裂隙岩体非连续变续的静力和动力分析方法

裂隙岩体在静力或动力作用下产生的变形主要是裂隙的变形，岩石变形相对很小，两者不相连续。用非连续变菜分析方法研究岩体的非连续特性才得到微观的具体反映。在动力或静力作用下，位移实际上一时间有关，故对静力问题仍要用动力方法。只有对很上位移的静力问题，当岩体睡于稳定情况下，才可忽略这一时间因素。对极大位移的动力问题，如爆炸等，用非连续变形分析方法计算得到很好的结果，本语文用非连续变形分析方法对以上问题作了     

节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性

节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。在地震的作用下节理而可能张开、滑移。在有临空面时，节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。对已有的非连续变形分析程序进行了改进，应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应，并模拟了围岩的失稳和破坏过程，这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。从计算结果可以看出，非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。     

裂隙介质静动应力条件下的破坏模式与局部化渐进破损模型研究

裂隙岩体动力稳定性问题相当突出。已有大量关于节理裂隙几何特征对岩体静变形、静强度性质影响的室内模型试验研究，然而对岩体动力特征的研究至今大都还是针对完整岩石样的室内试验进行的。针对岩体工程中最常见的非贯通裂隙岩体(而不是完整岩样)及岩体工程中特有的动荷特征，对静、动荷载作用下裂隙岩体代表性体元RVE的破坏模式与变形、强度特性开展了系统的室内模型试验研究，从细观上分析了其破坏机理，从宏观上提出了适用于工程实际的模型与公式。主要内容如下：     

裂隙岩质边坡渗流与非连续变形耦合过程分析

 裂隙岩体中的渗流–应力耦合作用是岩质边坡失稳的重要因素之一。离散裂隙网络(DFN)模型用于研究裂隙岩体渗流,具有概念简单、效率高、适用性强的优点,是研究裂隙岩体渗流问题最为有效的手段之一。非连续变形分析(DDA)方法是专门针对裂隙岩体的非连续特性提出的一种变形场求解方法,能够更加真实地刻画工程岩体。将DFN模拟和DDA方法结合起来,提出基于DDA-DFN的渗流–应力耦合模型,给出考虑裂隙渗流情况下岩体块体系统的瞬时平衡方程,用于研究裂隙岩体变形对渗流的影响和渗流–应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征。利用该耦合模型,对一大型水利水电工程边坡稳定性进行分析。结果表明,水库蓄水后,地下水大幅度抬升,渗流–应力耦合作用加剧,导致边坡裂隙岩体中的关键部位发生大变形甚至破坏,进而触发边坡的进一步失稳。实例分析验证了这种方法用于边坡稳定性分析的有效性。     

循环荷载下断续裂隙岩体的变形特性

断续裂隙岩体在地震、波浪冲击、动力机器运转等动力循环荷载作用下的疲劳特性是岩石力学的一个基础课题。采用预制断续裂隙类砂岩模型试样单轴动循环加载试验,借助测试到的荷载–位移曲线从不可逆变形与总变形随循环次数的演化规律入手探讨了含2、3条裂隙试样循环荷载下的疲劳变形规律,并对影响裂隙试样疲劳变形的加载频率、循环荷载水平及裂隙空间位置等因素进行了讨论分析。研究发现:断续裂隙岩体的疲劳变形演化规律与完整岩石、完全离散的节理化岩体一致,均可划分为3个阶段:初始变形阶段、等速变形阶段与加速变形阶段;其疲劳破坏时的变形量与周期荷载的上限荷载在静态荷载–位移曲线峰值后区对应的变形量相当;同时,断续裂隙岩体疲劳变形除受加载频率及荷载水平的影响之外,还受到裂隙空间位置的明显影响。     

应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究

通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出单裂隙在压剪荷载作用下，其机械开度和水力传导度的解析模型，并采用已有相关试验研究成果对解析模型进行验证。在此基础上，通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质，给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型，给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法，该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形，而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性、变形行为和水力传导度变化特征。通过数值算例，研究了裂隙岩体在力学加载及开挖条件下渗透特性的演化规律。     

基于两种分析方法的五层RC框架抗连续倒塌分析

基于线性静力和非线性动力两种方法使用SAP2000对5层框架进行连续倒塌仿真分析,分析其抗倒塌能力,并比较两种方法下的拆除构件的位移值与弯矩值.结果表明,使用线性静力分析方法时,DCR≤2,满足抗连续倒塌要求.使用非线性动力分析方法时,拆除角柱的最大位移值为0.0156 m,拆除长边中柱的最大位移值为0.0195 m,...     

岩石边坡稳定性与支护的数值分析及综合比较

 断层或节理裂隙等不连续面的切割导致岩体具有二重性——连续性和不连续性。由于目前还没有一种能考虑岩体二重性的实用的分析方法,所以对岩石边坡进行稳定性研究时应采用多种方法进行综合比较。采用有限单元法(属于等效连续介质力学方法)和块体单元法(属于不连续介质力学方法),对瀑布沟加里俄呷料场高边坡进行稳定性分析及支护研究。根据2种方法计算结果的综合比较分析,得到对该边坡的稳定性和支护方案的认识。研究结果还表明：若节理连通率的影响仅用强度参数表达,而在计算网格中不予考虑,则有限单元法和块体单元法得到的结果规律一致,且量值相差不大;由于块体单元法完全通过节理体现岩体的变形,而有限单元法则可考虑岩块的变形,所以有限单元法得到的位移值、屈服区及锚杆应力比块体单元法稍大。     

盘石镍矿边坡稳定的离散单元法分析

离散单元法是一种分析和解决非连续体离散的问题的数值计算方法。这种方法是以分立的块体为出发点,其基本原理是牛顿运动定律,结合不同的本构关系,用动态松驰法按时步进行迭代求解。对于裂隙岩体的滑坡稳定问题尤为适宜,它可以允许各个块体有较大的位移,甚至变形发展到可以脱离母体而自由倾倒或滑落,显现出岩体变形发展的过程及其破坏形态。本文用离散单元法对盘石镍矿七采区边坡岩体的变形与破坏机理进行了计算与分析,并与现场岩移观测结果进行了对比,表明计算的边坡岩体的变形规律与实测结果基本一致。     

一种双重孔隙介质水–应力耦合模型及其有限元分析

建立了一种双重孔隙介质水–应力耦合模型,其特点是可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率和刚度的变化的影响,并研制出相应的二维有限元程序。在假定裂隙的渗透性与裂隙间距无关的前提下,通过算例考察了不同的裂隙间距对双重介质岩体中的变形、主应力、孔隙水压力及裂隙水压力的作用,并与单重介质岩体的相应情况作了对比。结果显示:裂隙间距对双重介质岩体的位移影响很大,但对岩体主应力及孔隙与裂隙水压力的影响很小,岩体水压力主要取决于孔隙与裂隙的孔隙率与渗透系数。     

DDA方法在复杂地质条件下地下厂房围岩变形与破坏特征分析中的应用研究

以清江水布垭水电工程地下厂房为例，应用非连续变形分析方法对复杂地质条件下地下厂房围岩的变形与破坏特征开展了研究，重点分析了厂房区域地应力水平、锚固、岩体结构条件及结构面强度参数等对洞室围岩变形的影响。分析结果表明，当水平初始应力增加时，洞室围岩位移量相应增加，由于洞室边墙分布有多条层间剪切带且围岩具有软硬相间的层状岩体结构特点，使得边墙变形存在错动现象。锚固后洞室边墙围岩的变形明显减小，且围岩应力状态得到显著改善。对于高边墙地下洞室，陡倾角结构面在边墙上的出露对围岩的稳定十分不利，在一定的岩体结构条件下，围岩的破坏可表现为因局部块体的崩落所引起的整个洞室围岩的破坏。在相同岩体结构条件下，降低结构面强度参数，洞室围岩可以从变形稳定状态发展到不稳定状态，围岩的失稳主要表现为因围岩大变形引起的失稳。     

煤矿开采中的岩层应力分布与变形移动的DDA模拟

应用DDA数值方法模拟分析了深部煤矿开采中上覆岩层的应力场变化和变形移动规律,并与相似物理模型试验进行了对比。结果表明:DDA法可以有效地模拟出上覆岩层的应力场变化趋势和变化范围、不连续块体的变形和位移、岩层垮落和“离层”现象。数值模拟结果与模型实验结果相吻合。     

Simulation of blast induced crater in jointed rock mass by discontinuous deformation analysis method

Rock blasting is a dynamic process accompanied with the propagations of shock waves and the dispersion of the explosion gas. This paper adopts the discontinuous deformation analysis (DDA) method to simulate the rock blasting process. A dynamic parameter adjustment and the non-reflecting boundary condition are implemented in the DDA method. The sub-block DDA method to simulate fracture problems is used. The blasting process in jointed rock mass is simulated by application of the explosion gas pressure on the expanding borehole walls and induced connected fracture surfaces around the boreholes. The blast craters with different overburdens are derived. The whole process including the explosion gas dispersion, borehole expansion, rock mass failure and cast, and the formation of the final blasting piles in rock blasting are well reproduced numerically. Parametric study for different overburdens is carried out, and the results are analyzed and discussed.     

Simulation of blast induced crater in jointed rock mass by discontinuous deformation analysis method

Rock blasting is a dynamic process accompanied with the propagations of shock waves and the dispersion of the explosion gas. This paper adopts the discontinuous deformation analysis (DDA) method to simulate the rock blasting process. A dynamic parameter adjustment and the non-reflecting boundary condition are implemented in the DDA method. The sub-block DDA method to simulate fracture problems is used. The blasting process in jointed rock mass is simulated by application of the explosion gas pressure on the expanding borehole walls and induced connected fracture surfaces around the boreholes. The blast craters with different overburdens are derived. The whole process including the explosion gas dispersion, borehole expansion, rock mass failure and cast, and the formation of the final blasting piles in rock blasting are well reproduced numerically. Parametric study for different overburdens is carried out, and the results are analyzed and discussed.     

三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用

 三维非连续变形分析主要包括3个关键问题：块体系统的拓扑识别问题;单个块体(刚体或变形体)运动方程建立与求解;伴随着块体运动和变形,块体间的接触关系需要不断地判别和更新。针对这3个关键问题,从代数拓扑中单纯形及单纯复合形的概念出发,依靠边界算子来生成三维空间块体的几何识别算法,采用Euler-Poincaré公式来确保块体搜索的准确性;利用单纯形积分来获得块体物理特征量的解析解;在一阶位移模式下,按照最小势能原理建立三维块体系统非连续变形分析的总体平衡方程;针对岩体工程破坏特点,提出面–面接触模型,并在此基础上采用强度折减法来计算岩质边坡的安全系数。由简单楔形体破坏算例可知,三维DDA能够解决由传统极限平衡方法假定条件带来的问题,能够正确计算楔形体破坏的抗滑安全系数。通过工程边坡算例可知,采用三维非连续变形分析方法来研究岩体边坡稳定问题,既能深入理解岩质边坡的破坏机制,又能方便地确定临界滑动块体位置、体积、滑动方向以及相应支护方式等;同时,鉴于DDA方法能够精确地求解切向滑动力,结合强度折减法能够获得比较合理的安全系数。     

裂隙渗流对岩石边坡稳定的影响--渗流、变形耦合作用的DDA法

裂隙中的渗流是岩石边坡失稳的重要因素之一。在最近发展起来的离散型数值方法——DDA法的基础上，考虑裂隙网络中地下水的流动，以及渗流压力与岩石变形的耦合作用，从能量最小原理出发，推求了考虑裂隙渗流情况下岩石系统的瞬时平衡方程及对任意裂隙进行安全评价的局部安全系数。用该方法对日本某隧道的塌方事故进行了模拟分析，数值模拟再现了该隧道破坏的过程。模拟结果表明，由于连续降雨和表面结冰导致岩石裂隙中地下水位升高，过大的水压力致使隧道上部的垂向裂隙张开并向下扩展，最终导致整个岩坡的崩塌。研究结论与日本事故委员会的调查结果一致。     

刚体离散元动力方法在基于位移的岩坡地震响应分析中的应用

当前岩坡地震动力响应分析中,多采用极限平衡方法分析拟静力安全系数,采用Newmark滑块分析动力永久位移,假设较多,工程实用性受限。将刚体离散元方法引入岩坡地震动力稳定性评价工作中。通过与强度折减法、Newmark法中的永久位移评价相结合,提出一种复杂岩坡静动力稳定性分析方法。初步认识表明:(1)采用极大节理刚度可以减少节理刚度带来的弹性接触位移,使得刚体离散元用于求解岩坡楔形块体的静/动力稳定性问题。(2)刚体离散元强度折减法可以无需假设块体运动方向或假定滑动形式,直接求解获取安全系数、下滑力等结果,可以考虑复杂形状块体,相比传统方法更具优势和实用性。(3)与4个经典静力算例与3个动力算例的对比验证,表明提出的刚体离散元方法及程序实现的正确性。(4)采用提出的方法,研究幅值、节理面交线倾角等参数对岩坡地震响应永久位移的影响规律研究,表明刚体离散元方法可以根据参数变化得到正确的得到相应的结果变化规律。且对比发现在某些特定条件下拟静力安全系数不能正确反映岩坡地震响应的陡增程度。(5)在工程实例中,采用刚体离散元方法进行K1块体基于位移的地震稳定性评价,给出基于超越概率的支护设计方案。相比拟静力安全系数设计方案,在满足使用条件的前提下优化程度更高。研究可为岩坡静动力稳定性分析提供一种新的思路。     

岩体隧道三维建模及围岩非连续变形动态分析

结合东北地区某隧道工程,根据获取到的隧道工程岩体结构现场原始数据,应用自主开发的GeoSMA-3D系统,基于简单块体模型间相互组合构建复杂岩体模型的原理,采用不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,对隧道围岩的岩体结构面进行三维空间模拟,建立了该岩体隧道工程三维数值模型,并采用一种基于网格划分的块体识别方法,获得结构面划分岩体得到的所有块体。将所建立的三维数值模型选取其中某一典型断面的数据信息,导入二维非连续分析程序DDA针对二维平面内的应力及位移进行计算分析,对隧道围岩的破坏过程进行动态分析,得到的动态位移图和模拟结果对隧道工程超前预报、开挖支护具有一定的借鉴意义。     

块状结构岩体在一般水压分布模式下的不连续变形分析

提出了三维不连续变形分析方法中地下水压力的模拟方法。并通过钻孔水位观测数据插值拟合地下水位面,建立了作用在任意形状块体单元表面上的一般水压分布模式,利用最小势能原理推导了水压力荷载对三维不连续变形分析方法总刚矩阵的贡献。地下水对滑坡稳定性影响的算例分析表明该方法是有效的。     

地震载荷作用下地下厂房围岩稳定性分析

探讨了非连续变形分析方法(DDA)动力学算法中阻尼条件施加方法,并针对具体实际问题采用速度阈值控制的复合阻尼方法提高了计算效率。以某水电工程地下主厂房为例,采用改进后非连续变形分析方法对汶川地震载荷作用下节理围岩和洞室开挖过程中锚杆的锚固作用及对边墙稳定性的影响进行研究,重点对比分析了地震载荷下洞室围岩在有无锚固条件对于拱顶、边墙和节理位移变形位移的影响。研究表明,锚杆的锚固作用对地震载荷和高应力条件下地下厂房开挖过程中洞室围岩的变形和稳定性起着关键性的作用。