样本单元法及层状含裂隙岩体力学参数的确定

基于大量野外调查和室内研究,对层状岩体的岩性组合特征,软弱夹层、裂隙的分布规律以及岩体结构特征进行分析、研究、分区分类并建立相应的样本单元。提出了用数值分析方法模拟现场大型试验的“样本单元法”,根据岩块力学参数来获得含裂隙岩体的力学参数。     

K-S检验在裂隙岩体统计均质区划分中的应用

采用K-S检验法,提出考虑裂隙岩体迹长的新方法来划分岩体的统计均质区,计算对比样本各属性的累积频率、K-S统计量和K-S临界值,从而验证对比样本之间的显著性差异,以此实现了对裂隙岩体的统计均质区的划分.通过对云南省马吉水电站左岸坝肩某一高程相邻两个平洞不同风化带的岩体结构统计均质区划分,计算结果表明,相邻两个平洞在弱风化下限、微风化及新鲜岩带内具有统计相似性,可以划分为统计均质区,而在弱风化上限不具有统计相似性;单个平洞在各个风化带内不具有统计相似性.此外,该方法可以运用到小样本裂隙的统计均质区划分中.     

裂隙岩体有效弹性模量估计的一种方法

在裂隙随机分布和不考虑裂隙闭合效应的前提下，提出将单个裂隙置于Taylor介质中，以此为基础分析单个裂隙的力学行为，进而分析裂隙相互作用效应对岩体有效弹性模量的影响．根据Betti能量互等定理和断裂力学理论推导出裂隙岩体有效弹性模量、剪切模量、体积模量和泊松比的理论表达式，探讨了3种有效模量随裂隙密度参数变化而变化的规律，并与Taylor方法和自洽方法的计算结果进行对比，分析表明本文方法的计算结果更合理．     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

岩体裂隙渗流地质力学模型及应用

本文针对不规则裂隙的水力学特性和结构面地质力学特征，提出了层流状态下的正弦渗流模型和锯齿渗流模型，将其解析解和数值模拟结果进行比较后发现：正弦模型求得的渗透系数要比锯齿模型大，其几何水力学效应显著，现已将其运用于实际工程。     

基于GSI的裂隙化岩体力学参数的确定

裂隙化矿岩体的力学强度特征和参数,主要受到岩块力学参数和岩体的节理裂隙参数的影响。为确定井下开采裂隙化矿岩体的力学强度参数,引入节理间距和节理面粗糙度系数(JRC)对地质强度指标(GSI)系统进行定量化的分级和参数取值,建立了定量化的GSI评价体系,综合采矿活动的影响因子,实现了裂隙化岩体力学强度参数的计算。以锌铜矿体的裂隙化矿岩体结构为研究对象,在进行的岩体工程地质调查基础上,取得了上下盘围岩的节理裂隙间距和节理结构面粗糙度系数,定量确定了上下盘围岩的裂隙化岩体强度力学参数。研究结果表明,运用定量化的GSI方法,可以实现裂隙矿岩体结构强度参数的确定,得到了锌铜矿体的上盘和下盘围岩的强度特征参数,其弹性模量分别为5.749 GPa和4.483 GPa,内聚力分别为3.126 MPa和2.772 MPa,内摩擦角分别为24.56°和23.08°。这些力学强度参数指标为裂隙矿岩体的采矿工程设计提供了基础参数。     

裂隙与破断岩体力学的分形研究

工程岩体的稳定性主要取决于裂隙与破断岩体的力学行为,由于其复杂和无序性,因此一直是岩石力学研究领域的热点和难点之一．本文简要概述了运用分形几何理论研究裂隙与破断岩体力学行为的主要工作,包括：(a)岩石节理表面几何形态的分形描述和测量方法;(b)岩石节理力学行为的分形研究：(c)裂隙岩体离散强度的分形研究;(d)利用分形几何理论研究和解决采矿工程中问题,如断层分布和开采沉陷,放顶煤开采过程中裂隙演化及块度分布等.     

大尺度垂悬岩体力学参数的确定

以柿竹园多金属矿为工程背景,研究确定该矿垂悬部分岩体的岩体力学参数.在工程现场进行实地的节理裂隙调查,对调查结果进行统计分析,利用科学和工业研究委员会(CSIR)地质评价体系对岩体进行质量分级;系统研究了各种岩体抗拉强度、抗压强度、变形模量、粘聚力以及内摩擦角的确定方法,最终主要以Hoek-Brown准则为基础,结合其他方法,综合评判确定岩体力学参数.结果表明,大尺度垂悬岩体质量好,不同方法得到的力学参数值有所差别,综合评价能够较合理地得到适合于工程实践的岩体力学参数.     

裂隙岩体施工监测反馈分析中的参数辨识

对包含中等尺寸的成组分布裂隙的岩体，采用岩体几何损伤本构模型，用监测位移反馈分析法同时辨识岩体弹性模量、地应力及损伤参数。讨论了含一组裂隙和两组裂隙情况下弹性模量与损伤参数共同辨识、地应力与损伤参数共同辨识以及三者同时辨识时的可靠性问题。由识别结果给出了可靠辨识的参数组合。     

岩体裂隙渗流地质力学模型及应用

针对不规则裂隙的水力学特性和结构面地质力学特征，提出了层流状态下的正统渗流模型和锯齿渗流模型，将其解析解进行比较发展，正弦模型求得的渗透数要比锯齿模型求得的大，其几何水力学效应显著，并将其应用于实际工程。     

节理岩体力学参数确定的数值试验方法

为解决现场或室内试验条件下难以测试大尺度岩体并确定其参数的问题,总结提出了应用数值试验方法确定节理岩体宏观力学参数的方法流程.即将节理岩体单元离散为岩块和节理两种类型,通过室内试验分别研究其力学特性,再把岩块和节理进行组合形成岩体,通过数值计算得出节理岩体的力学特性.将这套方法应用到贵州省某高速公路岩质边坡的岩体参数优化分析中,研究了试件尺寸、各向异性、岩块及节理力学参数等对岩体宏观力学参数的影响.数值试验方法为工程节理岩体参数的确定和优化提供了一种新的思路.     

岩体物理力学参数测定及其工程处理方法的研究

在巷道工程和边坡工程稳定性分析中,力学参数的测定与选取会对计算结果产生重大影响.确定岩体力学参数的现场大型原位试验方法工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制.因此,本文采用Singh法、Kalamaras法和Hoek-Brown法等多种工程处理方法对由室内岩块试验获得的岩块力学参数进行了工程处理,考虑了岩块与岩体之间的差异,得到了符合工程实际情况的岩体力学参数.     

岩体力学参数预测的新方法

提出了利用人工神经元网络预测岩石工程数值分析中所需的岩体力学参数的方法,其优点是神经元网络可以把岩体较多的非定量的地质描述,经过换算后作为初始参数参与运算．通过对岩体抗压强度和弹性模量的预测验证表明,预测结果与实测结果吻合较一致．     

岩体稳定分析中的渗流模型与各参数计算

应力与渗流耦合作用下岩体的变形和破坏特征,与岩体结构、岩体的力学性质、渗流场有关,结合边坡的稳定分析模型,研究合理分析计算岩体的力学参数、渗透系数张量的方法.利用岩体质量分类系统和塑性破坏准则估算裂隙岩体的力学参数,计算裂隙岩体的渗流系数,为岩体稳定分析奠定基础.     

基于近场动力学与有限体积法耦合的裂隙岩体渗流模拟

考虑在不降低求解精度的情况下有效地减少计算量,基于有效应力原理提出了一种有限体积法与近场动力学耦合的方法来模拟饱和孔隙裂隙介质中水力裂缝扩展问题。首先,通过多孔介质渗流模拟算例验证了所提方法的有效性;其次,通过几个数值算例进一步验证了该方法在流体驱动下模拟饱和裂隙孔隙介质中裂纹扩展的能力和主要特点;最后,通过对5个工况的模拟,展现了围压差对水力压裂裂缝扩展具有诱导作用的现象。同时,将该耦合方法的数值模拟结果与其他数值、解析结果或试验结果相对比,进一步说明所提出的耦合方法能够有效模拟岩石流固耦合的力学扩展破裂过程。     

非线性规划理论在裂隙岩体渗流反馈分析中的应用研究

利用实测渗流场资料反求岩体渗流参数是岩体渗流研究的一个方向,但目前在裂隙岩体渗流参数反馈问题方面进展不大,本文把非线性规划理论引入裂隙岩体渗流反馈分析计算中来,通过理论分析和实验验证,寻求到一种有效的适合裂隙岩体渗流运动特点的反馈分析方法,并获得了应用渗流反馈方法的几点指导性的结论。     

基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数确定

地质强度指标(geology stresgth index,GSI)系统和Hoek-Brown破坏准则能反映岩体所处的地质环境,估算出节理化岩体的强度参数。然而,对于具有卸荷特征的岩质边坡,以往GSI的取值缺少对卸荷裂隙与坡面间空间关系的考虑。借鉴边坡岩体质量评价系数(CSMR)系统中对边坡破坏方式和结构面产状的修正方法,以西南某水电站坝肩边坡为例,提出基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数。     

等效数值法在围岩稳定性评价中的应用

提出了一种新的围岩的稳定性评价方法--等效数值法,建立了基于等效数值方法的围岩稳定性评价新模型.该方法将样本指标值与围岩稳定性各指标分类标准对比来确定权重,客观性强,计算简捷.对5个典型的围岩作为评价样本进行了评价研究,并将得到的评价结果与模糊识别法、可拓方法与模糊可变集合工程方法结果进行比较.研究结果表明,等效数值法成功率高、客观性强,为围岩稳定性的评价研究提供了一条新思路.     

岩体裂隙区全长黏结锚杆应变测试方法

受到裂隙岩体非连续变形以及全长黏结锚杆与黏结剂间复杂剪切作用的影响,裂隙区域的锚杆应变量值一直难以准确测量.通过3D打印制备全长黏结锚杆,并在杆体内、外侧分别粘贴应变片,利用单轴压缩试验获得了裂隙开裂过程全长黏结锚杆拉应变的演化规律.研究发现,外侧的应变片受黏结剂剪切变形影响较大,且当黏结剂塑性变形能力较强时,其测试结果易失真.而内部的应变片能准确获得杆体应变的全过程曲线.最后利用FLAC软件模拟裂隙处锚杆失效过程,验证了应变片不同粘贴方式对测试结果的影响,也进一步证明了杆体内粘贴应变片测试方法的可行性.