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。     

Hoek—Brown准则在黑泉水库边坡稳定中的应用

详细介绍了最新的Hoek-Brown屈服准则,并结合黑泉水库边坡工程,基于强度折减法计箅边坡安全系数,与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟对比,得出基于Hoek-Brown屈服准则的模拟计算结果与Mohr-Coulomb屈服准则的一致并且正确的结论.与Mohr-Coulomb屈服准则相比,Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑件流动法则,更好地体现了节理岩体的变形和破坏机理,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析.     

节理岩体边坡稳定上限分析方法

运用Goodman节理单元和上限分析定理研究节理岩体边坡稳定情况。假设组成岩体的岩块和节理为理想刚塑性且满足Mohr-Coulomb屈服准则,采用Goodman节理单元建立了节理岩体边坡稳定的上限分析有限元格式。通过把外载或自重的载荷乘子作为目标函数,形成了带等式约束的非线性数学规划问题,采用一种无搜索直接迭代算法求解。数值计算结果表明单组节理岩体的节理方向对岩体边坡稳定影响明显。     

基于结构面几何参数的深部隧洞围岩破坏机理研究

岩体的强度主要由结构面控制,为确定结构面对隧洞围岩的影响,在对围岩中单一结构面的应力分布和破坏形式进行理论分析的基础上,研究了结构面倾角以及结构面到隧洞中心的距离对节理围岩破坏机理的影响。并利用3DEC离散元程序分别对不同结构面分布、不同岩石强度和结构面强度下18种组合的围岩变形进行了计算,分析了结构面不同分布情况下围岩的破坏模式;对比分析岩石、结构面强度不同组合下岩石强度和变形特征,研究了结构面力学变形性质在岩体损伤破坏中的贡献。研究结果表明:结构面距开挖轮廓线越近越容易发生破坏;结构面倾角影响结构面首先发生破坏的位置;结构面的分布决定围岩首先发生破坏的位置,结构面的破坏不一定会导致围岩的破坏。研究成果对不同结构面组合分布的围岩变形和破坏分析具有一定的指导意义。     

加锚节理岩体断裂损伤模型及其应用

基于等效应变能原理，在分析压剪、拉剪应力状态下加锚节理面的受力与变形特点的基础上，运用断裂损伤力学的方法建立了加锚断续节理岩体的本构模型及其损伤演化方程，并将该成果应用到黄河小浪底水利枢纽工程地下厂房洞室群施工稳定性分析中.结果表明，该模型能较好地反映加锚节理岩体力学特性及开挖卸荷过程中围岩渐近破坏的规律。     

湿度扩散诱发的节理岩体时效变形特性研究

湿度对岩体结构性能的影响显著,不仅造成岩体物理力学性能弱化,还在一定程度上产生湿涨变形,进而改变岩体的应力状态,大大增强岩体的时效变形特性。为了分析节理岩体在高湿度环境下的时效变形,采用湿度-应力-损伤耦合数值模型对水敏感岩体隧洞开挖后的变形量、围岩内的湿度扩散,以及应力演化进行了数值分析。通过对单组和2组节理岩体的变形、应力、湿度扩散的分析,揭示了节理弱面对湿度扩散和岩体变形的强化作用。开挖隧洞拱顶和底板变形量的分析结果表明高湿度环境是水敏感岩体隧洞产生底鼓的重要原因之一。湿度扩散引起隧洞顶部和底部围岩产生大量破坏,致使相应部位的位移量陡增。此外,单组节理对岩体的湿度扩散的方向起到明显的导向作用,而多组相互斜交的节理则在一定程度上削弱了湿度扩散的各向异性。     

节理岩体声发射特性试验研究

天然岩体为特殊结构的不连续体,其声发射特性要比岩块复杂的多。以0°,30°,45°,60°,90°倾角节理试件为研究对象,开展了单轴压缩条件下的声发射试验。研究表明:受节理影响,不同倾角节理试件的应力应变关系有较大差异,这与其不同破坏模式有关;岩石变形破坏过程中的应力应变关系与其声发射特性一一对应,声发射过程中的撞击数和能量代表试件内部微小结构的破坏数量;节理试件的破坏模式不同,导致节理试件的声发射特性具有明显差异。     

湿度扩散诱发的节理岩体时效变形特性研究

湿度对岩体结构性能的影响显著，不仅造成岩体物理力学性能弱化，还在一定程度上产生湿涨变形，进而改变岩体的应力状态，大大增强了岩体的时效变形特性。为了分析节理岩体在高湿度环境下的时效变形，采用湿度-应力-损伤耦合数值模型对水敏感岩体隧洞开挖后的变形量、围岩内的湿度扩散，以及应力演化进行了数值分析。通过对单组和两组节理岩体的变形、应力、湿度扩散的分析，揭示了节理弱面对湿度扩散和岩体变形的强化作用。开挖隧洞拱顶和底板变形量的分析结果表明高湿度环境是水敏感岩体隧洞产生底鼓的重要原因之一。湿度扩散引起隧洞顶部和底部围岩产生大量破坏，致使相应部位的位移量陡增。此外，单组节理对岩体的湿度扩散的方向起到明显的导向作用，而多组相互斜交的节理则在一定程度上削弱了湿度扩散的各向异性。     

基于离散元法的采空区诱发斜坡变形破坏过程研究

为研究节理条件下采空区对岩质斜坡变形破坏过程的影响,以贵州省清镇市小二岩危岩体为研究对象,运用PFC~(2D)模拟采空区影响下岩质斜坡渐进破坏过程,并在模拟过程中分别对斜坡坡顶、坡脚、采空区、采空区上方地表四个位置进行监测。初步研究发现:小二岩斜坡为缓倾上硬下软型结构,由于地下采煤导致小二岩斜坡出现变形,在开采作用下其主要的变形方式有采空沉陷和坡顶拉裂;研究区内节理裂隙发育,岩体被节理切割成块体,地下开采后,引起坡顶岩体应力变化,拉裂隙沿节理面产生,岩体发生累进性破坏,为崩塌的发生提供了积极条件;分析认为在对斜坡体进行节理化后,节理对于斜坡的变形具有指引作用,斜坡在采空区变形位置沿节理向陡崖顶部产生大量的拉张裂隙并且最终贯通,与小二岩斜坡的实际变形相近。     

典型结构面分布型式节理岩体室内直剪试验研究

针对节理岩体变形破坏及抗剪强度参数确定问题,开展了5种包含两条节理的典型节理分布型式的节理岩体试样的室内直剪试验研究.试验结果表明节理岩体的破坏主要表现为节理控制的节理与岩桥间渐进搭接破坏;对比分析了试验得到的25条应力应变全过程曲线,提出了应力应变曲线分类方法,包括滑动型、屈服型、剪断型、脆断型、剪断复合型五种类型,...     

大型地下硐室群施工期围岩应力变形及稳定分析

猴子岩水电站地下厂房硐室群工程地质条件复杂,岩体节理裂隙发育、受多条断层和挤压破碎带影响,加之布置于中-高地应力区域,施工过程中硐室围岩的变形和破坏较为明显,为确保工程施工安全,须对整个硐室群施工期的应力变形及稳定进行分析。结合相关设计参数和开挖支护实施方案,建立了猴子岩地下厂房硐室群的三维有限差分计算模型,并对其地应力场分布进行了反演,在此基础上对硐室群整个施工过程进行了全程模拟。计算结果表明:随着硐室开挖临空面的扩大,上下游边墙应力松弛现象较为明显,在断层出露带、机坑隔墙底部出现了不同程度的应力集中;开挖过程中围岩位移逐渐增大,在硐室连接处出现了大变形。设计支护方案实施后可以较好地限制围岩变形,减小塑性区面积,工程实践说明该方案较为合理。     

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。     

龙塘水库坝址溶蚀节理化岩体的工程特性研究

龙塘水库坝址基岩为中厚-巨厚层状灰岩,节理发育,沿节理普遍发生溶蚀风化,属典型的溶蚀节理化岩体。节理和溶蚀风化是影响该坝址岩体质量的关键因素,在对节理的成因机制、节理和溶蚀风化对岩体质量影响分析的基础上,采用原位试验和Hoek-Brown经验准则两种方法分析了岩体力学性质,并根据岩块强度、岩体完整程度、结构面特征等指标对岩体质量进行了综合评价,进而确定了利用和处理措施。结果表明:(1)溶蚀节理化岩体在构造破裂的基础上叠加了溶蚀作用,完整程度差且不均匀,整体强度低。(2)在围压状况下,可满足中等坝高大坝地基的要求,但存在坝基不均匀变形问题。(3)作为地下洞室围岩易形成不稳定的块体,节理密集段和溶蚀发育段易发生塌落、变形。研究成果可供类似工程借鉴。     

爆炸应力波作用下岩体破碎特性数值模拟分析

孔内爆破作为一种常用的破岩手段,广泛的用于岩体工程中。充分认识岩体的破碎特征是岩 体工程中高效破岩的基础。通过采用ＲＦＰＡ2Ｄ－Ｄｙｎａｍｉｃ数值分析软件,建立岩体孔内爆破数值模型,分析岩 体在爆炸应力波作用下的破碎特征。数值模拟结果表明,随着爆炸应力波峰值的增大,裂纹扩展距离随 之增加。细观非均匀程度越大的岩体,在爆炸应力波的作用下,离散的破坏越多,萌生裂纹的数量越少, 裂纹传播距离也越短。另外,岩石节理对爆炸应力波的削弱作用随着节理间距的增加呈现先增加后减 小的特征。同时,节理的存在极大程度上削弱了岩体的破坏程度。     

地下洞室开挖的变形预报

各类岩体,在开挖过程中产生明显不同的变形。岩体破坏及岩体支护的要求,在较大程度上受到岩体内部破坏的影响。岩体内部破坏过程经常伴随着岩体体积的变化。节理变形在一定程度上反映了某类岩体的特性。文章提出了Q-系统的不连续面指标特性在此的应用方法以及系统描述岩体剪切强度的方案。该方案是依据不连续面变形提出的。文章对Hoek和B rown提出的完整岩体强度描述,如何在节理化岩体中进行调整应用,进行了尝试,并应用物理模型和数值模型建立了离散节理化岩体变形模型。     

锦屏一级水电站厂区松弛围岩无盖重固结灌浆施工

锦屏一级水电站地下厂区地质条件十分复杂,地应力水平较高,岩体强度相对较低,结构性断层发育,局部有煌斑岩脉和节理发育。受复杂地质情况影响,厂房下游拱腰部位出现喷砼层变形开裂掉块,岩体变形破坏现象。为了抑制厂房变形,确保围岩稳定安全,设计提出了针对性加固措施,主要介绍了松弛围岩无盖重条件下固结灌浆施工技术。     

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。     

软岩的变形和破坏特性分析

本文分析了在五个水电工程现场进行的载荷试验成果.研究表明,现场载荷试验是研究软岩变形、破坏特性的有效方法,可以弥补试验室对软岩某些研究的不足. 破裂粘土岩、粉砂质泥岩的压力-变形曲线可分为裂隙压密、线性变形、屈服和塑性流动四个阶段.建议用承压板周围岩体的压力-变形曲线的拐弯点(即岩体上抬点)作为确定屈服极限的标准,用板外曲线偏离直线的点作为比例极限的标准. 层状破裂岩体首先沿层面破坏,然后岩体本身逐渐达到破坏.无明显的线性变形阶段,达到极限强度前有很大的塑性变形,呈典型的塑性破坏.     

节理岩体岩桥断裂扩展机制细观模拟

大量岩土工程的失稳破坏与其内部节理裂隙的扩展、贯通密切相关,因此,研究节理、裂隙的相互作用,分析节理岩体的强度特性及其变形破坏机制,可以合理地预测实际工程的可能破坏模式和评价工程岩体的稳定性。该文采用颗粒流程序从细观尺度模拟了岩桥的剪切破坏、拉剪复合和翼裂纹扩展破坏3种贯通方式,并且分析了其扩展机制。     

边坡稳定的离散元强度折减法分析

分析边坡稳定性的传统方法主要有极限平衡法和有限元法,传统的极限平衡法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数,有限元法对节理岩质边坡的稳定分析需要设置节理单元,而离散单元法能真实地表达节理岩体的几何特征,便于处理非线性变形和破坏都集中在节理面上的岩体破坏问题,因此可以更好地模拟边坡的稳定状况。将离散元法与强度折减法结合,分别对土质边坡和含结构面的岩质边坡的稳定性进行了算例分析,结果表明离散元强度折减法在岩土体边坡稳定分析方面具有潜在的优越性,是节理岩质边坡稳定性分析的可行、有效的方法。