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摘要摘要岩体在自然界长期存在过程中，经历地质与风化作用形成了各种类型的不规则结构面。
随机分布的结构面相互交割，使岩体形成复杂的割裂结构。
节理面的存在使岩体强度呈现复杂的各向异性。
本文通过对江西某矿区岩样进行岩石力学试验，得到岩石试件的力学参数，利用Hoek-Brown法估算岩体力学参数，建立二维离散元UDEC数值模型，较为系统地研究了三类节理岩体的各向异性，主要研究成果如下：(1)采用控制变量法研究了节理产状对单一节理岩体抗压强度的影响，结果表明：节理位置（节理尖端到受压面的距离）、倾角相同时，随着节理迹长比的增大，抗压强度呈非线性减小趋势，可拟合为二次函数关系；节理位置、迹长比相同时，随着节理倾角的增大，抗压强度呈先减小后增大的“U”形变化趋势；节理倾角、迹长比相同时，随着裂纹尖端到受压面距离的增大，岩石试件的抗压强度呈线性增大趋势。
(2)为研究只含一组优势节理岩体的力学特性，在围压作用下，改变节理倾角与间距，进行抗压强度实验。
结果表明：不同于单一节理岩体，随着节理倾角由15°向90°递增，σ1－β曲线呈现非对称的“勺”形，岩体破坏模式依次为压碎破坏、剪切滑移破坏、劈裂破坏；当节理面倾角接近φj（节理面内摩擦角）或者90°时，即使改变节理间距，抗压强度也不会发生明显变化；当节理面倾角介于φj～90°之间时，岩体沿节理面发生破坏，抗压强度随节理间距的减小而减小，并逐渐趋于一个定值，近似于负指数变化关系；随着围压的增大，岩体抗压强度呈线性增大趋势，各向异性随之减弱。
(3)基于分形理论，结合Monte Carlo方法生成节理岩体平面网络图，以网络图中心为基点，选取节理岩体模拟试件，以探究复杂节理岩体的各向异性，结果表明:选取角度、围压相同时，随着岩体尺寸的增大，节理岩体各向异性减弱，抗压强度呈非线性减小趋势，并趋向于某一定值，可拟合为负指数变化关系；围压、尺寸相同时，随着取样角度（所截取岩体试件与水平方向的夹角）的增大，节理岩体抗压强度呈微幅波动趋势，这应与节理分布的分形特性有关，取样角度为60°时，岩体试件的抗压强度值略高，尺寸效应与围压效应也较为明显。
岩体三维裂隙拉伸断裂机理的试验与数值模拟研究【中文摘要】裂隙岩体是各种岩体工程和环境工程中经常碰到的一种复杂工程介质。
在承受工程荷载时,岩体中大量的裂隙开始萌生、扩展和贯通,导致岩体介质力学性能的劣化以致终极破坏。
因此,岩体中原生裂隙的扩展演化特征、破裂模式以及对岩体力学特性的影响一直为学术界和工程界所重视。
鉴于三维题目在数学处理和现象观测上的复杂性,人们对裂隙题目的研究往往简化为二维情况来处理,但裂隙大都处于三维应力状态(表面裂隙或深埋裂隙),把三维裂隙简化为二维裂隙会引起较大差距。
因此,近年来有关三维裂隙扩展演化机制及其对岩体材料力学特性影响的研究成为岩土工程重要研究课题。
目前压缩条件下岩体中三维裂隙扩展演化机制的试验研究已有一些,但由于试验设备和技术方面的制约,拉伸条件下相应的成果很少。
岩石材料具有低抗拉性,在较低拉伸应力作用下内部裂隙就开始扩展、贯通导致材料破坏。
岩体工程中不可避免的要碰到拉应力区,因此开展拉伸条件下三维裂隙扩展演化机制以及对岩体力学特性影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。
物理试验方法和数值模拟方法是研究裂隙扩展题目的有效手段。
本文结合这两种方法开展了以下研究工作:1、通过阅读大量文献,分析比较了以往三维裂隙岩体断裂机理试验中所用各种材料的优缺点。
结合本试验情况,研制了脆性砂浆材料,其物理力学参数与砂岩接近,代替真实岩石进行试验可表现出类似的受力变形特征,并且该材料方便埋设三维裂隙。
2、由于岩石材料直接拉伸试验技术不成熟,故改进了目前采用较多的夹具法和黏结法,设计加工了适用于脆性材料单轴拉伸试验的端部扩大型试件模具、与试件外形配套的夹具以及黏结拉伸轴向定位装置。
3、制作了含不同形式(不同角度、不同间距和不同数目)内置裂隙的试件,并对其进行了单轴拉伸试验,得到了各试件的应力应变曲线,观察分析了试件的受力变形过程,总结了内置裂隙角度、间距及数目对材料力学特性以及裂隙扩展演化过程的影响。
节理岩体爆破破坏模式的机理分析及数值模拟
张力民;吕淑然;刘红岩
【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2009(000)007
【摘要】节理的存在是岩体明显区别于岩石的一个重要特征,也是导致岩体具有非均质性及各向异性的一个重要因素.在对节理影响岩体爆破破坏模式的机理进行分析的基础上,利用能够很好模拟岩体内节理分布及裂纹产生与扩展的一种新的数值方法--数值流形方法,对3种不同节理岩体,即无节理岩体、均布水平节理岩体、均布垂直节理岩体等在均布于垂直于圆周方向上的爆炸荷载作用下的破坏过程进行了模拟.由模拟结果可以明显看出,节理的存在对岩体的破坏模式起到了关键性的控制作用,完整岩体的破坏形式呈现出了很好的对称性,而水平及垂直节理岩体的破坏模式在很大程度上是受到节理分布的控制.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】张力民;吕淑然;刘红岩
【作者单位】北京科技大学;河北承德钢铁公司;首都经济贸易大学;中国地质大学(北京)
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
【相关文献】
1.节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析 [J], 张吉宏;刘红岩
2.节理岩体边坡渐进破坏的数值模拟研究 [J], 陈亚军;王家臣
3.节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理 [J], 彭双喜
4.基于RJM断续节理岩体强度与破坏特征的数值模拟研究 [J], 刘帅奇;马凤山;赵海军;刘港;郭捷;孙琪皓
5.节理分布对岩体破坏影响的数值模拟研究 [J], 刘刚;赵坚;宋宏伟
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孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟程龙;刘相如【摘要】采用岩石破裂过程分析系统,研究了围压、孔压对含不同单裂隙分布脆性岩石的破坏影响规律,分析了岩样的裂纹扩展特征.结果表明:断续单裂隙的岩石力学性能显著低于完整岩样,但降低程度与裂隙参数密切相关,随着裂隙长度增加,岩石力学参数均呈降低趋势,而随着裂隙倾角的增加,峰值强度以及峰值应变均呈先减小后增加的趋势,且这种规律不受围压与孔压的影响；围压对岩石峰值强度有强化作用,但同等围压时,孔压对岩石峰值强度有弱化作用；裂隙长度越小或裂隙倾角越大的岩样,其裂纹扩展特征越不明显,且扩展过程受围压与孔压影响显著.研究结论对于认识具有断续节理裂隙岩体的变形破坏机理具有参考价值.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2012(043)013【总页数】4页(P73-76)【关键词】脆性岩石;围压;孔压;单裂隙;峰值强度;裂纹扩展【作者】程龙;刘相如【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室,江苏徐州221008;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室,江苏徐州221008;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TU45岩体是在复杂地质构造作用下，经过漫长的地质年代，由于风化、腐蚀、构造应力等作用形成的复杂地质体。
岩体内部存在大量的裂隙、裂纹、节理等缺陷，这些节理裂隙成为水在岩体中运动的通道［1－2］。
岩体工程均是处在三向应力状态下，因此，研究围压、孔压作用下断续单裂隙脆性岩石的变形破坏特性具有非常重要的工程实践意义。
杨圣奇等对断续预制裂隙和孔洞大理岩进行了试验和数值研究［3－4］。
张伟等讨论了裂隙倾角对裂隙岩体力学特性的影响［5］。
冯增朝等探讨了岩体裂隙尺度对裂隙岩体变形与破坏的控制作用［6］。
陈卫忠等人详细研究了闭合裂纹在单轴、双轴荷载作用下的裂纹扩展和贯通规律［7］。
节理性质对岩体爆破破坏模式影响的数值分析张吉宏;刘红岩【摘要】针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出了采用数值流形方法以解决目前岩体爆破模拟中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,因而很容易反映岩体中存在的众多初始节理,采用断裂力学准则以模拟节理、裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论以模拟块体运动.最后通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异,说明了节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布及物理力学性质有着密切关系.%Due to the shortcomings existed in finite element method and discrete element method in practice,many intermittent joints cannot be reflected objectively and fragmentation of rock mass and rock block movement cannot be simulated,then the numerical manifold method is adopted to solve the problems existed above in rock massblasting.Numerical manifold method adopts mathematical mesh and physical mesh to form the solved manifold element,which can easily reflect the original joints existed in rock mass.Meanwhile,it adopts fracture mechanics principle to simulate the propagation of the joint and crack,and block movement theory in DDA to simulate the block movement.Finally,an calculation example is used to analyze the difference of failure modes between intact and jointed rock mass,and the results show that the existence of joints has much effect on rock mass blasting failuremode,which is much related to the joint' s geometry distribution and physical and mechanical property.【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2013(030)002【总页数】5页(P79-83)【关键词】节理性质;岩体爆破;破坏模式;数值流形方法;初始节理【作者】张吉宏;刘红岩【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院,西安710064;中国有色金属工业西安勘察设计研究院,西安710064;中国地质大学工程技术学院,北京100083;西藏大学工学院,拉萨850000【正文语种】中文【中图分类】O382+.2岩体是包含着断层、断裂带、软弱夹层、节理、层面等天然不连续面的地质体，这些不连续面的存在严重影响着岩体的物理力学性质及其破坏模式。
第24卷第22期岩石力学与工程学报V ol.24 No.22 2005年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2005应力波反复作用下断续节理岩体疲劳破坏试验研究邵鹏1，张勇2，贺永年2，姜涛2(1. 江南大学土木工程系，江苏无锡 214122；2. 中国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州 221008)摘要：试验研究了反复应力波作用下断续节理岩体的疲劳破坏过程和特征，讨论了节理充填性质、节理倾角、侧向静压等因素对岩体动态疲劳破坏的影响。
结果表明：疲劳损伤累积过程受节理倾角与应力波传播方向影响，两者夹角越大损伤破坏越不均匀，但强度降低率小；充填介质能在一定程度上削弱应力波的损伤作用，减缓损伤累积进程；损伤累积过程在一定程度上受控于侧压，随着侧压增大损伤累积速率和强度降低速率减缓。
关键词：岩石力学；应力波；反复作用；疲劳破坏；断续节理岩体中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)22–4180–05EXPERIMENTAL STUDY ON FATIGUE FAILURE OF INTERMITTENT JOINTED ROCK MASSES SUBJECTED TO REPEATED STRESS WA VESHAO Peng1，ZHANG Yong2，HE Yong-nian2，JIANG Tao2(1. Department of Architecture，Southern Yangtze University，Wuxi214122，China；2. School of Architecture and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou221008，China)Abstract：The fatigue failure behaviors of intermittent jointed rock masses subjected to repeated stress waves are investigated on the basis of experiments. In order that failure modes in the experiments can be easily observed，all specimens are made of transparent organic glass plate. A tailor-made exploder is used to offer dynamic loads. For static loading，axial stress is provided by a testing machine，and lateral stress is given by a set of jack. Affecting factors which may influence the dynamic fatigue failure property of rock mass，such as joints angles，stuffing characteristics and lateral pressures，are analyzed. Experimental results indicate that damage accumulation of intermittence rock mass is markedly related to the intersection angle between joints and propagation direction of stress waves，and damage distribution will be more nonuniform with the increase of that angle. When the intersection angles are small，the initiation of wing cracks near the tip of joints and damage accumulation are even correspondingly. But for larger intersection angles，fracture and damage are localized on the side of incident waves. For different stuffing cases，results show that joints stuffed with fillings are more favorable for the propagation of stress waves than that of unfilled；but stuffing may decrease the rate of damage accumulation and increase the fatigue life of rock mass. Also，the rate of damage accumulation is controlled by lateral pressure，which decreases along with the increase of lateral pressure. These experimental results show that the fatigue failure of intermittent jointed rock masses are quite complex.Key words：rock mechanics；stress wave；repeated action；fatigue failure；intermittent jointed rock masses收稿日期：2004–08–10；修回日期：2005–04–01基金项目：国家自然科学基金重大项目(50490273)作者简介：邵鹏(1968–)，男，博士，1991年毕业于中国矿业大学矿井建设专业，现为副教授，主要从事工程爆破和岩体动力学方面的教学与研究工作。
万方数据万方数据２０１１年第４期胡波，等：断续节理岩体模制试验及强度分析研究６５９式中：，７为剪切面上节理的几何连通率。
分别代人Ｍｏｈｒ．Ｃｏｕｌｏｍｂ和Ｐａｔｔｏｎ强度公式有：ＩＲ，＝（ｃｒ＋盯ｒＩａｎ妒ｒ）∑２ｒ·（４）［Ｒｊ＝（勺＋ｏ＇ｓｔａｎ竹）∑‘。
式中：尺，、Ｒｊ分别为岩桥和节理面的抗剪力。
强制剪切面上的抗剪力Ｒ为：Ｒ＝（ｃ，＋盯，ｔａｎ妒，）∑ｚ，ｉ＋（勺＋ｏ＇ｓｔａｎ仍）∑‘。
（５）将上式写成应力形式即有：ｒ＝（Ｃ，＋盯，ｔａｎｃｐ，）（１一叼）＋（ｑ＋ｏ］ｔａｎｃｐｓ）叼（６）式中：矿，和０５由式（３）确定。
３模型试验３．１模型试验设计３．Ｉ．１设计原则‘１３以１】模型试验应遵循以下原则：（１）试样材料应尽可能相似于天然脆性岩石。
考虑到所选试验机的出力系数较大，应选择强度较高的材料，节理面的力学特性应尽可能相似于天然岩体中的节理面；（２）制作节理面应尽量位于剪切面上，同时为避免长大裂隙尖端的应力过于集中，在设计过程中尽量使节理在剪切面上均匀分布；（３）加载速度不宜过快，以期获得试样加载过程的应力－应变全过程曲线。
３．１．２试样的制作及主要试验仪器模型材料选用强度较高的水泥砂浆，选用冀特牌５２．５快硬硫铝酸盐水泥和河北三河市的细砂，质量比为水泥：砂：水＝５：５：２。
模具内空尺寸与剪切盒一致，尺寸为１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ。
先将混合料搅拌均匀，倒入模具中捣实，在高度７５ｍｍ处插入薄钢片于预定位置，待混合料初凝时抽出（成模后４０ｍｉｎ），利用混合料在气凝过程中发热膨胀的特点使裂隙面完全闭合，从而模拟闭合的节理面。
为了使节理全部位于剪切面上，用两块方整的玻璃衬垫作为模具底板，使两块玻璃的对接缝正好位于试块中线上，然后将薄钢片从对接缝中往上插，同时在试模顶部设置中线控制点，这样节理就可以控制在试样正中间的剪切面上。
材料及节理的主要力学参数见表１、表２。
