岩体非贯通结构面的岩桥贯通准则研究

传统的块体理论分析方法未考虑到非贯通结构面在施工扰动作用下可能出现连通的问题,导致搜索出的关键块体不够精准和全面。如何判断非贯通结构面是否应该连通成为了块体理论研究的一个重要课题。采用数值模拟方法计算岩体试样的贯通强度与峰值强度,并引入贯通系数变量描述贯通强度与峰值强度的比值变化。将贯通强度作为判断岩桥贯通与否的衡量指标,定量分析贯通强度与岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压、连通率和结构面倾角之间的函数关系,即含两条非贯通结构面岩体的岩桥贯通准则。该准则可以准确判断含两条非贯通结构面岩体的岩桥是否应该连通。基于岩桥贯通准则的块体理论能够准确搜索出因岩体内部结构面扩展贯通而滑移的关键块体,使得搜索出的关键块体更加全面,更好的分析工程的稳定性。

含非贯通结构面岩体强度损伤规律研究

文章基于前期对含共面结构面岩体强度损伤研究的基础上,进一步分析含非贯通结构面岩体强度损伤的规律。采用数值模拟的方法计算不同方案情况下61个试样的峰值强度,分析岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压、连通率和结构面倾角对损伤系数的影响,给出它们之间的函数关系,推导计算含非贯通结构面岩体的强度损伤经验公式。利用该公式能够准确的判断岩体强度的损伤程度,更好的评价岩体工程的稳定性。

隐伏非贯通结构面剪切蠕变特性及本构模型研究

结构面控制岩质边坡失稳的边界,自然界中大量结构面是非完全贯通的,且隐藏在斜坡内部,非贯通结构面研究对于揭示斜坡启动破坏机理及稳定性具有重要意义。隐伏非贯通结构面的岩块取样困难且不能大量复制,通过室内制作一种隐伏非贯通结构面模型,在单轴压缩试验和剪切试验的基础上,采用YZJL-300型岩石剪切流变仪,对隐伏非贯通结构面岩体进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行研究。根据蠕变试验的阶段特征,引入一个适用于结构面的非线性黏性加速元件和材料损伤变量,建立一种非贯通结构面的剪切蠕变损伤本构模型,并根据拉普拉斯变化推导三维剪切蠕变本构方程。利用L-M算法和全局优化法对所得的蠕变试验曲线进行辨识,求解模型参数。经过辨识并对比试验结果和模型拟合结果,新建立的本构模型能较好地反映非贯通结构面蠕变特性,对揭示岩质斜坡的长期稳定性和时效演化有借鉴意义。

非贯通锯齿状结构面剪切破裂演化机制试验研究

岩体是由岩石和结构面两部分组成,结构面对岩体的变形和破坏常常起决定性作用。在工程中,所遇到的岩体多为非贯通结构面岩体,研究非贯通结构面岩体的破坏模式和强度准则具有非常深远的意义。利用人工浇铸的非贯通锯齿状结构面试样,基于控制变量法,通过直剪试验,研究在不同轴向压力下不同结构面倾角的非贯通锯齿状结构面的变形破坏特征及抗剪强度变化规律。结果表明:随着预设结构面倾角及法向压应力的增大,非贯通锯齿状结构面的破坏机制会逐渐由拉剪-剪胀破坏、拉剪-剪胀剪断破坏向剪切破坏转变,且其抗剪强度也会增大,并据此修正了抗剪强度经验公式。

含非贯通软弱结构面岩质边坡渐进破坏过程数值模拟

含非贯通软弱结构面岩质边坡的变形破坏过程涉及到岩体从连续转变为非连续状态的过程,是岩石边坡工程的研究重点和难点之一。采用数值流形方法研究了岩质边坡的变形破坏过程。数值流形方法模拟裂隙扩展的优势在于其数学覆盖和物理覆盖两套网格系统,不连续面切割数学覆盖后生成相互分离的物理覆盖,数值流形方法则通过物理覆盖来形成不连续面两侧相互独立的流形单元。通过在裂纹尖端引入粘结裂纹扩展模型以及岩体起裂和扩展判断准则,发展了可模拟岩体裂隙扩展的数值流形方法。最后,采用该方法模拟了西南地区某水电站高边坡的渐进破坏过程,从裂隙扩展角度研究了岩体稳定性的影响,并提出了相应的工程处理措施。

不同连通率下非贯通硬性结构面抗剪强度参数变化规律研究

岩质边坡边界多由结构面控制,天然结构面一般是非贯通的,研究非贯通结构面力学参数和取值具有重要意义。采用水泥砂浆制作非贯通结构面试样进行剪切试验,研究c、φ值与连通率k值的敏感性程度,建立c、φ值与k的相关性模型,通过试验数据对预测模型进行验证。结果表明:c值对k值的敏感性程度相对较高,c、φ值均与k值呈一种负相关的指数关系,该预测模型能较好描述抗剪强度参数与连通率之间的关系,模型吻合率达0.95。研究成果能更好地为岩土工程参数取值提供一定参考。

岩质块体渐进破坏的稳定分析方法

岩桥的破裂贯通是一种非连续变形现象。强度折减技术虽然是渐进破坏过程模拟的主流技术,但其不具备描述非连续变形现象的能力。提出连通率折减法和刚度折减法来模拟含非贯通结构面岩块的渐进破坏过程,并建立考虑渐进破坏过程的块体稳定分析方法。首先,引入Goodman单元来描述共面非贯通结构面的岩桥部分和裂隙面部分,建立静力平衡方程来求解滑裂面内岩桥单元和裂隙面单元的应力。其次,岩桥单元采用Griffith准则来判别破坏,利用连通率折减法来描述其破裂;裂隙面单元采用MC准则来判别破坏,用刚度折减法来描述其屈服;通过循环迭代,模拟岩桥单元的破裂过程和裂隙面单元的应力调整过程,实现整个滑裂面的渐进破坏过程模拟。然后,定义考虑渐进破坏过程的滑裂面极限状态;通过自重超载方式将滑裂面推送至极限状态;基于极限状态设计的理论框架,计算度量块体稳定性的安全系数指标。工程实例分析结果表明,渐进破坏过程模拟结果与现场调查结果是一致的。渐进破坏过程的模拟实现,有助于岩质边坡变形破坏机制分析从定性分析阶段扩展至定量分析阶段。