岩石材料渐变破裂的重正化群方法研究

建立了描述岩石材料渐变破裂的重正化群模型,解析了其临界概率和临界应力,讨论了这些参数在岩体力学性质推断、破裂预测与稳定性判别中的意义。     

介质非均匀性对岩石力学性质影响的数值模拟试验分析

运用岩石破裂过程分析系统,研究了岩石介质非均匀性对岩石力学性质的影响.     

直剪状态下裂纹扩展过程的数值分析

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA^2D系统,对直剪状态下裂纹扩展及其力学行为进行了数值模拟研究。岩石试样视为非均匀性损伤岩石材料,模拟结果再现了裂纹扩展形成和试样从变形到破坏直至失稳的全过程及其和持有的力学特性。结果表明,剪断面是滑动形成的主要形式,并首先在试样一端出现,然后再形成由一端及里的剪断面扩展直至另一端最后产生剪断面破坏贯通,形成统一的滑动面。     

考虑初始空隙压密的岩石变形全过程本构模型

为了建立能够准确模拟岩石变形全过程的本构模型,深入分析了现有统计损伤模型难以描述岩石初始非线性变形阶段的局限性.综合考虑岩石的变形机理,将岩石抽象为由空隙和骨架组成的材料,分析了岩石变形及空隙与骨架两部分变形之间的关系,提出了空隙应变比K的概念;利用岩石三轴试验结果,提出了岩石骨架和空隙两部分应变的计算方法,推导了K的...     

层状边坡渐进破裂与失稳过程数值模拟探讨

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA^2D系统，以含层理弱层边坡的渐进破裂与失稳分析为例，通过对边坡渐进破裂与失稳发生孕育机制及其锚固控制规律的数值模拟，数值模拟再现了含层理弱层和锚固边坡渐进破坏与失稳的发生、发展过程，模拟结果表明，复杂结构边坡的渐进破坏与失稳现象是一些简单机理的演化结果。     

颗粒离散元分层建模法及颗粒尺寸效应

离散元分析方法是研究岩石力学行为、完善岩石力学基础理论的重要工具之一,为提高颗粒离散元法模拟室内岩石力学及大规模工程尺度试验的精确度,提出分层建模法,该方法对岩石或岩体关注区域采用小尺寸颗粒进行精细化模拟,外侧非重点关注区域采用大尺寸颗粒建模以扩大计算区域.采用分层建模法进行单轴压缩、巴西劈裂试验并与常规建模计算结果进行对比,初步验证了分层建模法模拟室内力学试验的可行性.研究结果表明：分层建模法与常规建模一样受颗粒尺寸效应影响,但可以减少颗粒流模型中的颗粒数量,计算效率提高50%以上;分层模型的单轴抗压强度和起裂应力分别与外层对应的常规模型相比,最多仅减小2.7%和1.9%,匹配单轴抗压强度时可先以外层材料常规模型作参照,单轴抗压强度和起裂应力的变异系数（coefficient of variation,COV）普遍大于常规模型,但依然在2%的可接受范围内;分层模型中粒径分布的不均匀性对模型弹性阶段的变形性质影响较小,分层模型的弹性模量与外层对应的常规模型相比减小1.3%～2.3%;分层模型的巴西劈裂抗拉强度与外层对应的常规模型增大了1.32%～2.35%,宏观破裂特征与小粒径常规模型...     

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

广义Kelvin蠕变损伤模型及其参数的智能辨识

为了更好地描述岩石的流变变形特征,提出了考虑岩石蠕变过程中材料劣化效应的黏弹塑性模型,并导出了该模型的有限差分格式.基于FLAC3D软件的接口平台,采用C++语言实现了模型的二次开发.在此基础上,采用粒子群算法、模拟退火算法与FLAC3D相结合的智能方法,用已有试验数据进行了参数反演.结果表明:该模型能反映岩石的黏弹塑性以及损伤特性,能模拟低应力下岩石的两阶段蠕变和高应力下岩石的三阶段蠕变变形效应;只要反演算法参数取值适当,算法在40代左右就可以收敛到全局最优解.      

岩石广义非线性统一强度理论

广义Hoek-Brown强度准则广泛用于岩石工程,但其没有考虑中间主应力效应.为此,根据双剪模型和广义Hoek-Brown强度准则,建立了广义非线性统一强度理论.该理论的极限面覆盖了全部外凸区域,构成岩石材料在主应力空间的全部极限面,广义Hoek-Brown强度准则和岩石广义非线性双剪强度准则是其特例.广义非线性统一强度理论的内边界是广义Hoek-Brown强度准则,外边界是岩石广义非线性双剪强度准则,其间是一系列新的极限面.广义非线性统一强度理论可以将统一屈服准则、统一强度理论、岩石非线性统一强度理论联系在一起.      

锦屏二级水电站微震监测预报与岩爆特征分析

锦屏二级水电站深埋地区地质条件复杂,岩石种类繁多,引（排）水隧洞具有洞线长、洞径大、埋深大、地应力高等特点,是世界已建和在建规模最大的深埋隧洞群。以锦屏二级水电站3#引水隧洞为研究对象,构建一套基于TBM全断面开挖实时监测围岩破裂过程的微震监测系统。通过对3#引水隧洞监测数据的分析,对发生岩爆前岩石微破裂活动的规律进行归纳和总结。分析结果表明,岩爆发生前监测系统监测到的微震事件在时空分布上均有一定特征：事件数量在空间上的分布有增多趋势且分布由离散状态逐步变为局部集中状态,岩爆一般发生在开挖后的几小时或几天内。利用和分析这些前兆信息对现场岩爆情况进行预测预报,可为施工和设计人员提供一定的参考依据。     

Equivalent continuum model of rock mass with arbitrary fractures

The constitutive model and equivalent deformation modulus of an arbitrary column in representative elementary volume (REV) of fractured rock mass are derived. The deformation of fractured rock mass is composed of the rock part and the fracture part. The elasto-visco-plastic property is considered in this model. For the convenience in engineering practice, the complex elasto-visco-plastic model and its equivalent modulus are degraded, and the rock is taken as an elastic body. By statistical analysis of the geometric positions of the column and the fracture, the equivalent modulus of rock mass with arbitrary fractures is obtained.     

Stresses and Shear Fracture Zone of Jinshazhou Tunnel Surrounding Rock in Rich Water Region

Field evidence has shown that large-scale and unstable discontinuous planes in the rock mass surrounding tunnels in rich water region are probably generated after excavation. The tunnel surrounding rock was divided into three zones, including elastic zone, plastic damage zone and shear fracture zone fof assessing the stability of the tunnel surrounding rock. By local hydrogeology, the stresses of surrounding rock of Jinshazhou circular tunnel was analyzed and the stress solutions on the elastic and plastic damage zones were obtained by applying the theories of fluid-solid coupling and elasto-plastic damage mechanics. The shear fracture zone generated by joints was studied and its range was determined by using Mohr-Coulomb strength criterion. Finally, the correctness of the theoretical results was validated by comparing the scopes of shear fracture zones calculated in this paper with those from literature.     

垮塌区Navier-Stokes幂律型浆体的有效扩散范围

为了研究注浆过程水泥浆体在破碎岩体中的扩散范围和压力分布状态,以Navier-Stokes方程为理论基础,在COMSOL平台上建立单裂隙模型,模拟浆体在不规则的单一裂隙面上的流动特征.在此基础上,建立破碎岩体的平面裂隙模型,同时设置不同的贯通系数,模拟浆体在破碎岩体中的扩散规律.研究结果表明:当模型中裂隙贯通系数较低时(0.1～0.5),浆体有效扩散范围较小,约为1.5～4.1 m,扩散范围随着压差的增加呈非线性的增加,但是增加率快速降低接近0;当模型中裂隙贯通系数较大时(0.5～1.0),浆体的有效扩散范围显著增加,约为4.1～6.2 m,随着压差的增加也呈非线性增加,增加率呈降低的趋势;当模型中裂隙贯通系数为1.0时,即破碎的岩体中裂隙面全部连通状态,浆体扩散距离随着压差的增加近似呈线性增加,最大扩散距离约为6.2 m.同时在注浆孔外围6 m处取芯结果能明显观察到浆体固结的破碎岩块,这与模型计算结果一致.     

岩质边坡结构面的水力劈裂效应分析

为了对岩质边坡结构面的水力劈裂效应进行分析,通过岩质边坡水力模型,结合岩体结构面裂纹的应力状态,运用断裂力学和水力学理论,推导出结构面水力劈裂的临界水头公式,在临界水头公式基础上分别获得了最易发生拉剪型水力劈裂和压剪型水力劈裂破坏的裂纹角度。实例验证表明:边坡在满足条件时会发生水力劈裂。得出结论:随着水力劈裂现象的发生,结构面裂隙扩展、贯通,而裂隙的扩展会加强地下水的下渗作用,水头损失减少,扬压力进一步加大,将更容易诱发滑坡。     

危岩主控结构面损伤-断裂数值模拟研究

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤断裂扩展过程是危岩发育机理研究的核心技术.本文通过对主控结构面裂端损伤区范围确定及损伤区损伤材料参数的求解,运用有限元数值模拟方法对天然状态工况、持续暴雨工况及地震工况进行了数值模拟,获取了不同工况主控结构面的断裂韧度富余系数,与危岩体的稳定系数具有良好的一致性.     

Forchheimer方程参数量化及达西—非达西转变临界点

为探究岩体裂隙中水流的运动规律,基于真实岩体材料建立裂隙渗流模型,对裂隙中的渗流状态及渗流参数进行了研究.区别于水泥、玻璃、亚克力、钢材等常见非石材类材质,选用天然大理石岩块为基材构建单裂隙渗流模型,开展不同隙宽(0.77、1.18、1.97、2.73 mm)的渗流试验,考察压力损失与流量的关系,探讨达西—非达西流转变的临界点及Forchheimer方程的参数量化问题.研究结果表明:隙宽为0.77 mm时压力梯度与流量基本呈线性达西关系,随着隙宽和流量的增大,二者呈现出明显的非达西特征,可用Forchheimer方程描述;Forchheimer方程的粘滞项和惯性系数均可表达为隙宽的幂函数,引入雷诺数对惯性项系数进行修正可以减少误差;提出以压力梯度-流量曲线的斜率变化特征来判断达西—非达西流临界点的方法,并在本试验中得到了验证.     

施工过程中岩体等效渗透张量的系统求解法——以三峡工程永久船闸边坡为例

根据对岩体结构面及地下水渗流量的调查和观测,概化出渗透结构面及其分组,利用极值控制法求出渗透结构面的渗透系数,进而求出岩体初始渗透张量;基于初始渗透张量及观测渗流量利用有限元法反求岩体等效渗透张量．该方法能够比较客观地确定施工过程中岩体的等效渗透张量．     

施工过程中岩体等效渗透张量的系统求解法

According to analysis and observations in-situ the authors conclude one solution(i.e.scientific solution of equivalent seepage tensor of rock mass,abbr.SSEST)that is useful in identifying equivalent seepage tensor of rock mass in the construction of Geotechnical project.The solution is effective in fissured rock mass.The solution includes two steps,and the first step is fixed on initial permeability using WCF(water-conduction fracture),and the second is calculating SSEST using the initial permeability.The solution is used successfully in seepage researches in slope of permanent shiplocks of the Three Gorges Project.     

基于悬臂梁流变试验的倾倒变形力学特性分析

弯曲倾倒变形本质是岩层所发生的弯曲流变变形，为了阐明其时效特点与力学特性，首先对反倾层状斜坡进行受力分析，将岩层某点的受力简化为自重应力与水平侧应力；其次在该受力条件下，进行了悬臂梁弯曲流变试验，将岩层悬臂式弯曲流变模型概化为4个阶段:瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段. 基于上述的试验和分析，推导出悬臂梁弯曲流变的本构方程；并选取岩梁发生倾倒变形时极限位置处应变为0，对本构方程进行求解得出倾倒变形发育的极限深度；以悬臂梁倾倒折断时应变加速度等于稳态蠕变的上限加速度为求解条件，得出岩梁的倾倒折断深度.      

Numerical simulation of rock fracturing under uniaxial compression using virtual internal bond model

A multi-scale virtual internal bond (VIB) model for the isotropic materials has been recently proposed to describe the material deformation and fracturing. During the simulation process of material fracturing using VIB, the fracture criterion is directly built into the constitutive formulation of the material using the cohesive force law. Enlightened by the similarity of the damage constitutive model of rock under uniaxial compression and the cohesive force law of VIB, a VIB density function of rock under uniaxial compression is suggested. The elastic modulus tensor is formulated on the basis of the density function. Thus the complete deformation process of rock under the uniaxial compression is simulated.