基于离散元(PFC)的岩石节理抗剪强度特性研究

摘要

大量的工程实践表明,节理对岩体强度、渗流以及变形等力学性质影响有着决定性的作用,而节理表面几何形态是节理剪切强度的重要影响因素之一。本文利用基于离散元理论的分析软件(PFC),通过研究PFC中颗粒问细观力学参数与岩体宏观力学参数的关系,来快速获得不同岩体材料细观力学参数,从而可以实现模拟不同岩体中的节理面;通过开展规则和不规则节理面在不同法向压力下的剪切数值试验,研究了规则节理的起伏角、齿高(宽)和不规则节理JRC与节理峰值强度、残余强度的影响关系,探讨了节理的粗糙程度对节理抗剪强度的影响规律。主要研究成果有:
　　l、利用PFc分析程序,仿真模拟单轴压缩试验和直接剪切试验,得到不同细观参数下数值试样的应力应变关系曲线和剪应力一位移曲线,分析得出相应宏观力学参数(弹性模量、抗压强度和抗剪强度),总结出了颗粒问细观力学参数对岩体宏观力学参数影响程度排序,得到了I—V岩体相应的细观参数取值。
　　2、针对含有一条规则节理的贯通岩样进行直接剪切试验,以规则节理的起伏角、齿高(宽)两因素为出发点,分析了规则不同节理起伏角、齿高(宽)对抗剪强度的变化趋势,得到了节理起伏角、齿高(宽)与节理抗剪强度的影响规律。
　　3、对不同IIRC节理,进行直接剪切试验,得到了JRC对抗剪强度的影响规律。对比分析了用巴顿经验公式计算得出的抗剪强度与数值分析结果,讨论了它们之间差异的原因。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3当前研究主要存在问题

1.4主要研究内容

1.5本文研究技术路线

2 PFC分析系统中不同岩体宏细观力学参数关系研究

2.1岩体宏观参数与细观参数选取

2.2单轴压缩试验的PFC模型

2.3直接剪切试验的PFC模型

2.4 分析模拟方案制定

2.5分析结果与讨论

2.6本章小结

3不同岩体中规则节理抗剪强度与其粗糙程度关系研究

3.1节理粗糙程度与细观参数选取

3.2分析模拟方案制定

3.3起伏角对规则节理抗剪强度与破坏特征的影响

3.4齿高（宽）对规则节理抗剪强度与破坏特征的影响

3.5岩体规则节理剪切变形特征、破坏模式与残余强度

3.6本章小结

4不同岩体中不规则节理抗剪强度与JRC关系研究

4.1巴顿经验公式及JRC

4.2 JRC对节理抗剪强度的影响

4.3数值计算结果与巴顿经验公式的结果对比

4.4本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献