层状岩体受压力学特征结构面效应数值分析

煤层底板岩体是沉积岩,具有显著的层状结构特点。为研究层状岩体压缩强度的结构面效应,通过FLAC3D数值软件,结合改进的遍布节理本构模型,建立层状岩体压缩数值模型,分析单轴、三轴压缩情况下的应力应变响应以及强度特征。研究结果表明:层状岩体压缩强度具有显著的结构面倾角效应。随着倾角的增大,层状岩体的压缩强度呈现先减小后增大的趋势。当结构面倾角为40°~80°时,岩体强度整体较低,破裂面主要沿结构面展开。数值试验和理论分析反映的岩体强度随结构面倾角变化规律一致。层状岩体弹性模量沿平行于结构面方向最大,而垂直于结构面方向最小,并随结构面与水平面之间夹角的增加而增大。     

节理岩体中隧洞开挖的渐进破坏模式

节理岩体中隧洞的破坏模式与节理属性密切相关．基于一个能描述多组节理的岩体模型,采用数值模拟技术研究了节理倾角和侧压力系数对节理岩体中隧洞破坏模式的影响结果表明,节理岩体中隧洞的破坏模式受节理倾角控制．在较小节理倾角下,主要表现为肩部岩体的弯曲断裂、节理之间的分离和边墙岩体的压碎;在较大的节理倾角下,主要以边墙岩体的压碎和节理之间层状岩体的滑移为主侧压力系数亦影响隧洞破坏模式,在较小的侧压力系数下,隧洞破坏主要受节理倾角影响;随着侧压力系数的增大,其破坏主要受构造应力影响．这些结论可为隧洞支护设计和施工提供参考     

矿井煤岩体变形失稳问题的研究

本文对矿井中几种变形失稳现象:煤体冲击地压、矿震、顶底板冲击地压及煤与瓦斯突出,分别建立了煤岩体压缩、剪切、拉伸、固液耦合失稳模型及失稳判别准则,初步构画了矿井煤岩体失稳问题的框架.     

煤岩体拉伸失稳破坏的机理及数值模拟

本文分析了拉伸失稳破坏的机理．并建立了拉伸失稳破坏的判别准则及对拉伸失稳破坏进行数值模拟的方法。最后，本文对工程实例进行了数值模拟计算和分析     

层状岩体强度结构面特征的数值分析

运用FLAC3D软件建立层状岩体试件模型,分析单轴压缩情况下的破坏模式和强度各向异性特征.研究结果表明:随着结构面倾角β的增大,试件抗压强度σc呈现先减小后增大的趋势;当结构面倾角为20°～30°和80°～90°时,试件抗压强度对β的灵敏度最大;当β为30°～70°时,σc变化不大;当结构面内摩擦角φj＜β＜90°时,数值计算结果和理论计算结果差别较小;当β≤φj或β=90°时,两者差别较大,数值计算结果明显小于理论计算结果;数值模拟结果能够反映出β≤φj和β=90°对应的岩体抗压强度存在一定差别,与实际情况相符.     

考虑偶应力的层状岩体地下洞室开挖模拟

利用能考虑偶应力的Cosserat介质理论，笔者分析了层状岩体变形破坏的机理，并基于Matlab编制了相应的计算程序。利用该程序，笔者对一个典型的陡倾角层状岩体中大型地下洞宣的开挖进行了计算，结果表明运用该方法是简便和有效的。     

节理岩体中隧洞围岩的损伤破坏机理

结合细观节理形态的变化,在二轴围压条件下,数值模拟了节理岩体中隧洞围岩损伤破坏过程,研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理,分析了岩体中节理倾角对隧洞围岩稳定性的影响规律.结果表明:裂隙的产生和发展延伸主要是拉应力的作用,裂隙延伸方向大致与节理面垂直;节理倾角较小时,岩体中破裂以垂直于节理面的拉裂隙为主;节理倾角较大时,岩体裂隙以沿节理面的滑动裂隙为主;不同倾角的节理面对岩体破坏的脆性也有较大影响;岩体破坏前有大量微裂隙产生,同时伴随着声发射能量的释放,利用微震监测技术抓住这些微破裂前兆信息,能够较好地进行隧洞塌方、冒顶、岩爆等灾害预测,提前做好支护等应对措施,以保障人员、设备安全.     

基岩斜坡变形与破坏的岩体结构模式分析

岩体结构,特别是软弱结构面对基岩斜坡变形与破坏具有显著的控制作用,岩体结构模式分析是建立斜坡地质模型和数学模型的关键和评价斜坡稳定性的基础。岩层层面、断裂构造、节理裂隙、片理与劈理以及侵入体和围岩的接触带等是控制基岩斜坡稳定的软弱结构面,这些成因不同、大小不一的结构面将岩体分割成性质各异、力学强度不均的各种岩体结构体,构成了15种基岩斜坡变形、破坏的岩体结构基本模式。不同结构体的重新组合与排列是斜坡失稳的内在原因。三峡库区11种岩体结构类型的岸坡存在着多种形式的变形与破坏。     

层状岩体地下洞室地震响应分析

针对地下工程中层状岩体表现出的横观各向同性特征,为了更好模拟地震作用下层状岩体受力和变形情况,围绕屈服强度的率相关性,提出了考虑应变率对黏聚力影响的动力强度准则.该强度准则综合考虑基岩与结构面的强度特征,结合与强度准则相对应的塑性势函数,推导了塑性应变增量的求解过程,建立了层状岩体动力本构模型.采用提出的模型模拟大型地下洞室群的动力响应特征,并与不考虑应变率对强度影响的模型计算结果相比较.结果表明:当考虑应变率影响时,计算得到的破坏区较小,围岩变形量更小,受力情况也更好.     

水平应力对巷道软弱互层顶板岩体破坏的数值模拟研究

运用数值分析，对垂直应力不变条件下改变水平应力对巷道软弱层状顶板岩体的塑性破坏、位移和应力变化规律进行了三维数值模拟。巷道两帮和底板岩层较硬，顶板岩层相对软弱，并且层理发育。顶板各岩层及软弱夹层的物理力学参数分别相同。研究结果表明，层状顶板岩体的破坏特征是由侧压系数λ决定的。当λ＜1时，顶板的塑性区和卸压范围较大，但顶板挠度却较小。当λ＞1时，顶板的塑性区和卸压范围较小，但顶板挠度却较大。     

考虑围压影响下的层状岩体压缩特性

为了研究围压作用情况下的层状岩体压缩特性,采用数值方法建立分析模型,计算不同围压下岩体的应力和应变后发现,随着结构面倾角的增大,层状岩体的抗压强度呈现先减小后增大的趋势;结构面倾角为60°时试件的三轴抗压强度最小;层面倾角为90°时对应的三轴抗压强度最大;对于相同倾角的试件,三轴压缩强度与围压呈显著的线性关系。数值试验反应的岩石应力-应变曲线与试验得到的结果相符,随着围压的增大,试样的刚度不断增大,弹性模量与围压之间呈线性关系。     

不同侧压系数下各向异性巷道围岩破坏模式研究

针对各向异性初始应力状态（不同的侧压力系数下）的岩体巷道开挖问题,利用复合材料的Hoffman强度准则考察各向异性对巷道周围应力、位移和塑性破坏区的影响.结果表明：巷道围岩的最大主应力与侧压系数无关,当θ=30°~60°时为最大,θ=0°,90°时为最小.随θ的增加,巷道围岩的水平位移增加,垂直位移减小.在各向异性岩体中强度较大的方向与最大应力方向一致时,破坏发生在此方向,塑性破坏区的范围为最大.     

层状岩体等效模型数值分析

由层状岩层组成的岩体具有明显的非均质与各向异性特征。对于分层厚度及力学性质随机变化的较一般情况,本文从等效模型概念出发,将层状岩体简化为等效横观各向同性体。同时,为了模拟岩体的不连续面,给出了等效岩体模型节理单元的表述,并提出了一套完整的边界元算法。     

层理岩体爆破应力波传播规律研究

本文以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响。研究发现：层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1。当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小。此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系。     

渗透与水化学作用之受力岩体的破坏机理

运用水文地球化学理论、突变理论和伪张力法分析了受力岩体系统在地下水流体渗透和水化学综合作用下的破坏机理，给出了渗透作用下受压岩石宏观破裂判据．结果表明，渗透作用加剧了受力岩体裂隙相互作用，导致微裂隙扩展及其相互作用发生变化，从而改变裂隙较易聚集的方向；水化学作用使岩体强度降低，其生成的粘土矿物使裂隙扩展张力加大；这两方面的综合作用使得岩体破坏、条件更易满足．讨论了有关斜坡不稳定性问题     

基于岩体质量Q系统的隧道围岩分级

岩体质量Q系统未考虑隧道上覆不同地质条件岩土体位置关系的相互影响。阐述了岩体质量Q系统在进行围岩分级时存在的问题,基于摩尔-库伦强度准则,提出了计算隧道围岩松动区和承载区的公式,得出当隧道围岩等级越高,即围岩稳定性越差时,松动区外半径、承载区外半径以及塑性区外半径越大;通过将理论分析方法与数值模拟方法相结合,求出了隧道围岩重要性系数,提出了一种隧道围岩分级新计算公式。     

节理岩体爆破破坏过程数值模拟

 针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出采用最近新出现的数值方法——数值流形方法以解决目前岩体爆破中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,很容易反映岩体中存在的众多初始节理,本文采用断裂力学准则模拟岩石节理和裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论模拟块体运动,并通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异.模拟结果表明,节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布和物理力学性质有着密切关系.