柱状节理岩体宏观等效强度参数的柱体尺寸效应

为研究柱状节理岩体柱体尺寸对岩体等效强度参数的影响,以金沙江白鹤滩水电站工程为背景,结合相关岩石力学试验方法,建立柱状节理岩体三维离散元模型.提出随机柱体平均大对角线长尺寸控制方案,并对柱状节理岩体进行三轴压缩试验数值模拟研究.研究结果表明,采用的随机柱状节理岩体尺寸控制方案能够合理描述尺寸效应对等效强度参数的影响,柱体尺寸的变化对与柱体垂直加载方向的等效强度参数影响较大,这是主要影响因素;四棱柱形柱状节理岩体错距变化对与错距平行的岩体等效强度参数产生较大影响,对其他2个方向的等效强度参数影响较弱,这是次要影响因素.在此基础上推导出柱体尺寸与岩体等效强度参数的关系,研究结果为工程实践中等效力学参数的确定提供了相关参考.

基于有限元方法的裂隙岩体等效强度参数研究

利用等效连续介质力学方法分析裂隙岩体中工程稳定性时,选择合理的裂隙岩体等效强度参数是取得可靠分析结论的前提。依据建立的裂隙岩体网格,结合岩石统计损伤模型和结构面损伤模型,通过有限元数值方法研究裂隙岩体加载中的渐进破坏过程,以及裂隙岩体等效抗压强度的尺寸效应和各向异性。分析结果表明,从岩块到岩体,岩体等效抗压强度很快降低至稳定幅度,岩体抗压强度的各向异性也不显著。最后,对10 m尺寸的岩体进行不同围压下抗压强度的数值分析,得到裂隙岩体的强度参数,并和Hoek-Brown经验准则进行对比。文中的分析方法对于工程裂隙岩体的宏观参数取值具有参考价值。

节理岩体正交各向异性等效强度参数研究

将节理裂隙视为岩体的损伤,利用岩体裂隙网络模拟技术、损伤力学和节理张量理论对等效抗剪强度参数(即黏聚力和摩擦系数)进行了研究。在岩体损伤力学研究成果的基础上,研究了包含多组节理裂隙的岩体在空间任意截面上损伤变量的近似计算方法;以损伤变量作为加权系数,将岩块和结构面抗剪强度参数的加权平均值作为岩体等效强度参数;根据岩体在各空间截面上的等效抗剪强度参数计算成果,将岩体抗剪强度参数等效为正交各向异性变化的抗剪强度参数;编制相应的计算程序,通过计算实例验证了研究成果和计算程序的正确性。

修正Hoek-Brown准则的等效Mohr-Coulomb强度参数确定方法研究

合理确定岩石材料强度参数是工程设计的关键问题之一。为有效描述岩石的强度特性,众多学者提出了大量三维强度准则,其中基于两参数偏函数的修正Hoek-Brown(H-B)准则取得了良好效果,能够有效地反映岩石的静水压力效应、Lode角效应及中间主应力效应等强度特性。确定修正H-B准则的等效Mohr-Coulomb(M-C)参数有利于提高其在工程应用中的便利性,因此提出一种基于I1-√J2平面计算三维强度准则瞬时等效M-C参数的方法,应用于修正H-B准则,并对计算方法的合理性及瞬时等效M-C参数与岩石强度特性的关系进行讨论。结果表明:瞬时等效M-C参数可有效表征非线性静水压力效应,且合理反映Lode角效应和中间主应力效应的区间性特点;瞬时等效M-C参数可有效表征静水压力对Lode角效应的影响和最小主应力对中间主应力效应的影响,静水压力增大时,Lode角效应更为明显,且当最小主应力增大时,瞬时等效内聚力反映出更为显著的中间主应力效应;该方法能够合理地计算瞬时等效M-C参数,修正H-B准则具有准确预测岩石强度的能力。上述成果对修正H-B准则在实际工程中的应用具有较强的指导意义。

基于Sheorey岩体强度准则对等效Mohr-Coulomb强度参数的推导

引入基于RMR岩体分级指标的Sheorey岩体强度准则,根据σ1-σ3平面上用线性Mohr-Coulomb(M-C)强度准则对非线性准则进行拟合的原则,利用最小二乘法推导出相应的等效M-C强度参数,并给出等效强度参数的通用表达式,方便利用Sheorey准则评价岩体的强度及稳定性。之后,通过一个算例比较了Sheorey准则与HoekBrown准则的M-C等效强度参数。分析结果表明,两准则的等效强度参数具有良好的吻合度。

基于滑带土等效抗剪强度参数的古滑坡稳定性分析

采用野外直剪试验方法测定鹅公带古滑坡体滑带土强度参数,据此求得的滑坡稳定安全系数与古滑坡已处于临界失稳的现状不符,为此特提出考虑降雨条件下浸润线升高等因素影响下的滑带土等效抗剪强度参数,利用强度折减法,通过FLAC3D软件反分析得到等效抗剪强度参数,并利用该参数计算不同运行工况下的鹅公带古滑坡体稳定安全系数。结果表明,各种工况下古滑坡稳定安全系数均不满足规范要求,且在汛限水位及水位骤降情况下处于失稳状态,应进行加固处理。

碎裂边坡岩体等效抗剪强度参数的确定

为了更精确地求出岩体的等效抗剪强度参数,本文采用岩体结构面网络模拟方法获得了边坡岩体质量分级的RMR值,通过建立RMR值与Hoek-Brown强度准则的数学关系,可计算出岩体的等效内聚力c和等效内摩擦角,并以该等效参数为基础利用3DEC软件进行数值模拟,结果表明模拟结果与实际情况基本相符,从而验证了该方法进行碎裂边坡岩体抗剪强度参数的确定具有可行性,且能更精确地为工程设计和施工服务。

基于Hoek-Brown准则的强度等效方法对比及应用研究

为准确评价围岩稳定性,通常利用FLAC3D中的遍布节理模型,并采用Mohr-Coulomb强度准则开展模拟计算,但由于其本质上是将层状岩体视为各向同性,因此模拟结果与现场监测值相比误差较大。基于修正的Hoek-Brown准则,将其在I_(1)-√J_(2)平面与Mohr-Coulomb强度准则分别进行瞬时等效、最佳一次逼近,推导出相应的等效强度公式。利用该公式计算得到不同倾角岩体的等效强度参数,并导入FLAC3D遍布节理模型,研究渝湘高速共和隧道段围岩稳定性。结果表明:1)采用2种方法对岩体参数进行修正,隧道开挖后关键点变形均大于修正前,更接近实测值;2)瞬时等效修正所得偏应力σ_(1)-σ_(3)值小于修正前,而最佳一次逼近修正所得σ_(1)-σ_(3)值始终大于修正前,且随倾角变化趋势与修正前相同;3)2种修正法均可用于岩体参数修正,经过对比分析认为最佳一次逼近修正效果更佳。

巷道顶板承载梁结构强度参数衰减规律研究

煤岩材料破坏后的峰后塑性变形过程中强度参数逐渐衰减,材料结构承载能力下降,导致煤岩工程结构失稳。针对影响煤巷安全和稳定性的层状顶板结构强度和承载能力衰减问题,为了从宏观上揭示承载梁结构承载能力的弱化过程,提出用等效宏观强度参数的衰减规律揭示工程结构承载能力弱化本质关系的方法,建立了结构承载能力衰减模型,并使用FLAC计算软件进行结构承载衰减规律分析。研究结果表明:等效宏观强度参数黏聚力和内摩擦角随塑性剪应变归一化区间变量δ的增加呈三次多项式函数衰减的变化规律。

考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道支护结构内力分析

现有研究中,可高效地给出考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道衬砌结构内力分布规律的研究方法较少。为探究考虑Hoek-Brown破坏准则时的圆形隧道支护结构内力分布规律,基于超静定响应法,通过将Hoek-Brown破坏准则中的岩石强度参数转化为等效Mohr-Coulomb强度参数,给出考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道支护结构内力计算方法。通过将本文方法所得结果与经典解析解答进行对比,验证方法的有效性。利用给出的弯矩和轴力的计算表达式,探究了不同的隧道埋深H,不同的岩石无侧限抗压强度σci和地质强度参数GSI对隧道支护结构内力分布的影响规律。研究发现:参数H,σci和GSI对圆形衬砌结构内力影响较大,衬砌结构的弯矩和轴力值随H的增加而增长,但随σci和GSI的增加而减小;隧道开挖后岩石完整越好,围岩的整体自稳定性越好,使得衬砌结构内力越小。衬砌结构弯矩绝对值的最大值出现在隧道拱顶、侧墙和拱底处,而轴力绝对值的最大值仅出现在侧墙处。给出的方法既可为隧道设计初期支护结构的力学行为分析提供参考,又能为在服从Hoek-Brown破坏准则的岩体中开挖的圆形隧道支护结构设计提供理论参考。