填充节理直剪试验颗粒流模拟

针对天然节理岩体的安全问题,为了揭示填充物对节理剪切特性的影响规律,通过颗粒流程序(PFC)建立了填充节理试样,对岩石的宏观力学参数进行了标定,并编制了能够施加恒定法向压力的伺服模块和裂纹扩展监测模块。对比了填充节理与闭合节理的剪切特征差异,设置了8种不同填充度和4种不同法向应力方案。结果显示:因填充物在“岩石-填充物-岩石”接触效应中起到了缓冲作用,填充节理的剪切强度和破坏程度小于闭合节理。当填充度为0.25时,剪切应力峰值在5 MPa和14 MPa时为11.61 MPa和21.10 MPa,相比闭合节理分别降低36.86%和32.38%。这表明填充物对节理的剪切强度的影响不容忽视。随着节理填充度的增加,剪切强度非线性降低,并逐渐接近填充物自身的剪切强度;随着法向应力的增大,剪切强度线性增加。试样破坏图示和裂纹数量化结果表明,填充度的增加能够弱化试样的破坏而法向应力的增大能够加剧试样的破坏。进一步考虑了填充物摩擦性质的差异,发现其对试样的剪切强度和裂纹发育均有所影响。

填充节理对爆炸应力波传播的影响规律研究

为揭示含填充节理岩体在爆破过程中爆炸应力波的传播规律和爆生裂纹的扩展过程,利用Abagus有限元模拟软件,基于cohesive单元改进爆炸应力波传播模型,建立含填充节理岩体中爆炸应力波传播的数值模型,对具有不同节理几何特征(厚度、填充节理与炮孔的距离)的岩体开展爆炸应力波冲击模拟试验。研究结果表明:填充节理反射的应力波会增加炮孔与节理之间岩体的爆炸应力峰值;在填充节理厚度分别为2 cm、6 cm和10 cm的岩体中,炮孔与节理之间的岩体爆炸应力峰值有明显的提升,在距节理面2 cm处的岩体应力峰值相较于无节理的岩体分别提升了41.8%、54.9%和70.2%;随着炮孔与填充节理间距的增大,反射应力波的强度会随着爆炸应力波强度的衰减而降低,在填充节理与炮孔的距离为40 cm和60 cm的模型中,随着岩体与节理间距的减小,应力峰值呈现先减小后增大的规律;爆炸应力波传至迎波面后会产生拉伸形式的反射应力波,当反射应力波强度大于岩体的抗拉强度时,会导致炮孔和填充节理之间的岩体出现层状裂纹和径向裂纹相互交错的现象,加剧这部分岩体的破坏程度。

应力波斜入射黏弹性节理的传播规律

应力波在岩体中传播规律的研究是岩石动力学的重要课题之一。基于应力和位移皆不连续的假定,针对充填节理的黏弹性特性,建立P波和S波斜入射单个充填节理的频域形式的透反射系数方程组。通过数值计算和参数分析,进而讨论入射角、入射波频率以及节理刚度等参数对应力波斜入射充填节理透反射规律的影响,而入射波参数和充填节理动态特性参数的合理选取是确定透反射系数的关键。

岩石地区节理对地铁隧道结构爆破振动响应的影响

岩质地层中,富含多种填充物的节理对爆破振动传播的影响研究对于爆破振动精准预测十分重要。采用数值计算的方法,对硬质岩石、泥、水、空气四种填充物情况下节理对爆破振动的影响进行了研究,并针对节理倾角的不同进行了对比计算分析。研究结果表明:1)填充物的波阻抗越小对爆破振动的影响越大,相应的当结构面填充介质为硬质岩石时,隧道迎爆面衬砌节点峰值振速较大,其次是水体、最后分别是泥质、空气;2)岩石、水等波阻抗较大的介质时,隧道迎爆面衬砌有效应力会迅速达到峰值,然后迅速衰减,峰值过后,会产生持续的、较弱的振动和动力响应;3)隧道迎爆面衬砌节点最大峰值振速与角度变化呈负相关,即随着角度增大,振速值也随之增大。