节理岩体工程力学特性的数值仿真试验方法研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51179210
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
汪小刚
依托单位：
中国水利水电科学研究院
学科分类：
E0905.水工岩土工程
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
贾志欣；林兴超；赵宇飞；段庆伟；李新强；刘立鹏；
关键词：
数值仿真试验数值流形法多裂隙扩展及追踪技术节理岩体

项目摘要

节理岩体存在明显的结构效应（如尺寸效应、各向异性等），其力学参数很难通过室内外试验直接获得，现阶段主要依赖于经验方法。如何更加科学合理地确定节理岩体的力学参数，一直是岩石力学界广泛关注的热点和难点问题。本项目拟综合运用岩体结构面网络模拟技术、基于断裂力学理论的裂缝扩展模型以及能够同时处理连续和非连续介质的数值流形法，建立一套用于节理岩体力学参数确定的数值模拟试验方法及相应的仿真平台。其基本思路是：应用结构面网络模拟技术在计算机中再现与现场具有相同统计特征的"岩体结构"；采用考虑裂隙扩展的数值流形法模拟节理岩体受力、变形、破坏、扩展演化的全过程；进而得到节理岩体在一定应力水平下的应力-变形全过程曲线；在大量数值模拟试验的基础上，求得相应的节理岩体力学参数的统计指标。将上述研究成果与模型试验进行对比验证，并推广应用于实际工程中。

结项摘要

节理岩体的工程力学参数是进行工程设计的前提和基础，其取值是否合理直接关系到工程的经济和安全。.岩体作为长期地质构造运动的产物，包含大量不连续结构面如：断层、节理、层理、裂隙等，这些结构面相互交切形成了特定的岩体结构，岩体介质特有的这种复杂的结构特征，使其工程力学参数的确定变得十分困难。长期以来，如何合理地确定节理岩体的工程力学参数一直是岩石力学界广泛关注而又未能很好解决的热点和难点问题。.本课题针对节理岩体破坏过程模拟和参数确定方法这一岩石力学中的热点难点问题进行研究，取得的主要创新成果如下：.（1）引入基于矩阵表达式的块体切割算法，通过虚拟节理技术解决“裁剪树枝”算法对岩体结构造成的误差，实现了了节理岩体仿真试验中“岩体数值试样”的智能化取样问题，为节理岩体的数值仿真试验奠定了坚实的基础。.（2）应用自行研制的试验装置，对7种典型的岩体结构进行了室内直剪试验，获得了节理岩体变形、破坏、扩展演化全过程的试验数据和图像资料，并总结出5类应力-应变曲线的特征和判断依据；同时验证了前期基于lajtai理论的岩桥与结构面的组合强度计算方法的合理性。.（3）在数值流形分析方法中，首次提出了通过修正单元密度以实现“质量守恒”的概念和方法，提高了计算的精度；引入断裂力学分析方法以确定节理扩展的准则和方向，较好地解决了节理岩体破坏过程中数学和物理网格的重构及应力传递问题，开发了节理岩体变形破坏全过程的模拟程序。在此基础上搭建了节理岩体工程力学特性参数确定的数值仿真试验平台，并在实际工程中得到了初步应用。.项目发表SCI论文1篇、EI论文6片、其它论文3篇；培养博士后一名、博士研究生2名；申请发明专利1项，获得实用新型专利2向，各项考核指标均已完成。