不连续岩体扩展有限元法的前处理

扩展有限元法是针对不连续问题提出的一种改进的有限元法,由于其计算网格独立于结构内不连续面,该方法十分适用于处理不连续问题,因此,该方法需能将不连续面和计算网格的几何信息转化为计算分析所需的单元拓扑信息的前处理。针对扩展有限元法在不连续岩体问题中的应用,系统地研究了二维扩展有限元解决不连续问题时单元拓扑信息生成等前处理问题,给出了单元拓扑信息自动生成算法,将不连续面和计算网格几何信息转化为计算所需要的单元拓扑信息,并在此基础上开发了不连续岩体二维扩展有限元法前处理程序。结果表明该算法和程序的适用性和正确性,同时还表明扩展有限元法在不连续岩体问题求解中有较好的应用前景     

基于三维结构面网络模拟的岩体变形模量确定方法

变形模量作为表征岩体变形特征的重要参数,是岩体工程设计的基础力学参数之一。在综合前人研究的基础上提出了基于三维结构面网络模拟确定岩体变形模量的方法,编制了三维结构面网络模拟及计算RQD值的程序。以西南山区某水电站坝址区岩体为实例,在概率统计各组优势结构面几何要素分布形式的基础上,采用Monte Carlo法生成三维结构面网络模型,据此获得岩体三维RQD值,利用RMR法进行质量评价和变形模量的确定,并与钻孔资料统计法和原位试验结果进行对比分析。结果表明:基于钻孔资料统计的估算结果与原位试验相对误差达31.62%,且其估算值偏低;基于三维结构面网络模拟的估算结果与原位试验相对误差仅为2.56%,估算结果精度较高。该方法考虑了岩体质量的空间各向异性,对岩体的质量评价和参数确定更为合理,研究成果为该工程的优化设计提供了合理的计算参数。      

基于单元劈裂法的岩体黏结型结构面数值模拟

节理岩体中富含结构面等不连续体,其中很多结构面之间具有一定黏结强度,在冲击荷载作用下会发生脱结（debond）行为,从而消耗岩体应变能。在该结构面之间的黏结性质在很大程度上决定着岩体的破坏行为,发生脱结后,结构面之间不再具有黏结强度,岩体的力学性能发生弱化。为了对该类结构面进行模拟,在改进的Xu-Needleman势函数基础上推导出结构面单元,并将其嵌入到单元劈裂法中,模拟结构面的开裂过程,当结构面完全脱结后结构面单元就转化为一般节理单元。相应地,在数值实现过程中只是将结构面单元替换为一般节理单元即可。该结构面单元与单元劈裂法相结合,能够有效地模拟节理岩体的破坏过程。     

改进遗传算法和支持向量机的岩体结构面聚类分析

岩体结构面控制着岩质边坡和地下洞室等岩体工程的稳定性,在岩体力学及水力学分析中起到关键作用。为对岩体结构面进行合理分组,精确地模拟岩体结构面网络的分布,提出一种融合改进遗传算法和支持向量机的聚类方法。首先,根据岩体结构面产状信息建立结构面分组的数学模型,采用改进的遗传算法计算结构面样本的全局最优聚类中心,再以聚类中心为训练样本,利用支持向量机方法将结构面样本进行完全划分。通过随机产生的结构面数据以及实际工程的运用表明,遗传-支持向量机聚类算法对岩体结构面的分组合理,获得的优势结构面结果可靠。     

巴东县杨家坪煤炭采空区岩体力学性质试验研究

对杨家坪煤炭采空区主要岩层进行了较系统的试验研究,包括岩体结构的野外调查、岩块与结构面室内试验及岩体力学参数经验估算,岩体结构面网络模拟等。对各种试验数据进行了分析整理,得到了岩块、结构面的物理力学性质参数。并用岩体工程分类及Hoek-Brown经验方法对各类岩体的力学参数进行了估算。在分析对比基础上,考虑了岩体所处地质条件,给出了各种岩体的计算参数建议值。有限元计算结果表明,建议参数值能较好地反映采空区岩体的力学性质。     

江西某厂区边坡岩体结构面网络模拟研究

基于结构面实测统计原理和方法,建议结构面几何参数概率模型,运用蒙特－卡洛（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）模拟原理和方法,进行碉体结构的室内再现。运用该方法对江西亚东水泥厂厂区边坡岩体进行结构面网络模拟和成果分析,从而用于边坡岩体力学和渗透性能和评价,最终为其稳定性评价及支护设计服务。     

裂隙网络模拟与REV尺度研究

研究了利用平面四边形模拟节理岩体三维裂隙网络的方法。在生成裂隙网络时,同时考虑结构面几何参数和力学参数的随机性。利用裂隙网络研究了确定岩体REV尺度的指标。在此基础上,编制了岩体裂隙网络模拟程序、裂隙网络图形输出程序和岩体REV尺度指标分析程序。通过算例分析,验证了研究成果及程序的合理性,并得出了岩体REV尺度约为各组裂隙中最大迹长期望值3~4倍的结论。研究成果为后续计算岩体等效力学参数奠定了基础。     

岩体结构面网络模拟技术研究进展

主要介绍了岩体结构面网络模拟技术的研究进展，通过近期的研究，结果面网络模拟技术得到了进一步的完善与发展，特别是三维模拟技术的出现使岩体结构面网络模拟技术更加实用，表现出比二维模拟更大的优势，可以较好地解决空间岩体力学问题，具有良好的应用前景。     

节理网络模拟的程序实现及其在地下洞室中的动态响应分析

随着岩体工程的日益发展,人们愈发认识到岩体裂隙发育情况对工程影响的重要性,而岩体节理裂隙网络模拟是研究该类问题的重要手段。基于节理网络模拟结果,建立岩体力学分析模型,然后开展进一步的数值计算分析,在岩体工程中具有良好的发展前景。在岩体结构统计理论的基础上,自行编制了节理岩体裂隙网络模拟分析程序,直观再现了岩体内部的节理分布情况;将程序生成的可执行数据文件与离散元软件相融合;以含节理岩体的地下洞室为例,分别计算了静力和地震荷载作用下地下洞室围岩在不同时段的应力及位移变化情况。计算方法与结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义     

基于复杂结构精细描述的岩质高边坡稳定性分析

用数值方法对岩质高边坡进行稳定性分析时,描述岩体结构对的精细程度会影响分析结果,但常见的有限单元法程序仍难以对复杂节理岩体进行精细建模。为解决这一问题,将结构面网络模拟与离散单元法相结合,在UDEC软件中,利用FISH语言编写网络模拟程序,依据结构面统计资料和结构面分级,实现对复杂岩体结构的精细描述。以某大型水电工程边坡为例,在对岩体结构进行精细描述的基础上,采用离散元强度折减法对边坡进行稳定性分析。通过与极限平衡法和一般离散元结果的对比,表明基于复杂岩体结构精细描述确定的边坡潜在滑动面和安全系数是合理的,为复杂岩质边坡破坏模式和稳定性的分析提供了新的途径。     

利用"岩体裂隙率"评价工程岩体的质量

本文提出用建立在岩体结构面网络三维模拟基础上的“岩体裂隙率”来表征岩体的质量。它可以用来衡量结构面的发育程度及岩体的完整性，评价岩体质量，用于工程岩体分类。     

三峡工程船闸高边坡岩体稳定性预测方法研究

三峡船闸高边坡岩体稳定性主要影响因素为结构面发育情况。施工期地质超前预报,着重从结构面网络角度进行处理,其方法为：编录统计整理结构面,建立高边坡的三维立体网络图形;岩体质量分析,进行概率模型与确定性模型的耦合模拟;块体判断分析,对临空面块体、内部块体进行判断、搜索、分析;稳定性计算分析。     

A rational and realistic rock mass modelling strategy for the stability analysis of blocky rock mass

Due to the importance of a realistic rock mass model for the achievement of accurate and reliable results from numerical analysis of blocky rock mass, a probability based rock mass geometrical model is proposed in the present study. The rock mass geometry is built based on site investigation data and stochastic analysis of the discontinuity mapping results. The discontinuities and/or sets of them, either finite or infinite in size, planar or non-planar, convex or concave in shape, can be implemented in the three-dimensional rock mass model. Key block analysis and support design are then suggested to the stochastic rock mass models. To achieve a realistic stability analysis of the rock mass with the proposed probabilistic rock mass model, a few suggestions have also been made. These include the adoption of realistic constitutive models to intact rock and rock discontinuities, use of numerical model to technically handle numerical difficulties and development of a realistic modelling strategy to achieve realistic and affordable computational cost, etc.     

岩石细观统计渗流模型研究(Ⅰ): 理论模型

渗流模型是岩石流固耦合研究的一个关键问题。岩石在裂纹开始产生至裂纹充分贯通前，其渗透性质受内部孔隙和不断演化的微裂纹的共同控制。目前，岩石的渗流模型一般只是针对单纯的裂隙（或裂隙网络）或孔隙建立的，因此，不能很好地描述岩石裂纹扩展演化过程中的渗透性质和现象。针对这一问题，提出了岩石细观统计渗流模型，该模型将岩石裂纹演化过程中的渗透性视为一个非线性动态过程，同时，考虑了裂纹扩展演化和孔隙渗流的共同作用。因此，该模型可用于分析岩石裂纹扩展过程中的渗透性演化。     

基于结构面网络模拟的桥基岩体空间状态分析

分析结构面在岩体中的分布和组合特征是研究岩体稳定性的前提。根据结构面网络随机模拟方法,通过对岩体表面结构面的测量,可以建立岩体结构面空间分布的概率统计模型,从而确立了岩体结构面的网络结构模型。在此基础上分析了局部临空块体的空间几何形态,指出了块体的可能破坏形式,从宏观角度对块体系统整体稳定性进行了预测。     

Numerical modelling for clays with internal discontinuity surfaces

A numerical model capable of performing deformation analysis of a medium containing discontinuity surfaces is presented. The discontinuity can be either a crack, which can be open or closed, or a shear band. The model consists of two separate numerical algorithms, which are coupled together by means of the principle of superposition. In particular, an integral equation scheme based on the theory of dislocations is adopted for modelling the discontinuity, while a finite element discretization is used for the continuous medium. In this paper the discontinuity modelling is illustrated in detail, together with the specific formulation of the principle of superposition adopted, and some simple examples of application are presented. The well-known modelling approach based on Fracture Mechanics theory is also briefly discussed. The two models are compared and some advantages and drawbacks of each are pointed out, comments are made regarding their applicability in the specific case of soil mechanics, and conclusions are drawn as regards the conditions under which one or the other is appropriate. Finally, a full-scale example of deformation analysis using the proposed model is presented. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于岩体结构面统计与分维数的岩体质量评价及其在矿山工程中的应用

以三山岛金矿-510中段和-555中段为例,基于结构面实测数据,利用Matlab对结构面特征进行统计模型,进而实现了岩体裂隙网络Monte-Carlo模拟。然后结合分形理论确定了岩体质量的分维值。研究表明,-510中段和-555中段F3以北的岩体稳定性要好于F3以南的岩体稳定性,从定性和定量的角度对岩体质量进行了分析,为矿山的安全生产提供了一定的依据。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。