断续节理岩体模型试验及强度分析研究

采用理论分析同模型试验相结合的方法对共面闭合断续节理岩体的直剪强度特性进行研究。理论分析方面,引入法向变形协调条件,推导了模型的直剪强度公式。模型试验发现,全应力应变曲线主要经历了线弹性增长、节理面错动、次生裂纹起裂稳态扩展、节理面贯通破坏和残余强度五个阶段;峰值和残余强度都随正应力的增大而增大,而变形特性随正应力的变化规律性不强;峰值强度随节理连通率的增大而减小,低连通率时强度下降速度慢;节理两边分布的试样的强度普遍高于节理在中间的。对比发现,理论计算结果与试验值吻合较好。     

平面应力条件下闭合断续节理岩体破坏机理及强度特性

根据激光散斑照相技术和应变花所测得的位移场和应力场,深入分析了平面应力条件下闭 断续节理脆性岩体的变形和破坏特征,揭示了裂纹扩展规律和破坏机理,得出了这类岩体的初裂强度和贯通破坏强度表达式,并将计算结果与试验结果进行了对比,验证了所得公式的合理性。     

共面闭合断续节理岩体的直剪强度研究

根据模型试验研究结果，深入分析了直剪条件下含共面闭合断续节理岩体的变形和破坏机理，并在此基础上建立了这类岩体的初裂强度和贯通破坏强度准则，将计算结果与实测值进行了对比分析，表明两者吻合较好，证明该强度准则是合理可靠的，具有理论和工程应用价值。     

断续节理岩体强度与破坏特征的数值模拟研究

基于细观统计损伤数值模型,通过改变包含单组节理岩体的节理倾角、节理台阶角、层距d和岩桥长度l_r,建立不同节理分布的断续节理岩体数值试样,展开系列数值试验,模拟了节理岩体的破坏过程,探讨了节理结构几何参数和应力水平对破坏模式以及岩体力学参数的影响规律。研究结果表明,断续节理岩体破坏模式共分为4种：沿节理面破坏、转动块体破坏、台阶状破坏和混合破坏。沿节理面破坏与台阶状破坏的岩体峰值强度高、破坏应变大,转动破坏的岩体峰值强度低、破坏应变小。随着节理倾角的增大,岩体力学行为表现出脆性破坏—渐进破坏—脆性破坏的循环过程。随着应力水平的增加,岩体破坏区域由中间向端部扩展,并且对于强度的提高有显著作用,但提高水平随围压增加而降低。节理台阶角对于=90°时的破坏形式影响较大,由台阶状破坏转变为转动块体破坏,层距d对阶梯状破坏模式影响较小,对转动破坏模式影响较大,岩桥长度l_r不影响破坏模式,但对面破坏与台阶状破坏模式的峰值强度、破坏应变影响较大。通过对比,模拟结果与物理试验规律一致,但数值模拟结果可以清晰获得节理岩体中应力场分布、裂纹起裂点与扩展方向、破坏图像等,有利于分析其内在破坏规律与机理。     

含定向闭合断续节理岩体的强度特性

本文通过石膏模型试验,着重分析了含定向闭合断续节理的脆性岩体的强度特性和破坏机理。在此基础上,提出了估算这种岩体强度的准则。     

断续节理岩体强度评价及承载力预测

从分析断续节理岩体中岩桥的破坏模式出发，建立计算断续节理岩体极限强度的理论公式，定量地讨论了节理的排列方式及其力学性质对岩体强度各向异性的影响。通过试验验证，本文所建公式与试验值吻合较好。与前人研究成果比较，本公式具有适应性强，可靠度高的特点，可用于确定实际工程的节理岩体承载力并进行岩体稳定性评价。     

压剪应力作用下断续节理岩体的破坏分析

节理岩体的力学特性主要受控于节理，节理间的相互作用及其贯通是岩体工程的重要问题。利用Dugdalc-Barcnblatt模型揭示了多节理贯通力学机理——主要受外部荷载、节理间的相互作用二因素的影响。利用裂纹尖端的应力强度因子、损伤局部化区的长度确定了节理扩展和贯通的力学条件。通过实验验证了模型的正确性和可行性。其结论对岩体工程的稳定性分析具有重要理论和现实意义。     

船闸边坡节理岩体锚固效应的模型试验研究

通过室内相似材料模型块试验,研究了在不同的布锚参数下三峡船库高边坡节理岩体的抗压强度、弹性模量、泊松比及扩容特性等力学性质的变化规律,得出了一些有益的结果。     

不同节理形貌的非贯通节理岩体模型试验研究

通过直剪模型试验,研究节理形貌对非贯通节理岩体的抗剪强度、变形和贯通模式的影响。在相同法向应力下,节理起伏度越大,非贯通节理岩体的抗剪强度越大。在相同法向应力下,非贯通节理岩体的法向变形越大,但是,节理起伏度越大,峰值剪切位移越小。在较高法向应力下,节理起伏度对贯通模式影响较大,节理起伏度大的非贯通节理岩体的贯通模式为剪切模式TTS,节理起伏度小的贯通节理岩体的贯通模式为张拉模式TTT。在低法向应力下,起伏度对贯通破坏模式影响小,非贯通节理岩体贯通模式都为张拉模式TTT。     

加锚断续节理岩体断裂损伤模型在硐室开挖与支护中的应用

应用断裂力学与损伤力学理论，对复杂应力状态下脆性断续节理岩体的本构模型及其断裂损伤机制进行研究。根据应变能等效的方法和自洽理论，建立加锚断续节理岩体在压剪、拉剪应力状态下的断裂损伤本构模型；且建立裂纹在压剪和拉剪状态下的损伤演化方程。基于以上的本构模型和损伤演化方程，编制三维有限元程序，并将其应用于琅琊山抽水蓄能电站地下厂房硐室开挖与支护工程的稳定性分析中，研究地下厂房硐室在开挖支护过程中的稳定性。重点分析硐室围岩在开挖过程中的应力状态、变形特性及损伤演化过程。将计算所得出的硐室开挖边界附近的位移值与原型观测值进行比较，得出一些对工程有指导意义的结论。     

大体积节理化岩体强度与力学参数

节理化岩体强度与力学参数可根据Hoek-Brown准则进行估计。然而，推广之后的Hock-Brown准则确定地质强度指标GSI时对岩体结构的划分缺乏定量的描述。当评价大体积节理化岩体的地质强度指标GSI时，为使大体积节理化岩体结构的描述定量化，引入Jv(节理数／m^3)。通过算例，说明了应用这一方法的具体过程，这为大体积节理化岩体强度与力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。     

不连续化分叉条件及其在边坡稳定分析中的应用

基于Dmcker-Prager屈服准则，推导了平面应变条件下材料不连续分叉条件的解析解，并在自主研发的弹粘塑性自适应有限元分析软件AFEAS中引入该不连续分义条什。给出了弹粘颦性本构关系和局部化求解流程，以追踪岩体中局部化区的出现和发展。边坡稳定在岩土工程中具有举足轻重的作用，研究边坡失稳机理具有重大理论与现实意义，根据分叉理论把边坡失稳作为一种分叉现象研究，与传统屈服破坏理论相比，分叉理论更具优越性，能够追踪局部化区的出现和发展过程，确定边坡极限承载能力，并能为边坡治理提供更明确的破坏范围。通过一个边坡失稳算例分析考核了该理论与软件的合理性。     

节理岩体强度的分形统计分析

岩体中存在大量节理、裂隙，导致岩体力学性能弱化。基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移2种失稳破坏机制，运用分形和统计断裂力学方法探讨了2种破坏方式下节理岩体的统计强度。结果表明，岩体强度与岩体中节理分布的分形维数密切相关，分形维数增大导致岩体强度非线性降低。     

强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用

 在自行研制的非连续变形分析程序中实现自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。针对强度折减有限元法收敛标准的不确定性,通过分析滑块在边坡上的稳定性,提出以边坡滑移位移与强度折减系数曲线的最大曲率所对应的折减系数为边坡安全系数的判别标准,该判别标准克服了“位移突变准则”不准确的缺点;并基于该判别标准,分析水库岩体边坡的稳定性并得到岩体边坡安全系数随库水位变化的规律;最后对小湾某高边坡进行开挖模拟及开挖后边坡的稳定性进行计算分析。     

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减，使边坡达不到稳定状态时，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是稳定安全系数。同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程，有传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数，该方法为节理岩质边坡稳定分析了开辟新的途径，通过算例表明了此法的可行性。     

三维非连续变形分析(3D DDA)理论及其在岩石边坡失稳数值仿真中的应用

在3D DDA中，分析的块体是由岩体内部实际存在的不连续面切割而成。在计算过程中，利用块体的几何关系正确地寻找出可能产生接触碰撞的块体，并在块体接触时利用接触弹簧来评估接触面法线方向的接触力：另外，在剪切方向则遵守摩尔-库仑破坏准则，最后以独创的开合迭代方法来保证每一计算步长具有较准确的接触力和解算的收敛性。计算的结果与位于日本天鸟桥西的现场监测影像进行对照后发现，此新计算法可以高精度地预测岩体失稳过程。—     

变模量弹塑性强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用

 目前用于边坡稳定性分析的数值方法中的强度折减法通常是仅对强度参数进行折减,且采用的是理想弹塑性模型。该方法主要用于求解边坡的安全系数,由于其在弹性阶段是按线弹性且对弹性模量不折减,故未能充分考虑屈服前岩土体的非线性,采用这种理想弹塑性模型的强度折减法计算所的变形偏小。基于Duncan-Chang非线性本构模型,提出在弹性阶段对弹性模量也进行折减的变模量弹塑性模型强度折减法,可以获得更符合实际的变形场,模量的变化是依据简化的非线性本构模型来实现的。通过与条形基础沉降的理论解和原位压板试验结果对比,证实了新方法在获得合理位移场方面的合理性。将其初步应用于边坡工程的变形计算,并希望由此进一步建立变形与安全系数的关系,以便于更合理地进行现场变形监控。如果采用变形突变来确定安全系数,理想弹塑性模型的强度折减法更明显一些。因此,建议采用理想弹塑性模型的强度折减法确定安全系数,采用变模量弹塑性模型强度折减法确定变形场。     

复杂应力状态下断续节理岩体断裂损伤机理研究及其应用

应用断裂力学和损伤力学的理论,研究断续节理岩体开挖卸荷过程中渐近破坏的力学机制,从压剪和拉剪两种应力状态出发,建立了复杂应力状态下断续节理岩全的损伤演化方程,并将其应用于某矿山开采过程围岩破坏特征分析中,结果表明理论计算与工程实践较为吻合。该方法为定量分析地下工程围岩破坏过程提供了理论依据。     

节理岩体断裂损伤模型在三峡坝基岩体力学参数模拟和预测中的应用

基于节理岩体的断裂损伤模型，建立基于等效柔度张量及特定破坏准则等效体力学参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用于三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中，通过与节理刚度模型、包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中。通过与节理刚度模型，包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测中较为适用，为三峡工程的坝基岩体稳定分析提供了参考。