岩体离散裂隙网络稳定性计算的节理有限元法

通过对广乐高速公路坪石至樟市段大量裂隙岩体边坡的稳定性研究认为:客观的地质模型、恰当的本构关系、正确的计算参数、有效的计算方法是裂隙岩体模拟计算的4个关键问题,抓住并解决好这4个方面的问题,是裂隙岩体数值分析取得可靠成果的关键。提出裂隙岩体稳定性模拟计算的节理有限元法(JFEM),视裂隙岩体为由岩块和离散裂隙网络组成的二元结构,同时考虑岩块和离散裂隙的属性,充分体现岩块和岩块接触作用的非线性关系。首先,基于Jaeger单结构面理论,应用JFEM计算裂隙岩体的抗压强度,以验证JFEM的可靠性;其次,引入离散裂隙网络模型(DFN),重点探讨基于Voronoi模型、Baecher模型和Veneziano模型的裂隙岩体稳定性计算问题,岩块和节理的本构关系分别采用广义的Hoek-Brown准则和Barton-Bandis剪切强度准则,应用强度折减法计算裂隙岩体的稳定系数,并对裂隙岩体网络模型中关键参数取值对岩体的稳定性影响进行探讨。研究结果可为裂隙岩体的稳定性评价提供一个新的思路,为工程决策提供理论依据。

有限元法预测贯通节理岩体三维等效弹性参数

采用节理有限元法对贯通节理岩体的变形特性以及等效本构关系进行研究 ,分别对含有一组和三组节理的岩体等效弹性常数进行了预测。与解析方法相比 ,数值方法可以不必做太多的假设 ,能对节理岩体的力学行为进行综合分析 ,从而可得到包含完整岩石与节理的统一的本构关系 。

节理网络有限元法在地下洞群稳定性分析中的应用

运用节理网络有限元法(JFEM),针对大岗山水电站地下洞室群主厂房集水井的典型剖面,研究了裂隙岩体的变形破坏特征和锚杆对岩体的锚固作用。研究结果表明,节理网络有限元分析计算模型与实际岩体结构高度一致,对于一些常见的不稳定地质体的支护计算结果也较为合理,为裂隙岩体的稳定性评价和支护结构设计提供了一种有效、合理的分析途径。

基于上限有限元法的节理岩质边坡稳定性分析

上限原理有限元法不仅可以得到边坡的安全系数,还可以给出临界滑动面,且摆脱了极限平衡法假设条件过多、过于刚性的缺点,具有更严谨的理论基础,因此拥有更广阔的应用前景。但是,对于岩质边坡,由于其存在大量的节理面,造成应力不连续,这给直接运用传统的数值计算方法带来了困难。其实,每组的节理面均表示在某一特定的方位上边坡的材料特性比较差,只需在处理这些特定方位时,采用相应的软弱节理面的材料特征即可,这样便可有效地化解节理面难以模拟的缺陷。因此,基于传统的上限有限元法,采用四边形单元,通过对单元建立积分意义上的协调方程的弱形式,来得到可以调整单元内部速度场的线性化的协调方程,从而可以克服插值速度场为非线性的缺点。对于任意应力点,从空间方位出发,将方位进行离散,建立并推导出了基于方位离散线性化的上限有限元法,该方法在考虑含多组节理面的岩质边坡计算上有着更好的优势。两个算例结果表明:该方法与传统的上限有限元法一样,可以稳定地从极限解的上方收敛,满足上限性质,且对于含多组节理面的岩质边坡同样有很好的收敛性。

反倾岩质边坡变形破坏的节理有限元模拟计算

岩质边坡的倾倒破坏是地质环境中广泛存在的现象,通过模拟手段对边坡的响应规律进行科学准确预测显得尤为重要。采用基于强度折减法的节理有限元法(JFEM-SSR)对反倾层状边坡的变形破坏机制进行研究,该方法可同时考虑岩块和节理属性,并能充分体现岩层或岩块接触作用的非线性关系,在获得边坡应力、位移及塑性区的同时可以到边坡的稳定系数。首先,采用JFEM对R.E.Goodman和J.W.Bray提供的一个倾倒破坏的算例进行了模拟计算,证实该法应用于节理岩石边坡稳定性分析的合理性;然后,基于该方法,采用节理网络模型建立广乐高速公路一桥墩承台开挖边坡的地质模型,对其变形破坏机制及稳定性影响因素进行研究,重点探讨地下水渗流作用、地震作用、岩层倾角、岩面厚度对边坡变形破坏的影响,以便为工程决策提供依据。

节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法

节理岩体的渗透破坏、节理岩体中石油渗流、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关,而节理岩体渗流介质的非均质性和各向异性特性、边界条件和几何形状的复杂性、初始条件的不确定性等因素制约着解析法在渗流计算中的应用。应用无网格法来求解节理岩体的渗流问题,建立节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法。通过变分原理详细推导无网格与有限元耦合方法求解节理岩体渗流的离散方程及相关计算公式,并利用耦合方法对边界条件进行处理。最后,给出的数值算例说明该方法的正确性和有效性。

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase^2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。

有限元法及其在岩体力学中的应用(下)

五、非线性问题的有限元分析上面介绍了弹性平面问题的有限元解法,但是,将岩体看成弹性介质并不总是合理的。大家知道,岩体的性质很复杂,是一种高度变化的非连续和非均一的介质,其应力和应变的关系往往是非线性的,且有流变的特性,特别是岩体的力学性质往往受结构弱面的控制。对矿山岩体力学问题作深入的研究时,必须要考虑岩体力学的非线性问题。目前,国内外都在对岩体力学的非线性有限元分析进行广泛的研究,对解决诸如塑性、弹塑性、

基于Plesha本构的岩石节理多层结构模型研究

在Dong等工作的基础上[1],研究了基于Plesha本构的岩石节理多层结构模型。模型将节理面分解为不同层次细观结构面,每层结构面代表一级粗糙度,力学响应发生在最底层(基本面),上层结构面受力性状由其下层结构面平均化得到,依次进行得到节理宏观力学性状。节理破坏由下而上分层次进行,基本面破坏后,其上层结构面转化为基本面,基本面采用Plesha节理模型。模型能模拟弹性变形、滑动变形、磨损、剪断、压碎、分离等作用机理。定义的接触因子与绕流因子能考虑节理接触面积及粗糙度变化对渗流的影响。通过将粗糙度定义为等效起伏角,可以模拟节理循环剪切性状。采用ABAQUS的用户子程序UEL进行了模型验证与参数分析。

节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理

以往只有位移,应力,尺寸和塑性区分布在分析节理岩体隧道的稳定性时考虑。这样,既不可以明确发现破坏面的位置和范围,也不能得到的安全系数量化标准。定量分析节理岩体隧道稳定性模型试验与数值分析在本文得出了研究。通过使用有限元强度折减法计算破坏状态和节理岩体隧道的安全系数。结果表明,联合倾角对破坏面的位置产生更大的影响。如果α=0°时,破坏面对称分布在两侧;如果α=30°和45°,滑动面旋转节随理倾角的变化,并相应地分布在节理的上下部分;如果α≥60°,破坏面转移到底部。特别地,如果α=90°时,可形成拱顶的中间破坏面。安全系数结果表明,安全系数降低了不同程度的节理岩体隧道同质隧道,但节理倾角对安全系数的影响不大相比。节理间距和强度的降低,安全系数降低。

基于PEM--JFEM方法的节理岩质边坡稳定性评价

以赞比亚一露天铜矿南帮边坡(矿体下盘)为研究对象,将Rosenbluth点估计方法与节理有限元方法相结合应用于该节理发育的岩质边坡稳定性评价中.建立以边坡岩体材料强度参数(内摩擦角和黏聚力)为输入变量,安全系数为输出变量的概率模型,点估计状态函数的求解过程引入节理有限元方法.通过现场节理及结构面调查,建立边坡节理有限元模型求解边坡安全系数,得到基于安全系数的边坡变形破坏概率统计指标,对边坡稳定性进行了概率分析,分析结果与现场失稳情况一致.该方法既考虑了岩体材料参数在赋值过程中实际存在的不确定性,同时也考虑了节理岩质边坡的节理属性,充分体现了岩层接触作用的非线性关系,使得对节理岩质边坡的稳定性评价更加合理.

路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析

永宁高速公路K117滑坡路段原为在泥质粉砂岩单斜地层内开挖2级形成的路堑边坡,开挖后产生典型平面滑动,在中部滑床形成长约25m的滑动槽,产生最远达35m的远程滑距,其成因机制复杂。本文在对滑坡基本特征及孕育过程开展详细调查研究的基础上,采用节理有限单元法对该滑坡经路堑开挖导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌、滑塌后壁残留滑体牵引松动,以及对其实施卸载、支挡回填及锚固的治理过程开展数值模拟,再现了该滑坡孕育发展全过程及其稳定性演化规律;分析了该边坡破坏的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征,论述了该类滑坡启动高速远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂隙充水致滑机理,最后提出了预测及治理该类滑坡的6点建议。研究表明,在单斜地层开挖路堑,使顺倾向软弱结构面临空暴露时,可能诱发边坡整体卸荷松弛,产生较大的不平衡滑坡推力,而卸荷松动产生的张裂隙导致滑坡对降雨入渗十分敏感,不平衡力和裂隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面,伴随势能向动能的转化,产生高速远程滑动。

岩土力学数值方法的应用及发展

本文为在第三届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会上的专题综述报告。文中就提交本届会议有关数值方法在岩土力学中的应用的论文以及数值方法的应用及发展的若干问题作一综合报导与述评。

国外某电站地下厂房洞室群稳定性研究

利用预布大规模随机裂隙生成网格技术,采用非线性弹塑性有限元法,重点计算比较了加固前后地下厂房洞室群洞围岩变形特征、应力分布状态及扰动区分布范围,给出了洞周不稳定围岩块体的部位及其破坏形式,讨论了拟定支护措施的有效性,为今后支护优化设计提供参考。

节理岩体加固效果及其在边坡工程中的应用

该文采用非线性有限元方法对某边坡工程左坝肩边坡的稳定性及长锚索的加固效果进行了计算 ,认为提高边坡断层的抗剪强度是最有效地反映锚索的加固机理 ,同时比较了长锚桩和长锚索的支护效果。