结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式

JRC是反映爬坡角力学效应的岩体结构面表面形态等效描述指标。本文在Barton直边法的研究基础上,利用直边图的几何性质,推导出结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式,并通过实例检验了JRC简明公式的合理性和实用性。     

岩体结构面粗糙度系数定量表征研究进展

1978年,Barton提出的节理粗糙度系数(joint roughness coefficient,JRC)被国际岩石力学学会作为评估节理粗糙度的标准方法.然而该方法存在人为估值的主观性缺陷.就此,国内外学者围绕岩体结构面粗糙度定量化表征开展了大量的研究工作.首先,从二维节理轮廓线到三维岩体结构面,系统地阐述了其粗糙度定量化表征方法研究进展,并总结了各方法参数与JRC的关系;评价了各表征参数的本质特性及其适用性;指出了各方法参数获取过程中存在的问题,主要有:采样间隔的影响,三角形单元划分的影响,如何确定综合参数法中各参数的权重;针对这些问题,给出了笔者的一些想法、建议.与此同时,对结构面粗糙度表征的两个热点问题,即各向异性和尺寸效应的研究也进行了详细总结分析.最后,笔者认为:(1)分形维数因是描述自然界复杂几何体的一种简洁有力的工具,其仍是结构面粗糙度定量描述的有效方法;(2)3D打印技术的应用,有望在开展结构面各向异性、尺寸效应研究方面取得突破性进展.     

JRC修正直边法的数学表达

JRC是反映爬坡角力学效应的岩体结构面表面形态等效描述指标。本文在爬坡角力学效应机理研究基础上, 阐述了JRC直边法的物理意义；通过岩体结构面表面起伏幅度与金属表面粗糙度幅度对比分析, 肯定了直边法的合理性；考虑JRC的尺寸效应, 推导JRC修正直边法的数学表达式, 编译计算机常用程序。最后, 实例检验了JRC修正直边法数学表达式的合理性和可用性。     

不同地质环境下的玄武岩岩体结构评价指标的选取

处于不同的地质环境下,玄武岩岩体结构具有不同的状态,在围压原位状态下,岩体结构面镶嵌紧密结合,岩体完整性好,岩体完整性系数与结构面最小间距具有不对应性,应选取完整性系数作为评价指标;而在岩体处于应力松弛状态下岩体完整性差,完整性系数评价指标和结构面间距评价指标具有很好对应性,应选取最小间距作为评价指标。本文通过对西南某水电站坝基岩体在处于不同的地质环境下岩体结构的评价,从而选取岩体完整性系数作为深部岩体结构评价的主要指标。     

一种描述结构面剖面线粗糙度的新方法

采用法向矢量单位圆描述结构面剖面线粗糙度,从各微分段的角度关系阐述粗糙度,进而将二维问题转化为一维问题处理并提出"角度粗糙度"的概念。考虑到各微分段的实际长度对粗糙度的贡献,采用加权均值与加权方差定量描述角度粗糙度; 角度粗糙度越大表明该剖面越粗糙。对规则剖面线与不规则剖面线采用"角度粗糙度"进行描述,所得结果跟已有的剖面线粗糙性表征方法相比,二者具有较好的一致性,表明新方法评价的正确性与可行性。     

岩石结构面的表面形态特征研究

本文用理论分析和数值模拟方法对具有不同粗糙度和起伏度的岩石结构面的形态特征作了定量研究, 着重研究了结构面表面形态参数与基本形态特征参数的关系, 并研究了它们的采样效应。得到了一系列在建立表面形态参数与物理量相互关系时对合理选用表面形态参数有重要意义的结果, 并可为选取合理的采样间隔和最小采样长度提供依据。     

土坡中的优势结构面分析

把岩体结构控制理论和优势结构面理论应用到土坡中 ,对土坡中的优势结构面进行了系统的研究。研究表明 ,土坡变形破坏主要是受其中优势结构面所控制的。     

岩石结构面直剪力学特征的颗粒流宏细观分析

目前,由于颗粒尺寸和位置随机分布而产生的粗糙度,导致在模拟过程中出现应力集中现象,从而无法利用PFC2D准确模拟岩石结构面的剪切力学行为。为了避免以上弊端,采用结构面两侧颗粒组接触判别法分别对倾角为20°和30°的三角形单锯齿结构面进行不同法向应力下的直剪模拟。模拟结果与物理试验结果基本吻合,表明此模拟方法可以真实模拟岩石结构面剪切力学行为。为了进一步验证此模拟方法在天然结构面模拟试验中的可行性,利用PFC2D对Barton标准十条节理轮廓线模型进行不同法向应力下的直剪试验,模拟结果与理论值吻合,表明模拟方法具有可行性,为剪切破坏过程和机理分析提供可靠的理论依据,为研究粗糙结构面强度特征提供了一种思路。     

中缓倾角结构面分类及其抗剪强度的研究

西南某坝区中缓倾角结构面具有分别倾向上游和下游的空间分布规律。根据结构面接触情况,首先将结构面分为刚性结构面和软弱结构面两大类。其中,刚性结构面属于裂隙型;软弱结构面根据其物质组成和结构特征,可以细分为岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型3个亚类。断层类结构面具有垂直于断层走向,由高高程到低高程,由泥夹岩屑型→岩屑夹泥型→岩屑砾型→裂隙型逐渐过渡的发育规律。最后在分析抗剪试验资料和分类及发育规律的基础上,提出了抗剪强度指标的建议值。     

结构可靠度分析的响应面法及其Matlab实现

对功能函数不能明确表达的问题进行可靠度分析，常采用响应面法。其中以求得验算点为目的迭代的二次多项式序列响应面法应用较为广泛，本文给出了该方法的Mattab源程序。提出了基于Mattab的插值响应面法和BP神经网络响应面法，介绍了其在Mattab环境下的实现方法，并进行了三种方法的对比分析。Mattab语言基本元素是矩阵，提供了各种矩阵的运算和操作，其中包含结构可靠度计算中常用的各种数值计算方法工具箱。采用Mattab语言构造响应面函数，进行结构可靠度计算，可充分发挥其矩阵运算功能及各种工具箱的作用，使编程效率大大提高，且语法简便，易于掌握。Mattab语言在可靠度计算中的应用，会对结构可靠性理论的推广使用起到积极推进作用。     

节理抗剪强度综合评价的试验研究

选取不同吻合度自然节理试样,进行干燥状态和饱和状态的JRC-JCS模型和JRC-JMS模型试验研究。结果表明,在节理粗糙度系数的定向统计测量和尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用JRC-JCS模型综合评价节理抗剪强度可靠性较好,考虑吻合度系数的JRC-JMC模型比JRC-JCS模型具更好的预测能力。     

JRC快速测量技术

在回顾粗糙度测量方法的基础上 ,从岩石节理的具体特点出发 ,研制了轮廓曲线仪和粗糙度尺 ,为节理粗糙度系数的统计测量提拱了一种快速测量手段。     

甘肃北山地质处置库围岩节理抗剪强度经验估算

节理抗剪强度参数是地质处置库预选地段工程地质对比和围岩稳定性分析的重要指标。本文在旧井地段英云闪长岩节理分组的基础上,运用定向统计测量方法估测节理粗糙度系数,通过评价节理粗糙度系数的尺寸效应,确定节理抗剪强度经验估算有效长度,由JRC-JCS模型求得各组节理4个方向的抗剪强度参数,并评价了地质处置库围岩节理抗剪强度的各向异性特征。     

岩石分形节理粗糙性对应力场影响的光弹模拟研究

节理的粗糙性是影响岩体力学特性的重要因素。现有的众多的研究结果表明：不规则的节理面具有很好的自相似特征，可以用分形几何去描述，节理面的分形维数是表征节理面粗糙度（ＪＲＣ）恰当的统计量。基于以上观点，为了能够精确地控制节理面的粗糙性，本文以Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ函数生成不同分维的分形曲线来模拟实际的粗糙节理面，制成光弹实验试样进行多组的单压和压剪实验，通过光弹条纹和接触点的变化来研究不规则的节理对于岩体变形，应力场的影响，得出了一些有益的结论．     

泥质岩膨胀势判断及其破坏机理分析

应用曲永新提出的"不规则岩块干燥饱和吸水率判别法"和成岩胶结系数指标法,对山西某一煤矿巷道中泥质岩的膨胀性进行综合判定,其属于非膨胀性泥质岩。并对巷道中岩样的矿物组成成分进行分析,岩石中石英和铁矿的含量较多,且分布极不均匀,所含粘土矿物主要为高岭石。最后,从岩石的矿物组成、结构构造、节理面及微节理面的特征以及岩石在受压力时裂隙的扩张情况等角度,综合分析得出泥质岩以脆性破坏为主。     

岩体节理抗剪强度的巴顿方程评价(英文)

根据实验室的抗剪强度试验, 本文对巴顿方程进行新的讨论并提出新的评价方法。实验室完成了一组岩体结构面的抗剪强度 (τ, σ)试验后, 利用抗剪强度资料来模拟巴顿方程的三个参数 (φ, JRC, JCS)在理论上可以用偏导数求解, 但由于巴顿方程的特殊性, 实际上是不可能的。     

DEM analysis of the effect of joint geometry on the shear behavior of rocks

In order to comprehensively investigate the effect of different joint geometries on the shear behavior of rocks, the Distinct Element Method (DEM) was utilized with a new bond contact model. A series of direct shear tests on coplanar and non-coplanar jointed rocks was simulated using the PFC2D software, which incorporates our bond contact model. Both coplanar jointed rocks with different joint persistence and non-coplanar ones with different joint inclinations were simulated and investigated numerically. The numerical results were compared and discussed with relevant laboratory tests as well as some reported numerical works. The results show that for coplanar jointed rocks, the peak shear stress decreases nonlinearly with the joint persistence, and the failure process can be divided into four stages: elastic shearing phase, crack propagation, failure of rock bridges, and residual phase. For non-coplanar jointed rocks, as the absolute value of the inclination angle of the rock joints increases, its shear strength increases, changing the failure patterns and the length of new fractures between existing cracks. When the absolute value increases from 15° to 30°, the average shear capacity increases the most as 39%, while the shear capacity increases the least as 2.9% when the absolute value changes from 45° to 60°. There is a good consistency of the failure patterns obtained from experiments and numerical tests. All these demonstrate that the DEM can be further applied to rock mechanics and practical rock engineering with confidence in the future.