不同结构面的岩体力学性质的三维数值试验研究

摘要

岩体是由不同力学性质和空间条件的结构面切割而成的非连续地质体。大量的岩体工程实例表明岩体的变形和破坏规律取决于岩体的结构特性，岩体工程的稳定状态受岩体自身结构控制。因此，为了保证岩体工程结构稳定和生产安全，必须进行结构面岩体的力学特征的基础研究。 本论文以岩体结构面为主要研究对象，采用的是岩石破裂与失稳分析系统(Rockfailureproseanalysis简称RFPA)通过对结构面岩体的三维数值试验研究，将计算所得的应力—应变结果与岩石破裂准则(岩石强度理论)、构造地质学理论结合起来进行数值试验，得到结构面在空间的发育部位和延伸方位对岩体力学性质产生的各种影响。研究的内容如下： 1、本文将结构面分为两种情况下考虑其对岩体力学性质的影响，有充填物的结构面(断层)和无充填物结构面(裂纹)。 (1)对于单断层的岩体，研究了断层带及围岩的物理性质、断层带的倾角以及断层带厚度等因素对岩体力学性质的影响。 (2)对于含一组平行弱面的岩体，研究了这组平行弱面与三维空间的应力方向所成的角度对岩体力学性质的影响。 (3)对于双断层的岩体，研究了两条断层带不同角度下组合对岩体力学性质的影响。 (4)对于三维表面裂纹，研究了预制裂纹的切割深度和试样厚度的比值、表面裂纹倾角以及对不同裂纹长度下对岩体力学性质的影响。 数值试验的结果表明结构面在岩体力学性质方面和变形过程中是有很大作用的，结构面的方向、性质、组合形式对岩体变形及破坏模式都有很大影响。 2、为了把这一方法运用到实际中，本文模拟再现了地下掩埋断层受剪切力作用在地表产生雁行裂纹这一地质现象。 总之，本文作为基础理论研究，采用了新方法，多方面地研究了岩体结构面的力学特征，本文将对解决岩体工程的设计、施工和生产中存在的问题和确保生产安全等都具有十分重大的意义。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2课题研究的意义

1.3数值模拟方法研究现状

1.4应用的前景

1.5研究采用的路线和方法

1.6论文研究的目标及内容

1.6.1论文研究的目标

1.6.2主要研究的内容

1.7特色与创新点

第二章RFPA数值试验方法的基本原理

2.1岩石的基本特性—非均匀性

2.2岩石的细观损伤力学本构关系

2.2.1拉伸损伤演化方程

2.2.2压缩损伤演化方程

2.3 RFPA的分析过程

2.4 RFPA3D的概述

第三章含不同断层带岩体的数值试验研究

3.1单断层

3.1.1理论研究

3.1.2不同断层倾角下岩体的数值试验

3.1.3不同断层厚度下岩体的数值试验

3.1.4不同断层介质下岩体的数值试验

3.2包含一组平行弱面岩体的数值试验

3.2.1数值试验模型的建立

3.2.2数值试验模拟的结果

3.3包含双断层岩体的数值试验

3.3.1数值试验模型的建立

3.3.2数值试验模拟的结果

3.4小结

第四章含表面裂纹岩体的数值试验研究

4.1裂纹切割深度的影响

4.2裂纹倾角的影响

4.3裂纹长度的影响

4.4小结

第五章地表产生雁行裂纹现象的数值模拟

5.1模拟的意义

5.2数值试验模型的设计

5.3数值模拟结果与物理试验结果的比较

5.4小结

第六章结论

6.1研究内容取得的成果

6.2数值模拟的特点及存在的问题

6.3前景与展望

参考文献

致谢