岩体弱面的分形性与含弱面岩体破坏的力学行为研究

摘要

该文运用分形、突变理论及相似材料模拟实验、有限元数值计算等手段,研究、分析了断层面的分形特征,探讨了断层面的存在对于岩体移动规律的影响,分析了含有不同分形维数断层面的煤岩体在采动条件下的应力应变分布规律.主要工作有:①检测和分析了岩体断层面的分形性和断层面分形的形成机制及其对采动岩体破坏的影响机理;②运用MATLAB构造了分形曲线来模拟分形断层面,进行了相似材料模拟实验,研究了采动岩体的分形弱面效应;③采用大型有限元软件ANSYS模拟了含有分形断层面的岩体在采动条件下的力学性态;④运用突变理论建立了采动断层活化的突变模型.研究表明,工程岩体中的弱面对岩体的力学特性起着决定性的作用,而且弱面的分形性也对其有重要影响.研究成果将对矿山开采沉陷理论、岩体滑坡理论的发展和工程实践起到促进和指导作用.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

2工程岩体弱界面效应

2.1岩体弱面的力学性质

2.1.1结构弱面的概念

2.1.2结构弱面的几何特征

2.1.3弱面的力学效应

2.2工程岩体断层面的分形性检验

2.2.1断层面结构的特征

2.2.2断层面分维的量测方法

2.2.3断层面分形的形成机制

2.3断层面对岩层移动的影响

2.4工程岩体沿断层破坏的力学模型

2.5本章小结

3含弱面岩体破坏的相似材料模拟

3.1相似材料模拟实验的理论基础

3.2实验设计

3.2.1模拟原型条件

3.2.2相似系数的确定

3.2.3模型设计尺寸

3.2.4分形断层面的预制

3.2.5相似材料模型配比与制作

3.2.6模型开挖与观测

3.3实验结果及分析

3.4本章小结

4含弱面岩体破坏的数值模拟

4.1概述

4.2有限元基本原理

4.3 ANSYS软件的特点

4.3.1 ANSYS界面

4.3.2 ANSYS前、后处理

4.3.3 ANSYS的材料模型

4.3.4 ANSYS的单元库

4.3.5 ANSYS的分析能力

4.3.6 ANSYS的开放性

4.3.7 ANSYS与CAD接口

4.3.8灵活、快速的求解器

4.4数值模拟的基本工作

4.5模拟结果及分析

4.6本章小结

5含弱面岩体滑动的突变效应

5.1突变理论的简介

5.2垂直节理突变准则

5.3采动断层活化的突变机理

5.4本章小结

6总结与展望

6.1主要结论

6.2工作设想与展望

致谢

参考文献

在读期间参加的科研项目及发表的学术论文