裂隙岩体表征单元体及力学特性尺寸效应研究

论文题目: 裂隙岩体表征单元体及力学特性尺寸效应研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 向文飞

导师: 周创兵

关键词: 裂隙岩体,表征单元体,岩体力学模型,力学参数,尺寸效应,数值试验,基于的有限单元法

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文选题以国家自然科学基金重点项目[50239070]“裂隙岩体的渗流与力学特性研究”为背景,重点对裂隙岩体的表征单元体(REV)与力学特性尺寸效应进行研究,具体包括:表征单元体的力学意义、裂隙岩体表征单元体与岩体力学模型及岩体力学参数取值之间的关系、裂隙岩体表征单元体的确定方法、裂隙岩体变形与强度特性的尺寸效应、基于REV的岩体力学参数取值及数值分析方法等。主要内容有: 通过对表征单元体定义的分析,指出表征单元体蕴含着“微观与宏观”、“离散与连续”、“随机性与确定性”的对立统一的辨证思想,同时反映了材料性质的尺寸效应。因此,裂隙岩体表征单元体应该作为一个基本的岩体力学问题加以重视。分析了裂隙岩体表征单元体与岩体介质类型选取及力学参数取值之间的密切关系,认为裂隙岩体表征单元体的大小可以作为准确选择岩体介质类型的定量标准,也是合理选择与等效连续介质模型相关的力学参数的重要依据。对于具体的岩体工程,首先根据断层、软弱夹层等大型结构面进行地质分区。在同一地质分区内,如果岩体的表征单元体存在且较小,可以将岩体视为等效连续介质处理;若REV相比与岩体区域尺寸较大或不存在,则应该不连续介质处理。另外,对于采用等效连续介质模型的岩体力学参数研究来说,主要包含三方面的问题:(1)确定裂隙岩体REV的大小;(2)确定REV内的岩体等效连续属性;(3)寻找岩体性质随岩体体积的变化规律,为确定岩体体积小于REV时的力学参数提供依据。 介绍了三种确定裂隙岩体表征单元体的方法,即能量迭加方法、地质统计方法与数值模拟方法,并通过实例分别对其可行性进行了验证。其中,重点介绍了岩体裂隙网络模拟技术,以作为研究裂隙岩体表征单元体的基础。详细阐述了基于裂隙网络生成技术、采用数值模拟方法确定裂隙岩体表征单元体的基本思路与技术路线。结果表明,三种方法均能有效的确定随机裂隙岩体表征单元体的大小。基于裂隙网络模拟技术的数值试验方法能够灵活处理裂隙岩体系统详尽的几何特征与力学特性,且不受研究尺度的限制,因而是研究裂隙岩体表征单元体的主流方法。数值试验的准确性主要依赖于对岩块和裂隙力学特性的准确把握。 综合采用岩体裂隙网络生成技术与数值分析方法,重点研究了裂隙岩体变形与强度特性的表征单元体大小与尺寸效应。本文的大量数值试验结果表明,随机裂隙岩体的弹性模量、抗剪强度、抗压强度等指标均随岩体体积的增大而变化,表现出明显的尺寸效应,但当岩体体积增大到一定值后,这些指标均趋于稳定。通

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 岩体力学中的三个重要问题

1.2.1 裂隙岩体多场广义耦合问题

1.2.2 裂隙岩体介质类型与数值分析方法

1.2.3 岩体力学参数取值问题

1.3 本课题的研究意义

1.4 研究内容与研究方法

2 表征单元体的力学意义

2.1 引言

2.2 REV的力学意义

2.3 REV与岩体力学模型选取

2.4 REV与岩体力学参数取值

2.5 本章小结

3 裂隙岩体表征单元体的确定方法

3.1 引言

3.2 裂隙岩体REV研究现状及趋势

3.3 岩体裂隙网络模拟技术

3.3.1 岩体裂隙的现场勘察与数据整理

3.3.2 裂隙分布模型的确定

3.3.3 基于Monte-Carlo模拟方法的裂隙网络生成技术

3.3.4 应用实例

3.4 裂隙岩体REV的确定方法

3.4.1 能量迭加法(Energy Superposition Method, ESM)

3.4.2 地质统计法(Geological Statistic Method, GSM)

3.4.3 数值试验法(Numerical Simulation Method, NSM)

3.5 本章小结

4 裂隙岩体变形特性尺寸效应研究

4.1 岩体变形特性试验方法

4.1.1 室内试验

4.1.2 现场试验

4.2 裂隙岩体弹性参数及其REV的确定

4.3 裂隙岩体弹性模量各向异性研究

4.4 本章小结

5 裂隙岩体强度特性的尺寸效应研究

5.1 引言

5.2 岩体强度试验原理

5.3 裂隙岩体抗剪强度指标尺寸效应研究

5.4 裂隙岩体单轴抗压强度尺寸效应研究

5.5 基于REV的有限单元法

5.5.1 方法的提出

5.5.2 基于REV的岩体力学参数取值与有限元分析

5.5.3 讨论

5.6 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

发布时间: 2006-03-27

参考文献

• [1].饱冰裂隙岩体力学特性及破坏形态试验研究[D]. 杨昊.中国矿业大学(北京)2015
• [2].硬质裂隙岩体三轴加载及卸荷蠕变特性研究[D]. 杨超.重庆大学2015
• [3].加锚裂隙岩体整体力学性质研究与分析[D]. 宋桂红.武汉理工大学2006
• [4].裂隙岩体损伤位移反分析[D]. 易小明.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2006
• [5].坚硬裂隙岩体开挖扰动区形成机理研究[D]. 朱泽奇.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2008
• [6].高压渗流作用下裂隙岩体损伤演化机制研究[D]. 梁德贤.中国矿业大学2016
• [7].脆性材料中三维裂隙断裂试验、理论与数值模拟研究[D]. 郭彦双.山东大学2007
• [8].非贯通裂隙岩体破坏细观特征及其宏观力学参数确定方法[D]. 张志强.西安理工大学2009
• [9].裂隙岩体承压渗流演化特征及其水力学机制研究[D]. 周海涛.中国矿业大学2017
• [10].稀疏不规则裂隙岩体水流—传热对温度和应力影响的三维模型试验与离散元模拟研究[D]. 高俊义.北京交通大学2017

相关论文

• [1].裂隙岩体渗流与卸荷力学相互作用及裂隙排水研究[D]. 许光祥.重庆大学2001
• [2].裂隙岩体渗流非连续介质数值模型研究及工程应用[D]. 宋晓晨.河海大学2004
• [3].岩体等效水力学参数研究[D]. 张宜虎.中国地质大学2006
• [4].节理岩体强度确定方法及其各向异性特征研究[D]. 张志刚.北京交通大学2007

标签：裂隙岩体论文;  表征单元体论文;  岩体力学模型论文;  力学参数论文;  尺寸效应论文;  数值试验论文;  基于的有限单元法论文;