三维岩体质量的多重分形研究

岩体质量是工程岩体性态和边坡稳定性评价的重要参数之一，岩体中不连续面的存在大大地恶化了岩体的工程性质，往往使得岩体质量显著降低．由于传统的岩体质量指标RQD具有明显的缺点，其确定意义难以反映出岩体本身结构的变化性和复杂性．因此，以白云鄂博铁矿主矿边坡岩体为例，在工程地质测绘的基础上，利用蒙特卡洛(Monte Cado)法绘制出岩体结构网络图，从多重分形几何的角度出发，计算和绘制出其表征岩体结构分布和复杂性的多重分形谱，对岩体质量作出定性评价和定量分析。     

节理岩体抗力系数的各向异性特征与计算方法

隧道设计的荷载-结构法中,围岩抗力系数是影响衬砌内力与变形的重要参数,节理的存在会导致抗力系数的各向异性,然而,目前工程中较少考虑抗力系数的各向异性问题.以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景,针对含有两组贯通节理岩体抗力系数的各向异性分布特征,采用正交试验和离散元数值模拟,分析岩石弹性模量、泊松比、节理间距、节理倾角、节理法向刚度等10个影响因素作用下抗力系数的分布规律.结果表明:洞周围岩抗力系数分布曲线呈椭圆形,长轴沿两组节理夹角角平分线方向;方差分析中5%水平下的显著性影响因素依次为节理法向刚度、岩石弹性模量、节理间距与节理倾角;各向异性系数随洞径与节理间距比值的增大呈现出先增大后减小的规律,当比值趋近于零或无穷大时,各向异性系数收敛于1.基于上述分析结果,进一步推导出围岩抗力系数椭圆分布函数的理论计算公式,并验证公式的准确性.工程实例计算表明,围岩抗力系数的各向异性对衬砌轴力的影响较小,对弯矩的影响显著.     

预测非贯通节理裂隙岩体等效模量的有效场方法

将预测非贯通节理裂隙岩体等效模量的有效场方法与目前常用的其他一些细观力学方法进行比较研究,通过分析指出,有效场方法具有计算简便、规范和预测精度高的特点,将其引入到岩体力学领域中计算含多组非贯通节理裂隙的岩体的等效模量是可行的．     

爆破对岩体节理裂隙的影响

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ技术模拟岩体的节理裂隙分布的网络结构,从断裂力学的角度出发,分析岩体的节理裂隙的起始扩展和裂纹的止裂,并计算了岩体节理裂隙在爆破作用下的扩展角和扩展量,绘制爆破后的节理岩体的裂隙结构网络图,对研究爆破后岩体的性质具有重要的作用。     

基于数值实验的节理岩体变形特性尺寸效应

借用有限元数值实验技术,通过节理随机概率模型生成0.4、0.6、0.8、1.0 m和1.1 m等5组不同尺寸的节理岩体试件,每个尺寸组10个试件.在5 MPa围压下,对试件轴向分级加载,获得同一尺寸下每个试件的应力-应变曲线,分析每组10条应力应变曲线及数据随试件尺寸的变化规律.分析结果发现:尺寸较小时,同组变形曲线比较分散,数据离散程度相对较大;随着尺寸的增大,曲线束积聚程度提高,数据离散性减小,这说明试件受力变形特性存在尺寸效应,可以获得该方法获取岩体变形特性的特征尺寸.     

非贯通节理岩体的有效场和损伤本构关系

用有效场方法 ,统计地考虑了非贯通节理裂隙之间的相互作用 ,导出了较适合于工程计算的非贯通节理岩体的损伤本构关系 .     

Parameter analysis of anchor bolt support for large-span and jointed rock mass

1INTRODUCTION Anchorboltsupportiswidelyusedintunne ling[1],mining[2]andundergroundopeningsupports[3]asaneconomical,reliable,simpleandconvenient method.Thismethodisevenwell knownforitseffec tivenessinthesupportofjointcontainingrockmass[4,5].Becauseoftheindeterminationandrandom nessofgeologicconfiguration,anchorboltsaremainlyusedexperientially,althoughlotsoffieldtests[69],la boratorytests[9,10]andnumericalstudy[1115]havebeencarriedoutathomeandabroad,andanumberofem piricalformulastorevealthew…     

冻融荷载下节理岩体的复合损伤模型

针对工程实际中的冻融受荷岩体,以岩石初始损伤状态为参考状态,将冻融与荷载作用引起的损伤视为细观损伤,节理引起的损伤视为宏观损伤,根据Lemaitre应变等效性假设,推导建立考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型.应用该模型分析贯通率和冻融次数分别对岩体力学性质劣化的影响,结果表明:在贯通率一定时,损伤演化曲线随冻融次数的增加而增加,试验与理论峰值强度(或弹性模量)曲线随冻融循环次数增加而降低;在冻融次数一定时,损伤演化曲线与贯通率呈正相关关系,试验与理论峰值强度(或弹性模量)与贯通率呈负相关关系.说明贯通率与冻融次数对岩体的劣化产生一定影响,且饱和试验组受冻融效应较天然试验组力学性能劣化严重.将所建模型计算结果与试验值进行比较,理论曲线与试验曲线吻合良好,验证了所建模型的合理性与有效性.     

不同倾角节理岩体损伤演化特征分析

为研究节理倾角对岩体损伤的影响规律,运用损伤力学理论建立考虑节理与荷载共同作用的岩体损伤演化模型及损伤本构模型;通过单弱面理论对模型试验进行验证,同时探讨节理岩体损伤演化特征.结果表明:单弱面理论结果与试验结果较为吻合,模型试验能较好地表征含单一结构面的岩体在荷载作用下的力学特征及损伤演化规律;当节理倾角从0增大到90°过程中,初始节理损伤先增后减,在倾角为60°时至最大值,总体呈倒"U"型分布规律;不同倾角节理岩体总损伤演化规律基本一致,均呈"S"型分布规律,先缓慢增加,而后快速增加,最后再缓慢增加其值趋于1;节理倾角只影响总损伤率数值大小不影响其演化规律,总损伤率随应变增加呈正态分布;总损伤率受控于节理面分布规律,当节理倾角从0增大至90°的过程中,总损伤率先减小后增大.     

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明：模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。     

双节理岩体TBM滚刀破岩过程数值模拟

为了研究节理特征对全断面掘进机(tunnel boring machine, TBM)盘形滚刀破岩的影响,采用颗粒流方法建立盘形滚刀与含平行双节理岩体的二维数值模型,进行不同节理倾角和间距的30组数值试验,根据数值试验结果研究岩体破裂模式、滚刀竖向接触力峰值随节理倾角和间距的变化规律、滚刀破岩过程中细观裂纹扩展规律。研究结果表明:不同的节理特征下,滚刀破岩可以分为4种基本的破裂模式;滚刀竖向接触力峰值随节理倾角的增大呈现先减小后增大的趋势,在节理倾角为30°或45°时最小,在节理倾角为90°时最大;滚刀竖向接触力峰值随节理间距的增大总体上呈现增大趋势;随滚刀的贯入,滚刀竖向接触力与细观裂纹个数有3个关联的变化阶段。通过研究TBM滚刀与节理岩体相互作用机制,揭示不同节理特征对滚刀破岩的影响规律,对TBM滚刀的合理设计和施工有一定的指导意义。     

Imitating study on blasting effect of jointed rock masses

Ｉｎｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ｒｏｃｋｍａｓｓｅｓｔｏｂｅｂｌａｓｔｅｄａｒｅｎｏｔｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓｂｕｔｈａｖｅｂｅｅｎｃｕｔｂｙｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｗｅａｋｐｌａｎｅｓｓｕｃｈａｓｊｏｉｎｔｓａｎｄｃｒａｃｋｓｔｈａｔｐｌａ...     

水泥石膏材料相似模拟节理岩体有限元分析

水泥石膏材料（Cement Plaster）是模拟岩体的一种新型材料,其既保留了水泥砂浆流动性好的优点,又大幅度地提高了砂浆的抗压强度和抗剪强度,且破坏形式与实际岩体十分接近,是一种较好的相似材料。本文利用这种水泥石膏材料模拟单节理岩体,进行有限元分析,分别建立了不同节理倾角的三维岩体模型,进而讨论了其抗压强度的变化规律。研究验证了水泥石膏材料模拟岩体的可靠性,为进一步开展岩体的尺寸效应、分形节理岩体的力学性能等研究工作奠定了基础。     

基于长期强度的节理岩体洞室蠕变特性研究

为了进一步探究节理岩体蠕变特性,摆脱传统意义上从宏观弹塑或粘弹塑本构的角度分析岩体流变特性的方法,将细观单元视为弹脆性的本构关系,采用考虑岩石长期强度的岩石破裂过程分析系统,通过对不同工况下的节理岩体洞室数值模拟,得到了节理间距和节理夹角对围岩蠕变特性及其破坏特征的影响规律。结果表明：节理岩体洞室围岩的蠕变量随着节理面间距的增大而减小;当节理面的水平夹角小于45°时,节理岩体洞室围岩蠕变量随着节理面夹角的增大而增大,但当节理面倾角大于45°时,蠕变量反而随着节理面倾角的增大而减小,当节理面倾角等于45°时,围岩出现大量破坏,并表现出加速蠕变的特征。     

Distinct element modelling of fracture plan control in continuum and jointed rock mass in presplitting method of surface mining

Controlled blasting techniques are used to control overbreak and to aid in the stability of the remaining rock formation. Presplitting is one of the most common methods which is used in many open pit m...     

Simulation of failure process of jointed rock

A modified discontinuous deformation analysis (DDA) algorithm was proposed to simulate the failure behavior of jointed rock.In the proposed algorithm,by using the Monte-Carlo technique,random joint network was generated in the domain of interest.Based on the joint network,the triangular DDA block system was automatically generated by adopting the advanced front method.In the process of generating blocks,numerous artificial joints came into being,and once the stress states at some artificial joints satisfy the failure criterion given beforehand,artificial joints will turn into real joints.In this way,the whole fragmentation process of rock mass can be replicated.The algorithm logic was described in detail,and several numerical examples were carried out to obtain some insight into the failure behavior of rock mass containing random joints.From the numerical results,it can be found that the crack initiates from the crack tip,the growth direction of the crack depends upon the loading and constraint conditions,and the proposed method can reproduce some complicated phenomena in the whole process of rock failure.     

岩体REV和力学参数的数值模拟

在某磷矿采场边坡岩体工程稳定性分析中,为了获得力学参数的准确值,利用各种随机模拟技术对概化出来的节理统计模型进行再现,并通过大量抽样,模拟数值"加载试验",并对"试验"结果进行统计分析,分析表明最后得到岩体变形强度参数的估算值符合工程实际.为今后的工程实践中获得岩体力学参数提供了一条切实可行的方法.     

Failure mode and strength anisotropic characteristic of stratified rock mass under uniaxial compressive situation

A stratified rock mass model was founded by FLAC^3D. The failure mode and anisotropic characteristic of strength for stratified rock mass were analyzed. The analysis results show that the numerical simulation can visually reflect the failure modes of rock samples under different inclination angles β of structural plane. The stiffness of rock sample before peak strength changes in the compressive procedure. With the increase of β, the compressive strength σ _c of rock sample decreases firstly and then increases; when β is in the range of 20°–30° and 80°–90°, σ _c has the largest sensitivity to β; while β falls in the range of 30°–70°, σ _c varies little. When ϕ _j <β<90° (β _j is friction angle of structure plane), the results obtained from numerical simulation and theoretical analysis are in almost the same values; while β⩽ ϕ _j or β=90°, they are in great different values. The results obtained from theoretical analysis are obvious larger than those from numerical simulation; and the results from numerical simulation can reflect the difference of compressive strength of rock samples for the two situations of β⩾ ϕ _j and β=90°, which is in more accordance with the real situation. Foundation item: Project (50099620) supported by the National Natural Science Foundation of China