块状节理岩体各向异性力学特性数值模拟研究

论文摘要

块状岩体作为常见的工程岩体,其内部通常存在2～3组相互交叉的贯通节理。这些产状、密度和空间分布都不同的节理将岩体切割成块状结构,从而使岩体的力学性质具有各向异性特征。当前,岩体工程中广泛使用的基于地质强度指标（GSI）的岩体强度模型并没有考虑到岩体的各向异性特性,故无法准确预测岩体的强度特性。因此,建立一种可靠的岩体强度模型并完善其相关理论基础,实现对块状岩体强度的准确评估,可为岩体工程稳定性分析及灾害防治提供理论支撑。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了节理倾角和岩块形状对岩体强度特性及破坏模式的影响规律,取得如下成果:（1）提出一个反映岩体各向异性特征的强度预测模型:本文采用Hoek-Brown（H-B）经验准则与数值模拟相结合的分析方法,建立了能反映岩体破碎程度的岩体数值模型,开展了单轴压缩试验数值模拟,基于数值模拟结果,提出一个反映岩体各向异性特征的强度预测模型,该模型能够综合考虑节理倾角和破碎程度对岩体强度的影响。（2）揭示了节理倾角β对块状岩体强度和破坏模式的影响规律:块状岩体的抗压强度（UCS）随节理倾角变化的曲线呈现以β为45°为对称轴的“W”形;块状岩体的破坏模式分为四类,随着节理倾角β从0°增大到45°,依次出现张拉破坏（β=0°）、剪切破坏（10°≤β≤20°）、滑移破坏（30≤β≤40°）和块体转动破坏（β=45°）。（3）节理间距比（S1/S2）和节理组夹角γ对节理岩体模型的强度特征具有显著影响:岩体抗压强度（UCS）随节理间距比（S1/S2）增大呈现出显著增大的变化趋势,并且当S1/S2=2时,块状岩体的抗压强度近似为S1/S2为1时的2倍,即近似水平分布岩块所组成的岩体,其强度要比近似竖直分布岩块所构成的岩体的强度高。对于贯通双节理岩体,岩体强度和破坏模式的改变主要由节理组夹角γ改变所致。随着节理组夹角γ的变化,主要和次要节理组会发生转换,影响岩体强度。

论文目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 块状节理岩体强度特性国内外研究现状

1.2.1 试验法

1.2.2 数值模拟法

1.2.3 经验公式法

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 论文的创新点

2 Hoek-Brown准则的简介

2.1 Hoek-Brown准则的简介

2.2 H-B准则的输入参数

i的取值'> 2.2.1 H-B岩石参数m_i的取值

2.2.2 地质强度指标GSI

2.2.3 扰动因子D

2.3 基于GSI系统的岩体力学参数预测模型

2.4 Hoek-Brown准则的各向异性研究

2.5 本章小结

3 块状岩体各向异性力学特性研究

3.1 概述

3.2 室内块状岩体试样计算岩体强度的方法

3.2.1 岩体试样

3.2.2 等效GSI定量描述岩体破碎程度的方法

3.3 UDEC简介

3.3.1 UDEC数值模拟方法的基本原理

3.3.2 UDEC软件本构模型

3.4 岩体离散元数值模型

3.4.1 完整岩石试样数值模型的力学参数标定

3.4.2 节理力学参数的标定

3.5 块状岩体各向异性研究

3.5.1 离散元数值模型

3.5.2 数值模拟结果

3.6 各向异性块状岩体的强度预测模型

3.6.1 经验公式与数值模拟结果比较

3.6.2 各向异性参数

3.6.3 改进强度预测模型

3.7 本章小结

4 岩块形状对岩体强度特性影响研究

4.1 概述

4.2 数值模型

4.2.1 UDEC数值模型

4.2.2 岩块体积计算方案

4.3 试验方案

4.4 节理间距比对岩体强度特性的影响

4.4.1 节理间距比对岩体强度的影响

4.4.2 节理间距比岩体破坏模式的影响

4.5 节理组夹角对岩体力学参数的影响

4.5.1 节理组夹角对岩体强度的影响

4.5.2 节理组夹角对岩体破坏模式的影响

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄凡

导师: 沈佳轶

关键词: 数值模拟,块状岩体,准则,经验模型,各向异性

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 浙江大学

分类号: TU45

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000279

总页数: 76

文件大小: 5526K

下载量: 222

块状节理岩体各向异性力学特性数值模拟研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢