不同的层状岩体抗剪强度表达式计算效果的有限元分析_张玉军

岩石结构面注浆前后抗剪特性数值分析吴乐文;赵奎【摘要】岩石结构面力学特性研究一直是岩石力学的热点问题，为研究注浆前后岩石结构面力学特性，利用ANSYS建立了结构面剪切计算模型并导入FLAC3D 进行计算，采用等效参数模拟方法对比分析了3种结构面类型在台阶高宽比为0.5和0.3下结构面的力学特性.结果表明：台阶宽高比不同台阶所表现的破坏规律不同，高宽比大时为剪断破坏，高宽比小时为压切破坏；注浆对提高结构面抗剪强度作用明显.最后，根据试验结果提出了非控制性爬坡角概念.%The researches on the mechanical property of rock structure plane has always been a hot topic .In order to study the mechanical property of rock mass at pre-and-post grouting, a FLAC3D calculation model is constructed based on ANSYS to perform calculation. The mechanical properties of three structural planes and two aspect ratio types are analyzed with aspect ratio are 0.5 and 0.3.The results show that the different step-shaped aspect ratios have the different failure laws, which exhibited shear failure with large aspect ratios and pressure-shear failure with small aspect ratios, and the shearing strength increased markedly after grouting . The concept of uncontrolled climbing angle is put forward according to the results .【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P96-100)【关键词】数值模拟;注浆;结构面;剪切强度【作者】吴乐文;赵奎【作者单位】广西华锡集团股份有限公司，广西柳州 545006;江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TD3150 引言许多国内外学者针对控制着工程岩体稳定性的岩体结构面力学特性这一热点问题进行了持续性研究.众所周知，结构面的存在对岩体力学性质有着决定性影响，因此，研究岩体结构面力学性质是非常有意义的.孙广忠教授在文献[1]中归纳了结构面的4种起伏形态分别为平直结构面、台阶状结构面、锯齿状结构面、波状结构面，4种结构面的力学效应是不同的.除了锯齿状结构面，其他3种结构面力学特性的研究已较多，一些学者对岩体结构面锚固特性采用室内试验或理论分析进行了相关研究[2-4].但是对结构面注浆加固前后力学特性的研究还比较少，尤其是采用数值分析方法的研究更少.因此，本文通过3种类型和2种台阶高度结构面剪切模拟试验，对结构面注浆前后抗剪特性进行了分析研究.该研究对揭示其加固机制具有重要的意义.1 试验与计算模型通过ANSYS有限元分析软件建立数值分析模型，再通过转换导入FLAC3D软件中进行分析和计算[5-12].为尽可能得到岩石结构面剪切特性的规律，模型尺寸：长×宽×高为100 mm×100 mm×100 mm.为了模拟结构面，在模型中间设置厚度为2 mm的结构面模拟其注浆前后效果.设置的结构面类型包括1个台阶、2个台阶以及组合（1个台阶与1个锯齿）3种类型，台阶宽度为20 mm，每种类型包括2种台阶高度，分别为10 mm、6 mm，则3种类型结构面模型高宽比分别为0.5和0.3.如图1～图3所示分别为3种结构面模型示意图.图1 1个台阶结构面模型图2 2个台阶结构面模型图3 组合结构面模型边界条件设置为底部固定约束，下半部分模型四周约束水平方向位移，上半部分顶部为自由边界.计算采用Mohr-Coulomb准则，在模型顶部施加法向荷载，上半部分岩石施加水平位移荷载，荷载大小2×10－4 mm/时步.模拟试验中只考虑法向荷载，因为法向荷载远远大于岩石自重，所以计算略去岩石自重[13-15].如表1、表2所示，岩石和结构面参数是根据RMT-150C型岩石力学试验系统对岩石试块进行室内单轴和剪切试验的结果选取.表1 岩石参数选取参数名称内摩擦角弹性模量/GPa参数取值 45.7 0.278 10.0 20.0 15.5/（°）泊松比抗拉强度/MPa 黏结力/MPa表2 结构面参数选取参数名称参数取值未注浆注浆黏结力/MPa 0 15.0弹性模量/MPa 0.02 15.5泊松比 0.000 2 0.027 8抗拉强度/MPa 0.001 1.0内摩擦角 /（°）10.0 40.02 破坏规律分析通过数值计算分析讨论台阶状结构面剪切破坏形式以及规律，探讨台阶数量及结构面形态与抗剪强度关系、施加法向应力大小与抗剪强度关系.由于试验结果图太多，此处只列出图4～图6，分别为试验中高宽比0.5和0.3时，结构面最大、最小主应力云图以及组合剖面塑性云图.本文中所有图示除非特别说明，剪切方向均为从通过分析图4、图5、图6等1个台阶、2个台阶、组合结构面模型剖面的最大主应力、最小主应力以及塑性区云图得到下述研究结果.2.1 台阶高宽比为0.5情况分析1）拉应力区域皆形成于3种结构面的台阶及锯齿下部，拉应力最大处位于底部. 2）结构面上半部分岩石在剪切作用下有往上抬起效应，导致台阶右边下部岩石受到明显压应力作用，台阶右边底角转折处形成压应力集中区域.3）组合类型岩石在剪切作用下锯齿下方和锯齿顶部均表现为拉应力.而压应力较集中区域为锯齿正下方与台阶底部，且在锯齿右面底部达到最大压应力，说明剪切过程上部岩石有往上抬起效应.图4 1个台阶剖面最大主应力云图图5 2个台阶剖面最小主应力云图图6 组合剖面塑性区云图4）由塑性云图6可知，因岩石抗拉强度远远小于岩石抗压强度，导致台阶底部在剪切应力和法向应力的作用下最先表现为拉伸破坏.组合类型模型中锯齿和台阶的底部都已开始出现拉伸破坏，且最大拉应力区域与破坏区域一致，台阶最终因张剪滑移而破坏.2.2 台阶高宽比为0.3情况分析为了对比分析台阶高宽比不同的情况下3种结构面剪切破坏规律，进行了台阶高宽比为0.3时结构面剪切试验.通过分析台阶高宽比为0.3的1个台阶结构面模型剖面的最大主应力、最小主应力以及塑性区云图可知：1）台阶高度降低后，台阶高宽比为0.3时结构面主应力云图与台阶高宽比为0.5时的应力云图规律是一样的.台阶底部受到拉应力作用，拉应力集中区域出现在台2）沿顺剪方向，台阶只在左下部分出现斜向上的拉伸破坏痕迹，表明当台阶高宽比较小时，台阶一般因剪切作用产生压切破坏，且对于2个台阶结构面模型压切破坏同时发生于2个台阶.因此，当台阶高宽比较小时，台阶因剪切作用而产生压切破坏.破坏区域分布与文献[1]分析一致.3）组合结构面模型中拉应力集中区域位于台阶和锯齿的底部，台阶底部受弯矩作用明显，由此可见：高宽比越大，台阶状结构面张性破坏效应越明显.锯齿底部的拉应力明显小于台阶底部的拉应力；锯齿高度降低后，锯齿下部的拉应力集中效应降低了，由此可见：起伏角α越大，结构面张性破坏效应越明显.4）2个台阶结构面与1个台阶结构面模型类似，沿受剪方向，出现于台阶左下角的拉伸破坏区逐步向台阶顶端扩展，最终导致台阶形成压切破坏.锯齿下方拉伸破坏区在左下与右下部位明显.3 法向应力与抗剪强度分析通过对3种类型结构面注浆前后的试验过程监测得到了法向应力为 1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa下峰值剪切应力的大小，如表3所示.表3 不同法向应力对应峰值剪切应力/MPa结构面类型注浆情况法向应力1 2 3 4 5 1台阶未注浆 1.821 3.642 5.50 7.291 9.080注浆 2.078 4.024 5.973 7.921 9.870 2台阶未注浆 2.250 4.500 6.280 9.000 11.300注浆 2.515 4.875 7.238 9.601 11.970组合未注浆 1.868 3.740 5.609 7.482 9.352注浆 2.318 4.443 6.572 8.694 10.820通过数值模拟验证了法向应力与结构面抗剪强度的关系特性.通过数值计算结果可知：抗剪强度和法向应力拟合相关系数近似为1.0.结构面抗剪强度随法向应力增大而呈线性增长.4 注浆与未注浆抗剪强度对比依据文献[4]的研究可知，数值模拟中等效参数方法可以模拟结构面注浆效果，因此，通过改变中间层参数模拟注浆效果，结果如图7～图9所示.图7所示为1个台阶结构面注浆与未注浆结构面抗剪强度对比条形图，注浆后结构面抗剪强度在5个等级法向应力下提高幅度明显，分别达到14.11%、10.49%、8.60%、8.64%、8.70%.注浆后强度平均提高了10.11%.图8所示为2个台阶结构面注浆与未注浆结构面抗剪强度对比条形图，注浆后结构面抗剪强度在5个等级法向应力下提高幅度明显，分别为11.78%、8.33%、13.24%、6.68%、5.93%.注浆后强度平均提高了9.19%.图9所示为组合结构面注浆与未注浆抗剪强度对比条形图，注浆后结构面抗剪强度在5个等级法向应力下提高幅度明显，分别为24.09%、7.03%、18.80%、16.20%、15.70%.注浆后强度平均提高了16.35%.图7 1个台阶结构面注浆与未注浆强度对比图8 2个台阶结构面注浆与未注浆强度对比图9 组合结构面注浆与未注浆强度对比通过对图7～图9的分析，进一步确定岩石结构面注浆效果的等效参数模拟方法是可行的.5 结构面强度与几何形态关系表4为5个等级法向应力下1个台阶模型和组合结构面模型抗剪强度大小关系.表4 不同法向应力2种类型结构面抗剪强度比较/MPa结构面类型法向应力1 2 3 4 5 1个台阶 1.821 3.642 5.500 7.291 9.080组合 1.868 3.740 5.609 7.4829.352增长率/% 2.580 2.690 1.980 2.620 2.990由表4可以看出，组合结构面模型相对于1个台阶结构面在增加一个锯齿的情况下，结构面抗剪强度并没有明显的提高，说明大爬坡角对结构面抗剪强度大小起控制作用，定义其为控制性爬坡角；小爬坡角对结构面抗剪强度大小不起控制性作用，定义其为非控制性爬坡角.由表4中结构面抗剪强度增长率可以看出，组合情况下台阶（即爬坡角为90°）结构面模型对结构面抗剪强度起决定性作用，锯齿对抗剪强度影响较小，平均增长率仅为2.57%.由此，结合前文分析，可以提出并得到组合情况下岩石结构面抗剪强度修正公式：式（1）中：ki为非控制性爬坡角因子，以本文中锯齿状结构面模型爬坡角为30°情况下，其非控制性爬坡角因子ki=0.025 7.6 结论在开展室内单轴、剪切试验的基础上，开展了结构面数值模拟试验.通过数值计算，分析了3种类型结构面抗剪力学特性，得出结论如下：1）在剪切试验中，高宽比较大时，结构面一般发生剪断破坏；高宽比较小时，结构面一般发生压切破坏.2）结构面抗剪强度随着法向应力的增加近似呈线性增长.3）通过设置中间层，采用等效参数模拟方法进行结构面注浆模拟试验是可行的.数值模拟结果表明，注浆后结构面抗剪强度得到显著提高，从而在微观上揭示了采用注浆加固岩石结构面的可行性.4）以数值试验为依据提出了非控制性爬坡角因子ki以及组合结构面抗剪强度修正公式.计算出本文中组合结构面的非控制性爬坡角因子为0.025 7.因此，可以推断出同一岩体中结构面抗剪强度大小主要由其中较大的爬坡角控制.参考文献：[1]杜时贵．岩体结构面的工程性质[M]．北京：地震出版社，1999．[2]白红杰，陆文，肖正学，等．岩石结构面抗剪强度方向性模拟研究[J]．矿业研究与开发，2007，10（5）：61－63．[3]林杭，曹平，周正义．FLAC3D模拟全长注浆锚杆的作用效果[J]．岩土力学，2005，26（增刊 1）：167－170．[4]程东幸，潘炜，刘大安，等．锚固节理岩体等效力学参数三维离散元模拟[J]．岩土力学，2006，27（12）：2128-2132．[5]王中文，方建勤．岩体结构面锚固剪切特性的数值分析[J]．煤炭学报，2010，35（5）：729-733．[6]韩立军，宗义江，韩贵雷，等．岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究[J]．岩土力学，2011，32（9）：2570-2576．[7]杨明．岩体结构面力学特性及其锚固效应的数值计算研究[D]．长沙：中南大学，2009．[8]刘自由，江学良，林杭．软弱结构面加桩特性的数值分析[J]．中南大学学报（自然科学版）：2011，42（5）：1461－1466．[9]李庆勇，远方，童中明．混凝土剪切破坏数值模拟[J]．低温建筑技术，2011（5）：51－53．[10]周莲君，彭振斌，何忠明，等．结构面剪切特性的试验与数值模拟分析[J]．科技导报，2009，27（4）：31－35．[11]李大勇，潘军刚．土的直接剪切试验三维数值模拟研究[J]．山东科技大学学报（自然科学版），2008，27（6）：16-20．[12]胡黎明，马杰，张丙印．直剪试验中接触面渐进破坏的数值模拟[J]．清华大学学报（自然科学版），2008，48（6）：943-946．[13]吴乐文．岩石结构面注浆前后力学特性研究[D].赣州：江西理工大学，2012．[14]杨松林，徐卫亚，朱焕春．锚杆在节理中的加固作用[J]．岩土力学，2002，23（5）：604－607．[15]金解放，钟海兵，吴越等.静载荷与循环冲击作用下岩石损伤变量定义方法的选择[J].有色金属科学与工程，2013，4（4）：85-90．。

基于有限元分析的岩土体力学参数反演方法研究岩土体力学是研究岩石和土壤的力学性质以及它们在地下工程中的行为的科学。

了解岩土体力学参数对于地质灾害风险评估和地下工程设计至关重要。

但是，对于复杂的岩土体结构或者无法直接获取参数的情况下，如何准确地反演岩土体力学参数一直是一个挑战。

有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，能够模拟和分析复杂结构的力学行为。

在岩土工程中，有限元分析常用于研究岩土体的变形、破裂、稳定性等问题，并可提供一些参数的估计。

基于有限元分析的岩土体力学参数反演方法针对这一问题发展起来。

一、反问题的数学描述岩土体力学参数反演可以看作是一个反问题，即从已知的观测数据反推出参数。

假设有一个岩土体结构，其初始参数未知。

通过采集实验数据或者在该结构上施加一定的加载，可以获得一些离散的观测值，如位移、应力或应变。

岩土体力学参数反演的目标是根据这些观测值推断出岩土体的参数。

二、参数反演方法1. 试-验法（试验与计算相结合）：通过实验数据的采集和有限元计算结果的拟合，逐步调整模型的参数，以使计算结果与实验数据相吻合，从而得到逼近真实参数的估计。

试-验法常用于实验室尺度或小尺度的岩土体参数反演研究。

2. 直接反演法（无试验数据）：直接反演法是在无试验数据的情况下通过有限元分析模拟建立拟合模型，再根据该模型计算岩土体的力学响应并反推参数。

这种方法需要准确的前提条件和丰富的先验知识，适用于已知结构和力学行为的情况。

3. 优化算法：基于有限元分析的优化算法是一种常用的参数反演方法。

它通过调整模型的参数，以最小化模拟结果与实验观测值之间的误差。

常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法等。

这些算法能够全局搜索参数空间，提高了反演结果的准确性和稳定性。

三、基于有限元分析的岩土体力学参数反演案例1. 地基承载力反演：地基承载力是地下工程中常关注的参数之一。

文章编号:1006 2610(2019)06 0052 03钻孔与平硐的声波、弹性模量测试成果对比分析李钰强1,2,张靖宇1,2(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安　710065;2.高边坡与地质灾害研究治理分中心,西安　710065)摘　要:在水电工程中利用平硐进行弹性波测试和弹性模量㊁变形模量测试,计算岩体的完整性系数和弹性模量,为判断岩体质量提供可靠依据㊂近年来在钻孔中进行钻孔声波和弹性模量测试,同样获取测试成果,但两者获取的数据经常出现偏差较大㊂通过对平硐测试成果和钻孔测试成果对比分析,查找原因,合理利用测试成果进行岩体质量分类㊂关键词:岩体质量;声波测试;完整性系数;弹性模量中图分类号:TU459.3 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2019.06.012Comparative Analysis of Sonic and Elastic Modulus Test Results of Borehole and AditLI Yuqiang 1,2,ZHANG Jingyu 1,2(1.PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an　710065,China ;2.Sub-center of Research and Treatment of High Slope and Geological Hazard ,Xi'an　710065,China )Abstract :Adit is used in hydropower engineering to perform the elastic wave test and the elastic and deformation modulus tests ,to calcu⁃late the integrity coefficient and elastic modulus of the rock mass and to provide a reliable basis for judging the quality of the rock mass.In recent years ,sonic and elastic modulus tests have been performed in boreholes ,and the test results have also been obtained ,but the data obtained from the borehole and the adit often have great deviation.Through comparative analysis of the results obtained from the adit test and the borehole test ,the paper intends to find out the reason that caused the great deviation and reasonably apply the test results inclassification of the rock mass.Key words :rock mass quality ;sonic test ;integrity coefficient ;elastic modulus 收稿日期:2019-04-25 作者简介:李钰强(1981-),男,甘肃省庄浪县人,高级工程师,主要从事工程地质勘察设计工作.1　岩体完整性系数和弹性模量的确定工程岩体质量是复杂岩体工程地质特性的综合反映㊂它不仅客观地反映了岩体结构固有的物理力学特性,而且为工程稳定性分析㊁岩体的合理利用及正确选择各类岩体力学参数等提供了可靠的依据[1]㊂岩体完整性系数是一个与岩体质量和强度有关的参数,很多工程岩体质量评价方法中,都将岩体完整性系数作为影响岩体质量的一个重要指标[2-3]㊂平硐洞壁弹性波测试计算岩体完整性系数,若岩块与岩体分别采用不同类型的纵波速度是不合理的,应根据不同情况对岩块或岩体波速进行修正;对于钻孔声波,由于其测试范围小(更接近岩块),应对其进行修正,然后再计算岩体完整性系数[4]㊂岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一,取值一般通过以下途径:①原位试验,如膨胀试验㊁平板载荷试验㊁扁铲试验等;②经验关系方法,如通过岩体质量分类或通过某项地质指标建立起与岩体变形模量的关系;③通过地球物理(通常是地震波速测试)方法计算;④通过等效连续模型计算岩体变形模量[5-6]㊂在水电工程中,一般可以通过平硐的物探测试成果计算,或者在平硐中直接进行弹性模量试验㊂随着钻孔综合勘察技术的应用,在钻孔中进行弹性模量测试成为一种有效的手段㊂25李钰强,张靖宇.钻孔与平硐的声波㊁弹性模量测试成果对比分析===============================================2　钻孔声波和钻孔弹性模量钻孔声波是以仪器发射高压脉冲的方法向介质发射声波,在一定的空间距离上在孔壁附近岩体中传播并由接收仪器接收,通过分析声波在不同介质中的传播速度㊁振幅㊁频率等声学参数,从而确定岩石的完整性系数[7-8]㊂钻孔法较灵活,费用最低,可利用地质勘探孔进行测试,覆盖面较大,测试深度较深,数据较多,通过统计分析可以获得最接近现场特性的数据,利用弹性模量,反算出岩体的纵向波速,并计算岩体的完整性系数㊂3　工程实例分析在某工程坝址区左右岸分别利用平硐和钻孔进行了声波测试和弹性模量测试,测试岩性为片麻岩,中硬~坚硬岩,对钻孔和平硐获取的声波波速及弹性模量进行对比分析㊂3.1　钻孔声波与平硐弹性波计算K v 系数对比分析孔1为垂直孔,深度130.6m,其中强风化深度6m,弱风化深度28.5m;在深度14~90m 段进行了声波测试,最大波速6250m /s,最小波速4440m /s,平均波速5707m /s㊂孔2为水平孔,深度102.2m,卸荷深度2.5m,弱风化深度26.6m;在2.0~99m 段进行了声波测试,最大波速为6670m /s,最小波速2780m /s,平均波速5507m /s(图1为两孔声波测试曲线图)㊂图1　钻孔声波曲线图 从图1中可看出,除了个别段波速较小外,大部分岩体声波波速大于5000m /s㊂如果将最大声波波速视为最为完整岩块的波速,则孔1的完整性系数K v =0.17~1.0,平均值为0.68,其中弱风化段K v =0.36~0.94,平均值为0.68,微风化段完整性系数K v =0.17~1.0,平均值为0.69㊂孔2的完整性系数K v =0.44~0.88,平均值为0.73,其中弱风化段K v =0.49~0.88,平均值0.69,微风化段K v =0.44~0.88,平均值为0.76㊂按照国标岩体完整性系数K v 分类[9],两孔岩体完整性为完整性较差~完整岩体㊂而根据左岸平硐弹性波波速测试分析(见图2),完整岩块的波速为5000m /s,弱风化岩体的纵波速度在2010~2900m /s 之间,平均值2738m /s,则完整性系数为0.16~0.34,岩体较破碎;微风化片麻岩纵波速度在3200m /s 以上,完整性系数在0.41以上,岩体完整性较差㊂从钻孔声波和平硐声波对比分析,钻孔声波明显比平硐声波波速大,如果以钻孔声波最高值作为完整岩体的波速,平硐岩体的完整性系数为0.09~0.23,弱风化岩体为破碎,微风化岩体为较破碎;如果以钻孔声波的平均值做为完整岩块的弹性波,则图2　左岸平硐弹性波综合测试图平硐中弱风化岩体的完整性系数为0.13~0.28,微风化岩体的完整性系数为0.34,岩体仍然为破碎~较破碎,显然和现场实际岩体不符㊂所以不能直接利用钻孔的声波作为平硐完整岩块的波速,必须进行修正㊂钻孔声波的平均值5500m /s,而平硐测试的完整岩块波速为5000m /s,其修正系数为0.91㊂按照修正系数对钻孔声波进行修正,修正后钻孔的完整性系数0.1~0.83,除了个别段岩体破碎外,大部分岩体为较完整岩体,与钻孔岩芯的完整程度基本35西北水电㊃2019年㊃第6期===============================================一致㊂3.2　弹性模量对比分析本次弹性模量分别从平硐物探波速计算㊁钻孔中弹性模量测试及平硐定点弹性模量试验3种方式分别获取了弹性模量值,但三者之间数值有一定的差异㊂左岸平硐内,根据原始记录读取纵㊁横波旅行时间后,通过相遇时距曲线之差数时距曲线x (θ),计算获得纵波速度V p 和剪切波速度V s ,然后根据下式计算出泊松比μ㊁动弹性模量E d 值[10]:μ=V 2p -2V 2s2(V 2p -2V 2s )(1)E d =V 2p ㊃ρ(1+μ)(1-2μ)1-μ(2) 根据弹性波测试成果,利用公式(1)㊁(2)计算出平硐内岩体动弹模量,共5段,其中0~10m 为较破碎岩体,弹性模量值为11.58GPa,10~50m 段岩体较完整或完整性较差,弹性模量值16.84~45.18GPa,平均值24.18GPa㊂如果采用公式(1)和公式(2),利用钻孔声波波速计算岩体的动弹模量,计算结果37.88~75.07GPa,平均值62.89GPa;利用修正的钻孔波速,计算结果31.37~62.16GPa,平均值51.83GPa㊂从上述计算成果可以看出,利用声波及修正的声波计算弹性模量成果明显高于平硐弹性波测试计算的成果,且二者之间没有明显的相关性㊂岩体变形试验是对岩体反复加荷与卸荷条件下的一种变形试验手段,因岩体性质属于非完全弹性体,即同时存在弹性变形和塑性变形㊂在左岸的平硐内进行了岩体变形试验,计算出岩体的弹性模量为16.42~23.28GPa,平均值20.09GPa,与平硐弹性波测试计算出的弹性模量值基本一致㊂而在右岸钻孔中进行的弹性模量测试,按下式计算[11]:E =K ㊃D ㊃B ㊃T (μ,β)㊃ΔP /Δd(3)式中:K 为三维问题的影响系数和设计标定系数之积;D 为钻孔直径,mm;测试钻孔的实际直径;B 为压力传递系数;ΔP 为压力增量,MPa;Δd 为位移变形增量,mm;T (μ,β)为与承压板角度(接触孔壁时圆周角大小为45°)和岩体泊松比有关的系数㊂按照公式(3)计算,孔1的弹模测试范围为5.0~90.0m,弹模变化范围为12.04~25.74GPa;孔2钻孔弹模测试范围为12~90.0m,弹模变化范围为12.0~24.84GPa㊂其中卸荷带的弹性模量为11.99~13.02GPa,其余段平均值为21.59GPa㊂因此,有条件进行现场弹性模量的工地,尽可能采用现场试验,其结果真实㊁准确,没有条件进行现场弹性试验的工地,可以利用平硐弹性波计算弹性模量,或者在钻孔中进行弹性模量测试㊂3.3　原因分析钻孔和平硐施工对岩体的扰动相差较大,且声波的传播受介质影响㊂声波速度大小会受外界条件影响,一是钻孔声波必须是在有耦合剂条件下使用,耦合方法对声波的波速影响较大;二是声波测试所采取的频率不一样,测试结果有明显的差异性;三是岩体的结构面及层面的影响,沿长大结构面或者层面传播,声波传波速度比切层高;四是岩层中矿物的定向排列㊁颗粒粒径对波速传导的影响;五是测试岩体围岩应力分布及应力状态㊂平硐开挖受爆破影响,表部岩体处于松弛状态,形成应力松弛圈,测试得到的弹性波受应力松弛影响大;钻孔中虽然也存在应力松弛圈,但由于钻孔钻进过程中震动小,且钻孔为圆形状,应力状态比平硐好,声波波速比弹性波波速大,但因二者都存在离散性,目前还没有二者之间的直接换算关系,对此需进一步研究㊂利用弹性波计算岩体的弹性模量和现场弹性模量试验,符合开挖后岩体的特征;钻孔中进行的弹性模量试验,更接近于岩体原始的弹性状态㊂平硐弹性波测试和现场试验,受岩体爆破应力松弛圈影响,试验值差别较大㊂从工程建设安全性分析,现场试验和平硐弹性波测试更符合开挖实际状态,可靠性更好㊂4　结　语可以利用钻孔声波波速计算岩体的完整性系数,但需要进行修正;钻孔中直接测试取得的弹性模量值与平硐内试验值基本一致,可以利用钻孔进行弹模量试验,但不能直接利用钻孔声波计算岩体的弹性模量,二者目前没有直接的相关性,需进一步研究㊂本次试验是在坚硬岩体中进行,需进一步研究钻孔声波与弹性模量测试在软弱岩中的适用性㊂(下转第57页)45李钰强,张靖宇.钻孔与平硐的声波㊁弹性模量测试成果对比分析===============================================cm,远小于 IMU /GPS 辅助航空摄影技术规范”[7]中限差㊂图3　优化前像控点布设图(114个)图4　优化前像控点布设图(58个)3.3　缩减像控点前后精度分析在作业中,使用GNSS 动态RTK 技术现场采集70个检查点,用于立体像对定向精度检查㊂同一套航摄影像数据和像控点成果,光束法区域网解算时按机载差分GNSS 数据是否作为观测值参与平差计算分2种方案,平差精度和检查结果如表2所示㊂表2说明:使用机载差分GNSS 作业后,像控点数量可减少49%,采用同批实测检查点检查,像控点精度满足规范要求㊂表2　无人机差分设备使用前后像控点数量与定向点中误差对比表4　结　语本项目采用无人机差分设备后顺利完成了工作,并对成果精度进行了检查㊂对项目实际测绘作业中的2套像控点布设办法进行了实际测试及测图精度对比㊂在地形平坦地区1∶2000测图中,采用无人机差分系统在确保地形图高程和平面测量精度的前提下可减少49%像控点数量,节省了现场开支成本和缩短了项目工期,在地面像控工作难度大的地区,效果尤为显著㊂但机载差分设备在各类地形的像控点数量缩减量仍需要根据不同的地形和地面纹理测区进一步测试㊂参考文献:[1]　范祥玉,赵建.无人机测量技术在地形测量方面应用前景分析[J /OL].城市建设理论研究,2015(15)[201901-02]ht⁃tp:// /p-0803167609569.html.[2]　焦旺,刘凯.无人机航测在亭口水库1∶500地形测量中的应用[J].西北水电,2016(01):23-26.[3]　低空数字航空摄影规范:CH /Z 3005-2010[S].北京:测绘出版社,2010.[4]　赵海,韩祖杰.应用差分GPS 技术的铁路航测成图方案[J].地理信息空间,2010,8(3):15-16.[5]　尚海兴.无人机航摄自动化处理系统设计[J].西北水电,2018(05):35-38.[6]　周忠谟,易杰军.GPS 卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1992.[7]　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.IMU /GPS 辅助航空摄影技术规范:GB /T 27919-2011[S].北京:中国标准出版社,2012. (上接第54页)参考文献:[1]　陈吕彦,王贵荣.各类岩体质苗评价方法的相关性探讨[J].岩石力学与工程学报,2002,21(12):1894-1900.[2]　中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB50487-2008[S].北京:中国计划出版社,2009.[3]　中华人民共和国建设部.水力发电工程地质勘察规范:GB50287-2016[S].北京:中国计划出版社,2016.[4]　段世委,许仙娥.岩体完整性系数确定及应用中的几个问题探讨[J].工程地质学报,2013,21(04):548-553.[5]　宋彦辉,巨广宏,孙苗.岩体波速与坝基岩体变形模量关系[J].岩土力学,2011,32(05):1507-1512.[6]　任海翔,赵安宁.应用声波法测试坝基开挖对岩体特性的影响[J].西北水电,2006(03):10-11.[7]　谢孔金,王霞,刘全峰.声波测井技术在工程岩体围岩分级中的应用[J /OL].建筑科技与管理,2009(02).[8]　邱锴.声波测井技术在水利工程中的应用[J].西北水电,2016(06):27-30.[9]　中华人民共和国住房和城乡建设部.工程岩体质量分级标准:GB /T50218-2014[S].北京:中国计划出版社,2015.[10]　周黎明,肖国强,尹健民.巴昆水电站发电洞开挖松动区岩体弹性模量测试与研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(S2):3971-3975.[11]　邓伟杰,路新景,方后国.钻孔弹模测试技术的应用研究[J].长江科学院院报,2012,29(08):67-71.75西北水电㊃2019年㊃第6期===============================================。

基于FLAC3D的层状岩石强度特征研究
刘小刚;张艺山;于志方
【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2018(038)006
【摘要】利用单元切割法确定节理单元并赋予相应的本构模型进行计算,研究单轴与不同围压条件下的不同节理倾角层状岩石的力学特性.结果表明,无论是单轴压缩试验还是三轴压缩试验,节理对岩石强度的影响都很显著;随着节理倾角增加,层状岩石单轴抗压强度先减小后增大,呈U型分布,在层理倾角呈60°时,抗压强度值最低;从塑性单元个数可以看出,层理倾角0°～30°以及90°时,岩石以突然破坏为主,而层理倾角45°～75°时岩石破坏较缓慢;随着围压增加,岩石抗压强度增加,岩石破坏时间延后,弹性段增长.研究结果可为岩石、岩体的各向异性问题的研究提供参考.【总页数】6页(P39-43,47)
【作者】刘小刚;张艺山;于志方
【作者单位】海南矿业股份有限公司,海南昌江572700;海南矿业股份有限公司,海南昌江572700;鞍钢矿业爆破有限公司,辽宁鞍山114046
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
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3.基于地应力与岩石抗压强度变异性的岩体爆破响应特征研究 [J], 林岳;张昆;赵苏文
4.层状岩石的强度和变形特性研究 [J], 何沛田;黄志鹏
5.层状岩石强度特征及其数值实现 [J], 郭群
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第25卷 增2岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.22006年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2006收稿日期：2005–10–13；修回日期：2005–12–19基金项目：国家自然科学基金资助项目(40472145)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412705)作者简介：黎立云(1959–)，女，1982年毕业于中南矿冶学院基础部力学师资班，现任副教授、硕士生导师，主要从事岩石断裂与强度方面的教学与研究工作。

E-mail ：ly..li @层状岩体断裂破坏特殊现象及机制分析黎立云1，宁海龙1，刘志宝1，佘云龙1，刘大安2，付敬辉1(1. 中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 中国科学院 地质与地球物理研究所，北京 100029)摘要：对某水电站左岸边坡层状泥岩进行了强度试验研究，同时对裂纹垂直于层面及平行于层面这两种基本情形也进行了断裂试验研究。

由于此层状岩体在强度方面表现出明显的正交各向异性，导致其在裂纹扩展方面表现出明显的特殊性，如I 型及I –II 复合型裂纹的剪切起裂扩展，锯齿状的裂纹扩展路径等等。

此外，通过断裂力学及有限元方法对破坏机制进行了论证分析。

由计算所得的K I 和K II 数值解，得到了裂纹垂直于层面时此泥板岩的临界断裂曲线。

通过试验及理论探讨，为裂纹与层面斜交这一工程普遍情形的分析提供了基础，所得相关结论及临界断裂曲线也可为层状岩体边坡工程的结构面相关参数取值提供依据。

关键词：岩石力学；层状岩体；强度破坏；裂纹扩展；特殊现象；数值计算中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增2–3933–06SPECIAL PHENOMENA OF FRACTURE AND MECHANISM ANALYSIS OFLAYERED ROCK MASSLI Liyun 1，NING Hailong 1，LIU Zhibao 1，SHE Yunlong 1，LIU Da ′an 2，FU Jinghui 1(1. School of Mechanics and Civil Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ；2. Institute of Geology and Geophysics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100029，China )Abstract ：The strength experimental investigations on layered mud rock mass have been conducted. For the two basic situations where the crack is vertical to layered rock mass and parallel to layers ，the experimental studies on crack fracture initiation in the layered rock mass have been carried out. Due to the obvious orthogonal aeolotropy in strength ，the layered rock mass displays obvious particularities in crack fracture initiation ，for example ，the shear expanding in pure model I and mixed model I –II crack tips ，winding propagation routes. In addition ，the fracture mechanism has been analyzed using fracture mechanics and finite element method. The critical fracture curve when cracks are vertical to the layered rock mass has also been obtained by using numerical values K I and K II . The experimental research and the theoretical discussion may provide a foundation for the usual situation analysis when cracks are inclined to layered rock mass. The results and the critical fracture curve can provide references to layered rock mass slope projects.Key words ：rock mechanics ；layered rock mass ；strength failure ；fracture propagation ；special phenomenon ；numerical calculation1 引 言层状岩体是工程中大量遇到的岩体，是一种结构性很强的岩体，材料性能表现为各向异性，在强度方面，显示出与均匀材料很不相同的特性。

论对岩土工程有限元强度折减法的几点思考汤宇皓浙江省工程勘察院【摘要】制定出一个完整可靠的基坑防护措施，使其能充分起到保护边坡的稳定性，是每个建设工程的一项基本技术保证。

在现代随着电子计算机系统软件及硬件开发的巨大成功，使岩土有限元强度的理论计算与实际现场施工的应用已经成为现实。

人类已经能在现实施工作业中基本通过有限元强度折减法的计算能控制施工现场基坑土坡在到达强度值后岩土的滑落走向，从而充分的控制组织现场的施工工序，来达到科技“以人为本”的理念。

【关键词】岩、土坡防护岩、土坡破坏行的依据有限元强度折减法岩土塑性的破坏与贯通建模在当代随着“以人为本”的理念深入人心．建筑工程安全生产的重要性已经和建筑工程所产生的经济效益及社会影响相提并论了。

边坡工程在工程领域被广泛涉及，例如：工民建工程，水里工程，铁道工程。

桥梁工程及隧道工程。

边坡工程已成为各项建筑工程基础开挖的保证。

对于整个工程主体质量的好坏起到至关重要的作用。

基坑边坡的稳定性关系着工程进度，及整体施工工序的安排和组织。

一、岩、土坡的非稳定性形成１．岩、土坡在外作用力下发生变化是造成岩、土坡稳定性变化的主要因素之一。

主要是因为实际施工环境中的人为因素引起的。

例如在坡顶堆放建筑元材料或、建造构造物及停放大型建筑施工设备使坡顶受到重荷，或者由于冲击式钻孔桩的施工、大型装载设备车辆的行驶、对岩土的爆破、地震等引起的震动都能改变了原来的岩土结构的平衡状态，使其造成下滑、坍塌。

２．岩土抗剪力强度的降低是造成岩土稳定性变化的又一因素。

其主要体现在自然因素作用下的结果。

例如岩土层下的地下水位的升高促使岩土层含水量的加大和超静水压力的增加都能改变岩土坡稳定性的降低。

静水压力是指雨水冲刷或地面水流入岩土坡中的不规则裂缝，对岩土坡的侧向作用压力，从而造成岩土坡的整体滑动及大面积坍塌。

二、岩、土坡被破坏的依据岩土失去稳定性直接造成岩土的滑坡坍塌，就意味着岩土由静止形态转化为运用形态，与此同时岩土的形态改变所产生的巨大且无限的位移就形成了岩、土坡破坏特征。

固支圆板在线性荷载作用下的极限解
叶玉;张兆强;王凯;赵王涛
【期刊名称】《延安职业技术学院学报》
【年(卷),期】2009(023)004
【摘要】运用双剪统一屈服准则,对线性荷载的两种不同分布形式作用下的固支圆板进行了弹塑性分析,分别得出了相应的统一解形式.选择不同的参数,利用本文的解可以得到一系列不同屈服准则下的极限荷载和极限荷载随不同屈服准则的变化曲线.所给出的统一解适用于各种拉压强度相同的材料.文献中已有的Mises解是本文解答的逼近.计算结果表明,应用双剪统一屈服准则可以得出更符合材料性质的极限荷载,可以更好地发挥材料的强度潜力,在工程应用中取得显著的经济效益.
【总页数】4页(P69-72)
【作者】叶玉;张兆强;王凯;赵王涛
【作者单位】西安医学院基建处,陕西,西安,710068;西南科技大学土木工程与建筑学院,四川,绵阳,621010;西南科技大学土木工程与建筑学院,四川,绵阳,621010;西南科技大学土木工程与建筑学院,四川,绵阳,621010
【正文语种】中文
【中图分类】TB115
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1.线性荷载作用下两端固支浅梁和短梁的解析解 [J], 李自林;杨忠
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岩体结构面抗剪强度经验估算276岩土力学2005住calibrationandvalidation2.Thetransportmodel[J].Water ResourcesResearch,1990,26(3):491—50o.【23】WSDershowitz,CFidelibus.Derivationofequivalent pipenetworkanaloguesforthree-dimensionaldiscrete fracturenetworksbytheboundaryelementmethod[J]. WaterResourcesResearch,1999,35(9):2685—2691.【241RCDykeuizen.Anewcouplingtermfordual-porositymodels[J].WaterResourcesResearch.1990,26(2):351—356.【251HHGerke,MTV anGenuchmn.Evaluationoffirst-order watertransfertermforvariablysaturateddual-porosityflowmodels[J].WaterResourcesResearch,l993,29(4):l225一l238.【26]RobertWZimerman,GangChen,TekluHadgu, GudmundurSBodvarsson.Anumericaldual-porosity modelwithsemianalyticaltreatmentoffracture/matrixflow[J].WaterResourcesResearch,1993,29(7):2127—2l37.【271TomClemo,LeslieSmith.Ahierarchicalmodelforsolute mmsportinfracturedmedia[J].WaterResourcesResearch,1997,33(8):l763—1783.【28】DaganGStatisticaltheoryofgroundwaterflowandtransport:poretolaboratorytoformationandformationtoregionalscale[J].WaterResourcesResearch,1986,22(9):120—134.【29】GelharLW,CLAxness.Three-dimensionalstochastic analysisofmacrodispersioninaquifer[J].Water ResourcesResearch,1983,19(1):161—180.【301V omvorisEGLWGelhar.Stochasticanalysisofthe concentrationvariabilityinathreedimensionalhetero- geneousaquifer[J].WaterResourcesResearch,1990.26 (10):2591-2602.【3l】vKapoor,LWGelhar.Transportinthree-dimensional heterogeneousaquifer,1.Dynamicsofconcentration fluctuations[J].WaterResourcesResearch,1994,30(6):l775一l788.【32】SHLee,MFLoudh,CLJensen.Hierarchicalmodeling offlowinnaturallyfracturedformationswithmul邱le lengthscales[J].,7lResourcesResearch.2001.37(3):443—455.【33】王锦国,周志芳.裂隙岩体地下水溶质运移的尺度问题[J】.水科学进展,2002,l2(2):239--245.W ANGJin—guo,ZHOUZhi-fang.Scaleproblemon groundwatersolutetransportinfracturedrock[.q. AdvancesinWaterScience,2002,l2(2):239—245.【34]王锦国,周志芳.基于分形理论的裂隙岩体地下水溶质运移模拟【J】.岩石力学与工程,2004,23(8):1358一l362.W ANGJin-guo,ZHOUZhi-fang.Simulationsolute transportfracturedrocksbasedonfractaltheory【J】. ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering.2004,23(8):l358一l362.【35】周志芳,王锦国.裂隙介质水动力学【M】.北京:中国水利水电出版社,2004.170—182.岩体结构面抗剪强度经验估算该书由杜时贵着.建筑科学类.l6开301千字188页,平装估价:36.00元,2005年1月出版,ISBN7.5028—2599—1.该书系统介绍了岩体结构面抗剪强度经验估算的理论,机理,方法和工程应用,内容主要包括结构面表面形态基本特征,粗糙度系数的定向统计测量,智能JRC测量仪及其使用,JRC.JCS模型的磨擦学机理,经验估算方法的试验对比研究,经验估算方法的工程应用等.全书以结构面粗糙度系数定向统计测量为基础,通过经验估算方法的力学机理探讨,试验对比分析和工程应用研究,完善了经验估算方法,使经验估算方法实用化,为岩体结构面抗剪强度参数的获取提供了一种简便经济,实用的方法.可供水利,交通,采矿及相关专业设计,施工监理技术人员,相关专业本科生,研究生参考.。

岩土工程极限分析有限元法及其应用张文君摘要：在经济迅速发展的形势下，我国的各行各业都在自己的领域不断发展与进步，当然岩土工程也不例外，作为人类赖以生存和发展对象（岩土体），服务于人类的重要工程项目，为保障岩土工程特别是各类建设工程的建造质量和投资效率，科学合理地利用岩土体，确保工程项目顺利建成，运用有限元分析对岩土工程进行解读和利用是很有必要的，但是，就目前情况而言，岩土工程有限元分析中还存在着一些问题，这将直接影响工程的建造质量。

此文就岩土工程极限分析有限元法相关问题的解决方案展开分析。

关键词：岩土工程；有限元分析；若干问题；风险一、前言岩土工程是一种涉及诸多学科的项目类型，涉及岩土勘察、治理设计、施工规划和风险处理。

岩土工程可选择有限元分析的方式，完成对岩土工程的风险分析、岩土工程稳定分析等。

但是，在实际岩土工程有限元分析中，一些问题是确实存在的，这些问题影响了岩土工程的稳定性分析评价、设计思路与原则、治理措施选定等，可能会导致岩土工程治理以及安全事故的发生，亟需改进。

基于此，本文对岩土工程有限元分析展开解读，分析具体存在的几点问题，具体内容如下。

二、简述岩土工程理论的形成及发展岩土工程理论从时间段上看，可以大致分为以下几个时期：首先，原始时期人类对岩土可以用于抵御自然气候及凶猛动物的基本认知；其次，西方国家开展岩土工程实践，如修建地铁等，在此过程中所形成的基于岩土和水电利用及防护的认知；第三，工程力学的分支之一，土力学的诞生为研究土体与地质作用之间的应力关系提供了理论支撑及指导,岩土工程理论在此时期获得了较快发展，第四，进入近代社会后,在岩土信息勘察及工程施工技术的联合促进下，岩土工程理论的精度和广度都有了大幅扩展，岩土工程理论趋于成熟。

作为我国岩土工程理论来讲，其在形成发展中实现了与水文地质、工程地质、环境地质等水工环地质理论的互相融合,并在一些大型水电工程建设实践的印证下,对理论内容不断加以丰富及拓展，形成了岩土工程理论与实践并行,国内外岩土工程理论并存的理论架构体系。

· 279 ·区域治理综合信息岩土工程极限分析有限元法及其应用吕艳辉固勘探(深圳)有限公司，广东 深圳 518000摘要：目前常用的极限分析方法有极限平衡法，滑动线场法，上下限分析法和变分法等。

他们各有利弊。

极限分析有限元分析方法有效地弥补了这四种分析方法的不足，因而被广泛应用于岩土工程分析。

关键词：岩土工程；极限分析；有限元法岩土工程设计中，土体的极限平衡状态可将经济性与安全性相结合，因此被视作最重要的设计因素。

目前常用的极限分析方法包括极限平衡法，滑动线场法，上下限分析法和变分法等，他们各有利弊，然而，极限分析有限元法不仅具有有限元方法的全部优点，而且能有效地弥补其他分析方法的不足。

它还在考虑变形的同时动态模拟施工过程。

在分析边坡稳定性时，不需要对滑动面的位置和形状进行预先假设，也不需要使用条分法。

安全系数和临界滑动面可以通过有限元计算直接获得，应用范围十分广阔。

一、极限分析有限元法的基本原理1 安全系数有两种方法可以使基础或突破进入极限状态：一种是增量加载，另一种是减弱强度。

在过去，当突破安全系数时，首先假定滑动面，然后基于力矩的平衡计算，安全系数定义为滑动面的抗滑力与滑动力之比滑动表面。

其中,W 是安全系数;通过上述式子的变形能够得到以下式子：可以看出，传统的极限平衡法实际上是通过降低剪切强度来实现边坡的极限状态，并且在不同条件的定义下，安全系数存在一定的差异。

因此，利用强度储备确定安全系数不仅能满足岩土工程破坏的不稳定状态，而且要符合国际标准。

2 有限元中的边坡破坏准则目前，在有限元计算中确定土体破坏的标准有三种：① 滑移面塑性区贯通，即滑移面上每点都到达极限平衡状态；② 有限元计算不收敛，即土体以发生破坏；③ 滑动土体无限发生移动，即土体滑动面上的应变和位移发生突变且无限发展。

3 极限分析有限元方法应用条件一般情况下，当应用有限元分析有限元方法时，需要满足三个条件：① 可靠和成熟的有限元程序；② 适当的实际本构模型和强度屈服准则；③ 满足有限元计算模型建立所需的精度以及选择适宜的参数。

岩石抗剪断强度计算岩石抗剪断强度是描述岩石抵抗外力下剪断破坏的能力。

对于岩石工程设计和施工而言，了解岩石的抗剪断强度是十分重要的。

首先，我们需要明确岩石的结构特性对抗剪断强度的影响。

岩石是由矿物颗粒或其他岩石颗粒按一定比例堆积而成，其内在结构决定了岩石的力学性能。

例如，岩石的含水量和孔隙度会对抗剪断强度产生重要影响。

含水量较高时，水分会填充岩石内部的孔隙，并降低岩石的抗剪断强度。

此外，岩石的岩石矿物成份、岩石颗粒间的胶结程度以及岩石中的裂缝等因素也会对抗剪断强度产生影响。

在实际工程中，我们需要通过试验来测定岩石的抗剪断强度。

最常用的试验方法是剪切试验，其中最广泛应用的是直剪试验和剪切强度试验。

直剪试验用于粘性较强的软岩或强度较低的软土，通过在剪切面施加正向和剪切力来测定抗剪断强度。

剪切强度试验则适用于硬岩和一些脆弱材料，通过施加垂直的剪切力和水平的正向力来测定抗剪断强度。

通过试验数据，我们可以得到岩石的抗剪强度参数，以指导岩石工程设计和施工过程。

除了试验方法外，我们还可以使用数值模拟方法来估计岩石的抗剪断强度。

数值模拟方法能够模拟岩石内部的微观结构和细观力学行为，有助于更准确地描述岩石的抗剪剪强度。

常见的数值模拟方法包括离散元法、有限元法和边界元法等。

这些方法可以模拟剪切过程中岩石颗粒间的相互作用，从而预测岩石的抗剪断强度。

在实际岩石工程设计和施工过程中，了解岩石的抗剪断强度对确保工程的安全和稳定起到至关重要的作用。

在设计阶段，我们需要根据实际岩石的抗剪断强度参数来进行合理的结构设计和选择适当的支护方案。

在施工阶段，我们需要定期监测岩石的抗剪断强度，以及时采取必要的支护措施，避免不必要的事故和损失。

总之，岩石抗剪断强度是岩石力学的重要参数，对于岩石工程设计和施工具有指导意义。

通过试验和数值模拟等方法，我们可以获得岩石的抗剪断强度参数，从而为实际工程提供科学的依据和建议。

在实际工程中，我们需要根据岩石的抗剪断强度来选择适当的结构设计和支护措施，以确保工程的安全和稳定。

第22卷第12期岩石力学与工程学报22(12)：1943～1952 2003年12月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec，2003岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析*郑颖人赵尚毅邓卫东(后勤工程学院土木工程系重庆 400041) (交通部重庆公路科学研究所重庆 400067)摘要岩质边坡的稳定性主要由其结构面控制，采用有限元强度折减法对岩质边坡破坏机制进行了数值模拟分析。

计算表明，破坏“自然地”发生在岩体抗剪强度不能承受其受到的剪切应力的地带。

分析表明，根据塑性力学破坏原理，采用有限元强度折减法有助于对岩质边坡破坏机制的理解。

算例表明了此法的可行性。

关键词岩石力学，岩质边坡破坏机制，有限元强度折减法，数值模拟分类号P 642.22，O 242.21 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)12-1943-10 NUMERICAL SIMULATION ON FAILURE MECHANISM OF ROCK SLOPEBY STRENGTH REDUCTION FEMZheng Yingren1，Zhao Shangyi1，Deng Weidong2(1Logistical Engineering University， Chongqing 400041 China)(2Chongqing Highway Science Research Institute， Chongqing 400067 China)Abstract The stability of rock slope is mainly determined by its discontinuity and rock bridge. However，the failure mechanism of discontinuity and rock bridge has not been studied comprehensively. In this paper，the stability analysis of jointed rock slope is carried out by shear strength reduction finite element method. The elastic-perfectly plastic material is adapted in the finite element method. With the strength reduction，the nonlinear FEM model of jointed rock slope reaches instability，and the numerical non-convergence occurs simultaneously. The safety factor is then obtained by strength reduction algorithm. At the same time the critical failure surface and overall failure progress are found automatically. The numerical convergence or non-convergence is related to the yield criterion. Comparison is made of several yield criteria in common use. The Mohr-Coulomb criterion is undoubtedly the best-known criterion. But its yield surface is an irregular hexagonal cone in principal stress space. It brings difficulty to numerical analysis. For convenience the Mohr-Coulomb criterion is replaced by Mohr-Coulomb equivalent area circle yield criterion. Through a series of case studies，it is found that the safety factor obtained by strength reduction FEM with Mohr-Coulomb equivalent area circle criterion is fairly close to the result of traditional limit equilibrium method (Spencer’s method). The result shows that the discontinuity coalescence pattern is influenced by its strength，length，location，and obliquity. The failure occurs 'naturally' through the zone in which the shear strength of rock is insufficient to resist the shear stresses. Through a series of case studies，the applicability of the proposed method is clearly exhibited. This study presents a new approach for stability analysis of jointed rock slope，and it is especially available to the complicated geological condition and supported slope.Key words rock mechanics，failure mechanism of rock slope，strength reduction FEM，numerical simulation2002年12月3日收到初稿，2003年4月23日收到修改稿。