裂尖引发二次(剪切)裂纹。最后，对锯齿形裂纹模型进行了初步的数值模拟。     

基于SHPB试验的岩石动态力学响应分析

采用分离式霍普金森压杆试验系统对砂岩进行冲击压缩试验,得到了砂岩的动态冲击压缩应力-应变曲线,研究了砂岩在冲击荷载作用下的动态力学响应,分析了砂岩的动态抗压强度、峰值应变及冲击破碎后的粒径分布等随应变率的变化规律。试验结果表明:在冲击荷载作用下,应变率对砂岩的力学行为有很大的影响,随着应变率的升高,砂岩的动态抗压强度及峰值应变均有较大程度的提高,表现出明显的应变率效应;砂岩破坏后的粒径分布呈现渐进性变化,大体分为三种类型,对岩石试件破坏后的粒径和块度分布进行研究能很好的表征试件破坏后的状况。     

岩石-混凝土相互作用力学行为的数值模拟研究

针对大坝与坝基、坝肩与库岸相互作用机理，在总结了几种典型接触单元基础上，根据谢和平提出的两体力学模型，采用有限差分程序FLAC，对岩石一混凝士接触界面在直剪作用下的力学性能进行了数值模拟，研究了两体力学模型的破坏过程及不同接触面粗糙度对其整体力学性能的影响。结果表明，两体力学模型破坏过程具有几个明显的不同阶段，节理面粗糙度对其力学性能具有明显的影响。     

岩石力学参数随钻评价模型研究

在钻井过程中，保持井眼稳定性是保证正常钻进的基础。而随钻井眼稳定性评价，由于其实时性，能够及时反映井眼情况，从而，得到越来越多的重视。岩石力学参数是随钻井眼稳定性评价的基础参数，所以，建立岩石力学参数随钻评价模型，成为此项工作的核心。利用混合理论，在充分认识岩石物理性质影响因素的基础上，通过分析微结构对岩石物理性质特别是力学、声学及电学性质的重要影响，对现场测井资料进行统计分析，得到岩石的波速与岩石不同探测深度电阻率对数的比值存在线性关系，提出了利用随钻测井的电阻率资料进行地层岩石力学参数评价的模型。并将建立的模型应用于某地区的岩石力学参数及井眼稳定性评价中，现场应用取得了很好的效果。     

冲击钻钻速与隧道岩石力学参数的关系探讨

超前冲击钻钻探是岩石隧道中一种轻便、快捷、成本较低的直接地质预报方法,通过钻进数据可以判断掌子面前方地层的状况,降低地质事故的发生率.目前在地质钻预报方面主要是通过不在同一平面的三个钻孔来预测地层空间位置,对于地层性质的预测通常是定性的.作者以一种钻机为基础,进行了大量的现场实测,根据现场实测数据、实验室测试数据、现场的地质描述,分析了冲击钻钻速与岩石抗压强度、围岩类别的定量关系,建立了钻速与岩石BQ的统计关系式,这为隧道变更设计,预防事故提供了坚实的数据基础.     

岩石边坡工程与卸荷非线性岩石(体) 力学

 提出卸荷非线性岩石力学的概念及其主要内容, 指出卸荷非线性岩石力学与加载岩石 力学的区别。认为岩石边坡开挖为卸荷条件, 以往用加载岩石力学方法不能反映边坡岩体的 实际力学状态。采用卸荷非线性岩石力学方法对自然边坡及人工边坡的分析实例表明, 计算 成果与实际情况吻合。     

基于数值分析的岩石块体稳定性评价一般性方法

 为解决岩石块体在各种复杂条件下的稳定性评价问题,在已有的岩石块体识别的单元重构–聚合方法基础上,进一步提出基于数值分析的块体稳定性评价一般性方法。该方法以含有块体信息的网格模型为出发点,首先引入界面单元,实现块体–围岩结构面滑移和脱开的模拟。其次,提出可动块体的定义和基于数值分析的块体运动形式判别方法。然后,基于结构面强度折减思路,提出块体安全系数定义和加固分析方法,从而实现基于数值分析的块体稳定性评价。该方法相比于刚体极限平衡法,能够考虑初始地应力、围岩变形和非滑面抗剪性能对块体稳定性影响,且在一定条件下,分析结果可与刚体极限平衡法结果基本等同。最后,通过算例验证了该方法的可靠性、有效性,并论证了其与刚体极限平衡法分析结果的关系。算例结果同时表明：该方法可综合考虑块体几何形态、块体埋深和块体出露高度对其稳定性的影响,能够适应复杂条件下工程岩体开挖过程的块体稳定性评价。该方法与已提出的块体识别方法,构成一套有关岩石块体的“识别–可动性判别–运动形式确定–稳定性评价–加固分析”的完整方法体系,总体平行于当前块体力学分析的常用方法(如块体理论),为研究块体在各种复杂条件下的稳定性演化提供了新的实现思路。