节理岩体抗压强度的数值模拟研究

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在隧道开挖、国防建设、水利枢纽、矿山开采等大型复杂工程中,岩体具有极其重要的基础作用,但在岩体中普遍存在着规模、产状、性质各不相同的节理面。由于节理面的存在,岩体的整体性遭到破坏,而且改变了岩体的变形特征和破坏方式。在对岩体工程进行安全性评价和稳定性设计过程中,节理岩体力学特征的确定具有非常重要的工程意义。节理岩体抗压强度的影响因素诸多,如赋存的地质环境、节理面的发育程度、节理面的方位角和围压等。  本文在前人对岩体进行室内试验研究的基础上,通过查阅大量文献,选取影响节理岩体抗压强度的重要力学参数进行研究,运用UDEC数值模拟软件对节理岩体进行建模与计算,首先在模型上边界设置不同测点以研究完整岩体、单一节理岩体和单组节理岩体强度的稳定性,其次改变岩体的围压和节理面倾角研究其抗压强度的变化规律,分析其各向异性特征,并进行比较;最后通过计算岩体的内摩擦角和粘聚力参数研究岩体产生破坏的主要影响因素。在对单组节理岩体的基础上,增加节理面以研究多组节理岩体的抗压强度特征,分析其主要影响因素和破坏方式。本文主要得出了以下几点结论:  (1)完整岩体具有较高的稳定性,在应力作用下产生压碎破坏;而单一节理和单组节理岩体稳定性较差,节理面倾角在[20°,90°]范围内时沿节理面产生滑移破坏,随着围压的增加各向异性逐渐减小,抗压强度基本上呈线性增大。  (2)单一节理和单组节理岩体的抗压强度比完整岩体的小,各向异性更加明显,说明节理面的出现使岩体产生了更大的力学效应;当节理面的粘聚力和内摩擦角参数发生变化时,单组节理岩体的强度特征和各向异性也产生了显著的变化。  (3)两组节理(斜交或正交)和三组节理岩体中强度较小的节理面对其抗压强度和破坏方式起到了决定性作用,随着围压的增大,抗压强度同样呈线性增加,但线性相关性要比单组节理岩体的小。说明由于节理面的相互交错,岩体的抗压强度表现的更为复杂,同时表现出较高的各向异性特征。
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