节理岩体

摘要： 为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析.结果表明:模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显.

摘要： 为探究岩体变形破坏过程中的能量转化和耗散机制,对含节理试件单轴压缩下的单位体积外力功、弹性应变能和耗散能密度进行计算和分析。研究发现:(1)节理试件的4类应力应变曲线(类型Ⅰ-单峰型,类型Ⅱ-软化段多峰型,类型Ⅲ-多峰平台后软化型,类型Ⅳ-多峰平台后硬化—软化型)的能量转化和耗散过程都可以分为弹性变形、连续体非弹性变形和不连续体变形3个阶段;在第一阶段,耗散能占比很少,外力功大部分转化为弹性应变能;在第二阶段,耗散能占比急剧增加,外力功大部分转化为耗散能;在第三阶段,外力功几乎全部转化为耗散能;与类型Ⅰ和类型Ⅱ试件相比,类型Ⅲ和类型Ⅳ试件的连续体非弹性变形阶段的持续时间较长、延性较大;(2)以劈裂、压碎破坏为主的节理倾角较低或较高的试件,其最终的耗散能远高于以剪切滑移、阶梯状破坏为主的节理倾角中等的试件;(3)同一节理倾角下,随着节理连通率的增大,试件破坏所需的单位体积外力功和耗散能密度均减小;(4)随着节理试件耗散能密度对数值的增加,破碎体尺寸—质量分形维数值线性增加。

摘要： 针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖,采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段,研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明:对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖,爆炸荷载挤压及地应力作用下,岩体所积聚的应变能快速释放,导致了节理岩质边坡的位移突变,突变位移包括节理张开位移和岩体回弹位移两部分;地应力水平越高、岩体弹性模量越低,总的突变位移量越大;预应力锚索主要通过抑制节理张开位移来控制边坡岩体的位移突变,锚索预应力等级越高,其吸能和释能速率越高,对节理岩体位移突变的控制效果越好,当锚索的预应力等级高到一定程度后,节理岩体的突变位移不再随锚索预应力等级的升高而显著减小。

摘要： 由于自重应力、构造应力的存在,以及开挖扰动,深部岩体存在错综复杂的节理形态,所以节理对岩体的影响研究亟不可待。为研究不同倾角单条非贯通节理岩体力学特性及破坏规律,采用颗粒流程序(PFC)标定真实深部岩体细观参数,模拟了不同倾角的节理岩体,进行了单轴压缩试验。结果表明,节理存在使岩体峰值强度、弹性模量、起裂应力有所降低。裂纹从节理尖端延伸形成拉伸翼裂纹,随后伴随次生裂纹,最终裂纹与预制节理贯穿发生破坏。

摘要： 针对某水电站引水隧洞实际地质情况,采用离散单元法,深入研究了含节理岩体深埋引水隧洞初始应力、开挖锚喷支护及运行期工况下围岩应力分布情况及变形特点。研究成果表明:洞室开挖后顶拱及边墙部位顺节理方向变形突出,受围岩拱效应的影响底板出现较大位移,且局部存在应力集中现象;塑性区及锚杆拉应力呈明显不对称分布状态,节理对岩体整体稳定性影响效果明显。基于研究成果,结合施工过程中实时反馈的地质信息,提出了节理岩体中深埋引水隧洞围岩稳定动态反馈分析和支护优化设计方法,在应用于该工程实践的同时,对类似水电站引水隧洞衬砌结构优化为挂网锚喷支护设计具有一定的指导和参考作用。

摘要： 为探究冲击荷载下节理岩体中应力波波速衰减规律,用水泥砂浆梁状结构模拟岩体,填充黏土层模拟软弱薄夹层,采用自行设计的摆锤冲击装置作为动力源进行冲击加载试验.研究了节理存在与否、节理数量和厚度对冲击荷载下节理岩体应力波衰减规律的影响,并利用特征线法和位移不连续模型推导节理面对应力波衰减的影响.结果表明:随着距离增大,振动衰减速度减慢,呈现出近端衰减快,远端衰减慢的规律;梁状结构表面的振动响应与节理厚度、数量呈负相关;节理引起的振动响应差异随节理数量的增加逐渐降低;理论的峰值和变化规律与试验结果吻合.通过分析节理对应力波波速衰减规律的影响,为日后实际工程作业中减小对周边建筑物的安全风险提供一定的参考.

摘要： 小净距隧道因其地形适应性强、线路灵活而得以大量应用。最小安全净距是控制小净距隧道线路设计的关键指标,也是影响隧洞施工安全的主要因素之一。依托苏州高新区某浅埋大跨小净距隧道工程,采用平面应变有限元法,考虑软弱节理围岩各向异性本构特征,分析净距大小对中夹岩塑性点分布、隧道和地层变形、支护结构内力的影响规律,提出最小安全净距的判定标准。结果表明,以塑性区是否贯通和支护结构承载能力、是否满足安全系数规定作为判别标准,该隧道工程的最小安全净距可取为0.4倍隧道开挖净宽;而以隧道和地层变形及支护结构内力随净距减小的非线性突增为判别标准,所得最小安全净距偏于保守。研究结果可为节理围岩地区小净距隧道的净距优化提供理论参考。

摘要： 针对双护盾TBM在节理岩体中掘进易于发生卡机等问题,进行了节理岩体力学参数对围岩与TBM接触压力的影响研究.首先,采用正交试验进行试验方案设计,利用离散元软件3DEC建立TBM在节理岩体中动态掘进模型;然后以围岩与TBM接触压力Q为指标采用3DEC进行数值模拟计算,并利用极差和方差分析研究了岩石力学参数(弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角)和节理力学参数(法向刚度、剪切刚度、节理黏聚力、节理内摩擦角)对围岩与TBM接触压力的影响;最后以正峰寺隧道为例进行算例分析.结果表明:节理岩体力学参数中弹性模量对接触压力影响极其显著,法向刚度影响非常显著,剪切刚度和黏聚力影响显著,其余参数仅是有影响但不显著.

摘要： 为全面反映岩体结构特性、赋存环境及荷载效应对岩体损伤及变形破坏特征的影响,本文充分考虑岩体的非均匀性和各向异性,基于D-P准则,建立节理岩体多因子耦合损伤模型,推导模型参数的理论表达式。研究表明:损伤演化途径对应着岩体结构变化所诱发的力学性状与行为的演变;岩体总损伤值随着节理倾角的增加呈先增后减的变化态势,60°倾角时损伤值达到最大。随节理倾角的增加,岩体的强度、弹性模量及模型参数均呈先减后增开口向上的U型变化趋势,60°节理倾角时相应值最小;随围压的升高,节理岩体的强度、弹性模量、模型参数F_(0)总体呈增大趋势,而参数m不断减小。损伤扩展及模型参数的变化规律所预测的岩体力学行为与试验结果相一致,本构模型理论曲线与试验曲线也取得了较好的一致性。

摘要： 深埋节理地层中的隧道开挖及运营安全面临巨大挑战。本研究以杭绍台高速铁路林盘山隧道工程为背景,针对倾斜节理岩层中隧道开挖引起的围岩变形以及衬砌结构开裂等问题,考虑不同节理倾角影响,采用岩土工程专业通用有限元软件MIDAS GTS/NX,模拟分析节理倾角对隧道围岩与支护结构应力分布、变形演化规律的影响;同时,结合现场实际条件对隧道施工与防护措施进行优化和综合分析,得出最优施工方案指导施工以避免隧道衬砌的开裂,有效保障了隧道施工和运营安全。

摘要： 以相似材料制备的完整、节理岩体试样为研究对象,初步研究了完整、节理岩体试样在单轴压缩条件下的力学特性、声发射特性、声发射事件定位及破坏模式特征.在不同岩样破坏过程中,通过声发射参数分析法研究发现:声发射振铃计数率和能率的突发增长是岩样即将破坏的前兆,声发射定位能够直观反映岩样裂纹动态演化过程,节理岩样的破坏不同于完整岩样,表现出明显的二次峰值现象,节理岩样沿预制节理面产生张拉翼型裂纹扩展、贯穿直至破坏.

摘要： 地下洞室、隧道和地表结构的安全稳定得到越来越多的关注,并且已成为重要的研究课题.这些结构容易受到来自于地震、爆炸等动荷载的作用.对于爆破开挖或储存炸药、石油的意外引爆等发生在岩体洞室内部的爆炸,临近洞室和地表结构所受到的振动干扰根据峰值质点速度确定.另一方面,也需要研究地震或爆炸等外部动荷载作用下洞室结构的稳定性.本文关注于分别受到内部和外部动荷载作用下地下洞室动态响应的数值模拟研究,数值模拟均应用UDEC-AUTODYN组合方法.首先,应用UDEC-AUTODYN组合方法对瑞典(A)lvdalende的一个大型洞室内部爆炸实验进行数值模拟.其中,应用AUTODYN模拟炸药爆炸过程、冲击波的产生以及冲击波对洞壁的作用;应用UDEC模拟冲击波在爆炸洞室周围节理岩体中的传播.将UDEC-AUTODYN组合方法、单一AUTODYN方法和经验公式得到的峰值质点速度分别同现场实验数据相比较.对比结果显示经验公式预测值小于实验数据,单一的ATUODYN模拟结果大于实验数据,UDEC-AUTODYN组合方法得到的模拟结果与实验数据较吻合.因此,UDEC-AUTODYN组合方法适合于模拟洞室内部爆炸以及其后冲击波在洞室周围节理岩体中的传播;其次,利用UDEC对外部爆炸动荷载作用下地下洞室的动态响应进行分析.研究在冲击波动荷载作用下围岩中节理性质、初始地应力、冲击波的振幅和锚杆支护对洞室破坏的影响.研究结果显示节理倾角对洞室围岩破坏的影响最大;初始地应力对洞室的破坏影响较小;锚杆支护可以极大的提高洞室的稳定性.

摘要： 节理岩体是工程中最常见的一类岩体,其在地震、爆炸等动载下的力学响应及破坏过程对相关工程安全性的影响至关重要.采用基于有限元应力分析和统计损伤理论开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载下节理岩体的动态破坏过程进行了模拟,重点讨论了节理条数、节理贯通度、节理倾角及应力波峰值对岩体动态破坏过程的影响规律.计算结果表明,断续节理岩体动态破坏过程及破坏强度与节理构造形态、应力波峰值密切相关.相同动载下,随着节理条数的增加,岩体破坏程度以及应力波能量损失增强,但当节理条数数超过一定值后,岩体破坏程度及应力波能量损失逐渐趋于稳定;节理贯通度较小时,岩体破坏程度较低且破坏单元自上而下均匀分布.随着节理贯通度的增加,岩体破坏增强,且破坏主要出现于节理上部岩体;节理倾角较小时,节理上部岩体破坏严重,易形成次生贯通裂纹.随着节理倾角增加,破坏范围逐渐变大,不易形成次生贯通裂纹;倾角为45°～60°时,岩体破坏效果最佳;动载荷的峰值越大,试样的破坏越严重.当峰值达到一定值时,节理附近发育出多条裂隙并向上下方不断发展而导致岩体完全破坏.在不同节理贯通度工况下与岩石霍布金森压杆(SHPB)试验结果进行比较,结论吻合,证明该数值模拟的合可行性和结论的可靠性.

摘要： 节理岩体地下洞室在地震作用下的安全响应是众多专家学者关注的问题之一,本文针对该问题采用三维离散元法研究节理地下洞室的稳定性,建立了一个含节理组的地下洞室模型进行分析研究.分别对洞室开挖后在常规荷载作用下的响应、洞室开挖后在地震荷载作用下的响应以及开挖支护后在地震荷载作用下的响应等三种工况进行模拟,得出了洞室在三种工况下的应力和位移变化情况.研究表明:地震对洞室的破坏非常大且时间短暂,支护后的洞室围岩能够使破坏时间延迟,在一定时间内增强了洞室围岩的抗震能力.本文的工作不仅对含节理的地下洞室开挖后的围岩变形和支护提供借鉴,而且对地下洞室和隧道的抗震设计具有指导意义.

摘要： 基于各向异性弹性体理论及等效连续体理论,研究了节理岩体等效弹性模量的尺寸效应及REV问题,并对其可能的影响因素进行分析.研究表明:①不同节理岩体的几何要素条件下的节理岩体均体现出显著的尺寸效应,REV具体量化值在一定范围内波动;②节理岩体REV值与节理间距关系较为明确,节理岩体变形参数稳定时的REV为3～4倍节理间距;③节理岩体倾角对节理岩体弹性模量影响较大,其中模型计算倾角取为45°时整体力学性能弱化效应最显著;④节理组数对节理岩体参数的影响明显,当量面积内节理岩体组数越多,相应的变形参数值越低.

摘要： 运用合适的刚度参数对实际工程进行数值计算,采用ANSYS建立基础模型导入3DEC中,克服了3DEC建模程序的固有缺陷;根据节理岩体变形参数以及孔隙水压力对结构面变形特性影响的研究结论,利用3DEC对黑山隧道在开挖过程中的变形规律进行了研究,得出浅埋破碎围岩区开挖沉降变形影响距离为60m等,与工程实际符合较好的数值模拟结果,从而为确定合理的二衬作业时机奠定了基础.

摘要： 采用基于FEM和连续损伤力学的RFPA数值模拟软件,首先从实验室尺度出发,建立了模拟的SHPB(split Hoplinson pressure bar)数值模型,分析了不同初始地应力作用下岩石材料的动态力学特性.数值模拟结果表明,岩石的动态压缩强度随着埋深与初始水平地应力与垂直地应力比值K的增加而增加.随后,从岩石工程尺度,考虑岩体内的不连续节理面的影响.建立动荷载作用下节理岩体地下洞室数值模型,系统分析了柱面波和平面波在节理岩体内部的传播规律以及节理力学性质和空间分布对地下洞室动态响应的影响.研究表明,除节理面处透反射和岩体损伤破坏导致的波衰减外,柱面波存在额外的几何衰减.同时,节理的力学性质与空间分布直接决定了应力波在节理面处的透反射规律,从而进一步影响了地下硐室的破坏程度与硐室壁处PPV(Peak particle velocity)结果.

摘要： 本文在试验分析的基础之上提出的压剪等效模型,是把复杂的裂缝尖端应力用等效的平均应力来代替,以求等效的总体效果.以此与岩石的破坏准则联系起来,运用noek～Brown准则来建立其断裂判据,并且首次将Hoek—Brown准则中的材料常数m,s与岩石的断裂韧度KⅠc,KⅡc值联系起来,直接由KⅠc,KⅡc的值来确定m,s值.并且山此导出了岩体的抗压强度和抗拉强度.通常人们将岩石的破坏与其断裂孤立地研究,实际上,岩石的断裂是建立在岩石的破坏基础之上,两者之间有必然的联系.

摘要： 本文以北太行山安妥岭钼矿为研究对象，通过对矿区地质特征、矿床特征等方面对钼矿区的接力构造进行了研究，得出：构造安妥岭矿区内成矿期构造特征的主应力为竖直向上，与安妥岭斑岩体快速上升这一动力学过程一致，暗示了矿区内矿化中心(成矿流体运移主通道)应该在安妥岭斑岩体附近。

摘要： 本文以北太行山安妥岭钼矿为研究对象，通过对矿区地质特征、矿床特征等方面对钼矿区的接力构造进行了研究，得出：构造安妥岭矿区内成矿期构造特征的主应力为竖直向上，与安妥岭斑岩体快速上升这一动力学过程一致，暗示了矿区内矿化中心(成矿流体运移主通道)应该在安妥岭斑岩体附近。

摘要： 一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法及加锚节理岩体，涉及岩土力学与岩土工程技术领域。其包括以下步骤：步骤S1，根据所述倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工所述制样模具；步骤S2，将所述制样模具安装在所述浇样模具内部；步骤S3：按指定的材料配合比在所述浇样模具中浇筑带有所述锚杆安装孔的所述浇筑试样；步骤S4，在所述锚杆安装孔内部安装所述锚杆。通过该方法可以制得任意斜交的加锚节理岩体。

摘要： 本发明提供一种柱状节理岩体重构方法及柱状节理岩体重构体，涉及岩体工程技术领域。所述方法包括：确定岩体模型中每个特征结构对应的材料，所述岩体模型包括柱状节理岩体的至少一个特征结构，根据所述岩体模型和每个特征结构对应的材料，生成柱状节理岩体重构体。通过预先设置的岩体模型，结合柱状节理岩体的每个特征结构所对应的材料，可以生成多个结构相同的柱状节理岩体重构体，可以在不同力学条件下，对多个结构相同的柱状节理岩体重构体进行破坏性试验，解决了无法获取相同结构柱状节理岩体力学特性和力学变化规律的问题，提高了所获取柱状节理岩体力学特性和变化规律的准确性，同时提高了获取柱状节理岩体力学特性和变化规律的灵活性。

摘要： 本发明公开了一种基于钻孔摄像技术的节理岩体体积节理数确定方法，应用于岩体完整性评估技术领域，包括以下步骤：S1、在待测岩体表面，选择单位面积的表面区域；S2、测量该单位面积的表面区域的岩体表面节理数Js，节理间距H和节理与水平巷道的倾向角θ；S3、对该单位面积的表面区域上钻孔，测量岩体内部节理数Jc；S4、将步骤S2测得的节理间距H与节理倾向角θ的正弦值和余弦值进行比较，确定岩体体积节理数Jv。本发明综合考量内部节理Jc与表面节理Js来计算体积节理Jv，考虑因素更为全面，计算更为准确快捷。

摘要： 本发明涉及一种含充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，包括如下步骤：模拟实际柱状节理岩体，确定待制备的试样中不同类型隐节理的三维数字空间模型，并在三维数字空间模型的表层预留小孔；采用水溶性材料将不同类型隐节理的三维数字空间模型进行3D打印，打印完成后自小孔加入相应充填物，得到不同类型的含充填物的隐节理模拟构件，用热熔胶将小孔密封，并在隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；配制水泥砂浆模拟实际柱状节理岩体，将隐节理模拟构件与水泥砂浆混合搅拌倒入模具，养护至初具形状的试样部件；脱模；脱模后的试样部件经烘烤、饱水、烘干、养护、加工处理，得到试样。本发明制得的试样能够完整反映岩体内部隐节理的结构和形态。

摘要： 本发明涉及一种含无充填隐节理的柱状节理岩体试样的制备方法，包括如下步骤：模拟实际柱状节理岩体中隐节理的结构、形态，确定试样中各类型隐节理的三维数字空间模型；采用水溶性材料将不同类型隐节理的三维数字空间模型经3D打印，得到不同类型的隐节理模拟构件，在所得隐节理模拟构件表面涂抹热熔胶；配制水泥砂浆模拟实际柱状节理岩体，将隐节理模拟构件与水泥砂浆混合搅拌倒入模具，养护至形成试样部件；脱模；将脱模后的试样部件经烘烤、饱水、烘干、养护、加工处理，即得。本发明将3D打印技术用于制备隐节理模拟构件，精确控制隐节理的形态和结构；采用水溶性材料制备隐节理模拟构件，解决了制备试样时模拟隐节理的构件无法取出的问题。

摘要： 一种倾斜加锚节理岩体精准制样方法及加锚节理岩体，涉及岩土力学与岩土工程技术领域。其包括以下步骤：步骤S1，根据所述倾斜加锚节理岩体的锚固方案加工所述制样模具；步骤S2，将所述制样模具安装在所述浇样模具内部；步骤S3：按指定的材料配合比在所述浇样模具中浇筑带有所述锚杆安装孔的所述浇筑试样；步骤S4，在所述锚杆安装孔内部安装所述锚杆。通过该方法可以制得任意斜交的加锚节理岩体。

摘要： 本发明提供一种柱状节理岩体重构方法及柱状节理岩体重构体，涉及岩体工程技术领域。所述方法包括：确定岩体模型中每个特征结构对应的材料，所述岩体模型包括柱状节理岩体的至少一个特征结构，根据所述岩体模型和每个特征结构对应的材料，生成柱状节理岩体重构体。通过预先设置的岩体模型，结合柱状节理岩体的每个特征结构所对应的材料，可以生成多个结构相同的柱状节理岩体重构体，可以在不同力学条件下，对多个结构相同的柱状节理岩体重构体进行破坏性试验，解决了无法获取相同结构柱状节理岩体力学特性和力学变化规律的问题，提高了所获取柱状节理岩体力学特性和变化规律的准确性，同时提高了获取柱状节理岩体力学特性和变化规律的灵活性。

摘要： 本发明公开了一种基于钻孔摄像技术的节理岩体体积节理数确定方法，应用于岩体完整性评估技术领域，包括以下步骤：S1、在待测岩体表面，选择单位面积的表面区域；S2、测量该单位面积的表面区域的岩体表面节理数Js，节理间距H和节理与水平巷道的倾向角θ；S3、对该单位面积的表面区域上钻孔，测量岩体内部节理数Jc；S4、将步骤S2测得的节理间距H与节理倾向角θ的正弦值和余弦值进行比较，确定岩体体积节理数Jv。本发明综合考量内部节理Jc与表面节理Js来计算体积节理Jv，考虑因素更为全面，计算更为准确快捷。

摘要： 本发明公开了一种不同节理粗糙度隐节理岩体模型试样制备方法，包括建立不同节理粗糙度隐节理试样模型，将节理粗糙度系数标准轮廓曲线数字化，将数字化的节理粗糙度曲线输入计算机并与3D打印机相连接；准备3D打印机所需的粉末状原料和粘合胶水并装入3D打印机内，按照设定的节理粗糙度曲线打印隐节理插片；对打印好的隐节理插片进行切割，得到试验所需要的隐节理片；在模具内灌注部分水泥砂浆，将隐节理片放入后，将水泥砂浆注满模具；养护至水泥砂浆固化成型、形成初具形状的试样部件后脱模；对试样进行打磨，得到满足试验要求的不同节理粗糙度隐节理岩体模型试样。该方法能够精确制备出含有不同节理粗糙度的隐节理岩体模型试样。

摘要： 本实用新型提供一种节理模具及多组交叉节理岩体模型试件制备装置，涉及岩土工程的技术领域。其中，该节理模具，包括多段板材，任意相邻两段板材之间呈夹角设置，各段板材的一端位于第一平面内，各段板材的另一端位于第二平面内，第二平面与第一平面平行；两个节理模具相对放置能够模拟多组交叉节理。该节理模具，使用时，可以模拟多组交叉节理；此外，板材的厚度、相邻两段板材的夹角、相邻两段平行的板材的距离可以分别与需要模拟的节理缝厚度、节理角度以及节理间距一致，从而能够实现较为真实地模拟原型的节理特征，进而有利于提高研究结果的准确性；而该节理模具能够灵活组装使用，还便于脱模，能够提高制备效率。