岩石分形节理的强度和变形特性研究

节理的粗糙性是影响节理力学性质的重要因素。本文以分形曲线模拟岩石节理的粗糙特征,并应用数值模拟的方法对岩石节理在单压状态下粗糙节理的最大剪应力、最大剪应变及其接触点分布情况进行较为系统的研究。本文的模拟结果和实验结果吻合较好。     

粗糙岩石节理剪切强度的修正公式

以Mandelbrot-Weieratrass函数构造的具有分形节理的岩石试件为模型，通过多组压剪实验，得到了岩石节理法向应力和分形维数及切向应力的近似关系，并利用实验结果得出了粗糙节理岩体剪切强度的修正公式。     

基于岩石节理分形特性的岩体稳定性智能辨识

 调查国内大量矿山地质资料,分析其矿岩节理裂隙数据,采用分形理论揭示岩体节理间距和产状分布的分形特性.采用混沌算法优化神经网络,建立矿岩稳定性与其岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、岩体节理间距分形维数和节理产状分形维数的智能辨识模型,寻求岩体判别新方法.研究表明,岩体节理间距分形维数和产状分布分形维数可反映岩体节理空间分布的整体信息;节理间距分形维数越小,岩体完整性越好;产状分布分形维数越低,节理分散程度越小;即二者分形维数越小,岩体稳定性越好.智能辨识模型可以根据矿岩力学参数、岩体节理分形特征,预测不同地质条件下的岩体质量,为工程支护设计及施工提供依据.     

粗糙岩石节理剪切强度的修正公式

以Mandelbrot-Weieratrass函数构造的具有分形节理的岩石试件为模型,通过多组压剪实验,得到了岩石节理法向应力和分形维数及切向应力的近似关系,并利用实验结果得出了粗糙节理岩体剪切强度的修正公式.     

岩石分形节理光弹实验与数值模拟研究

从分形几何的观点出发，根据岩石结构面具有统计自相似特征，采用Mandelbrot-Weierstrass函数在聚碳酸脂板人为生成不同分维的分形曲线来模拟岩石节理不同的粗糙度，对该试样进行了一系列单压和压剪光弹实验。运用ANSYS系统，通过对模拟分形节理实验过程的数值模拟，研究了定量刻划节理粗糙性的分维对应力场分布变化的影响，并与光弹实验结果作了对比分析。研究表明，数值模拟结果与光弹实验结果有较好的一致。     

用人工神经网络预测岩石节理的抗剪强度

提出运用人工神经网络方法预测岩石节埋抗剪强度,在该方法中应用相对作用强度RSE确定网络中各输入因素对抗剪强度的影响程度,并根据分形节理力学性质和光弹试验数据进行网络训练、参数预测,结果表明：该方法可以用来预测岩石节理抗剪强度并推广应用。     

岩体节理面的分形与分维研究

应用分形几何理论对岩体节理进行描述,求得了节理的分维数d_1,并建立了节理分维数d_f与其粗糙度JRC的关系。有了节理的分维数就可方便的进行节理的分类及强度计算,这比传统的用JRC描述节理更具有实际意义。     

断续节理岩石破坏过程数值模拟研究

采用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，通过对岩石断续节理在压剪荷载作用下的声发射和位移特性进行数值分析，研究岩石断续节理的破坏过程。数值模拟显示了试件的破坏过程、试件破坏所表现的声发射特征以及不同节理角对岩石破坏过程的影响。研究表明，岩石断续节理破坏过程具有几个明显的不同阶段，节理的倾角对破坏过程具有明显的影响。     

工程节理岩体断裂韧性的分形效应

在考察工程节理化岩体断裂力学特征的基础上,提出了“追踪裂纹断裂”的概念,并结合分形几何原理,建立起追踪裂纹断裂的分形模型,从分形几何的角度研究了节理化岩石的微观和宏观结构效应以及使断裂韧性提高的物理力学机制,并通过实测岩样的剪切断裂而进行了验证。     

复杂节理面剪切强度和变形特征的数值分析

采用FLAC~(3D)软件建立三维节理试样模型,分析不同表面形态和边界条件对节理强度和变形特征的影响.研究结果表明:当节理而起伏角较小时,试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系,起伏角对内摩擦角的影响大于对黏结力的影响;随着起伏角的增大,剪切强度与正应力之间逐渐呈非线性关系特征;通过抛物线方程对其进行拟合,可得到较高的相关性,并且节理的破坏模式从滑移破坏转变为沿节理面滑移和锯齿压剪碎裂的复合破坏;峰值强度与残余强度之比随正应力的增大而逐渐减小,减小趋势符合指数规律,同时,试样的各向异性逐渐减弱,剪切刚度不断增大.     

岩石节理粗糙度系数JRC测量新方法

对已有的粗糙度测量方法做了介绍和评论,从岩石节理的具体特点出发,研制了轮廓曲线仪和基本粗糙度尺,为节理粗糙度系数的定向统计测量提供了一种快速测量手段.     

节理岩体损伤与分形几何的关系

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法模拟了岩体内的损伤节理分布，并从分形几何角度出发给予定量描述，由分形维数和节理方位定义损伤张量。     

岩石节理裂隙骨架提取及其整体分形分析

在对彩色岩石节理裂隙图像或灰度图像进行分割后,二值图像的骨架结果一般很难让人满意,因为图像中的各种噪声和线段的不连续性使测量困难并影响测量的精度.根据曲线的细线化、端点和节点的检测等设计并实现了一种基于二值图像形态学特性的曲线去噪、断线连接及整体曲线分形拟合的方法,改善了以往检测出的节理裂隙曲线具有不连续性、带有毛刺噪声及整体复杂度的判断问题,从而可以对每条裂隙曲线进行分形测量,不仅仅进行了单一曲线的分形描述,还进行了多曲线组合的分形描述,分形结果可作为评定整体节理裂隙的特征之一.     

岩石节理面粗糙度的分形效应与试件尺寸影响分析

 岩石节理面的粗糙度是影响岩体形变、位移和强度的主要因素,准确量测岩石节理表面的粗糙度对评价岩石力学特性非常重要.根据分形理论,岩石节理表面具有分形特征,可用分形维数描述节理表面的起伏度,但是岩石节理表面粗糙度一般不具有严格的自相似分形性质,因此,表面分形参数(分形维数D和截距A)的量测结果受到尺度的影响.本文运用三维表面激光形貌仪扫描10个不同尺度的试件(尺寸为100mm×100mm—1000mm×1000mm),结果表明,D和A随试件尺寸增大而减小,两参数都有尺度效应,但存在一个极限尺寸.综合考虑岩石表面尺寸、试件长度以及测量尺度对岩石节理表面粗糙度的影响,提出可靠的分形测量途径.     

随机荷载作用下岩石节理剪切强度特性研究

连续采集某桥梁在随机车流经过时的基础支座反力,以该数据为样本来模拟桥梁的随机车辆荷载谱。以水泥砂浆为相似材料,制作有3种起伏角、3种岩壁强度的共9组人工岩石节理试件。在不同法向应力条件下,对9组试件通过施加随机荷载序列进行循环剪切试验,考察节理剪切强度的变化规律。结果表明,在随机车辆荷载序列的作用下,岩石节理的峰值剪切强度与节理起伏角、法向应力以及岩壁强度均呈正相关关系;岩石节理剪切强度随循环加载次数的增加而降低,且呈现先快后慢的变化趋势;岩石节理剪切强度的劣化速率随节理起伏角的增大、法向应力的增加和岩壁强度的降低而加快。     

岩体损伤节理的计算机模拟及分形分析

利用计算机随机模拟方法模拟了岩体损伤节理的分布,从分形几何角度出发给予定量描述,由分形维数和节理方向定义损伤节理的损伤张量。和传统的计算方法比较,本文的分形损伤张量计算方法具有明显的优越性。     

岩石节理表面形貌研究

应用针梳测量某矿区岩石表面形貌,对获得的节理面数据进行分析,计算了表面形貌的均方根值σ、中心线平均高度Z0、峰态系数K等参数。在分析参数之间的关系后,选择了其中的三个参数,应用模糊数学建立的模糊矩阵,进行了多参数综合评价,并对岩石节理面进行了分级,计算出了岩石节理的摩擦角和摩擦系数。     

岩石节理非线性变形分析

考虑岩石节理变形的非线性特性,提出了一种新的节理模型,不仅能表现塑性剪切变形和剪胀,而且也能考虑法向应力引起的张裂与闭合时的非线性变形特性．这种模型可用于地下工程和边坡的稳定性分析及渗流与应力的耦合分析．     

节理对岩体强度变形特性影响的模型实验

采用模型试验研究节理对岩体强度变形特性的影响.设计150 mm×150 mm×150mm尺寸的3组模型试验,在不同的正压力下,分别对完整岩块、贯通节理岩体和断续节理岩体进行中型剪切试验.研究结果表明:岩体以脆性破坏为主,主要有4种典型的破坏方式,破坏形态与节理的排列方式、贯通性以及应力状态等因素密切相关;完整岩块、贯通节理岩体和断续节理岩体变形破坏发展过程具有不同的分段特征:完整岩块曲线主要经历剪缩错动、线弹性增长、破坏和残余强度4个阶段;贯通节理岩体曲线主要经历线弹性增长区、过渡区和滑移破坏区3个阶段;断续节理岩体曲线主要经历线弹性增长、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5个阶段.断续节理岩体摩尔库仑曲线分别以完整岩块和贯通节理岩体的破坏包络线为上界和下界,可以通过地质力学分析缩小带宽,估算断续节理岩体的强度.     

机械加工表面分形特性的研究

随着测量分辨率的提高,工程粗糙表面会有无穷细致的结构产生,所以,任何传统的对粗糙表面定量的描述,都随测量尺度的改变而变化,未能触及到表面形貌的本质性质．文中将分形几何学用于表面微观形貌的研究,明确给出了有关分形参数的物理意义,并基于Ｗ－Ｍ函数建立了分形参数与传统表面精度指标间的关系,为粗糙表面进一步的分形研究打下了基础．