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断续节理岩体强度与破坏特征的数值模拟研究
  • ISSN号:1000-4548
  • 期刊名称:《岩土工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU452[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]大连理工大学土木工程学院, [2]武汉大学岩土与结构工程安全湖北省重点试验室
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2014CB047100,2011CB013500);国家自然科学基金项目(51274053);湖北省岩土与结构工程安全湖北省重点实验室开放基金项目
中文摘要:

基于细观统计损伤数值模型,通过改变包含单组节理岩体的节理倾角β、节理台阶角γ、层距d和岩桥长度lr,建立不同节理分布的断续节理岩体数值试样,展开系列数值试验,模拟了节理岩体的破坏过程,探讨了节理结构几何参数和应力水平对破坏模式以及岩体力学参数的影响规律。研究结果表明,断续节理岩体破坏模式共分为4种:沿节理面破坏、转动块体破坏、台阶状破坏和混合破坏。沿节理面破坏与台阶状破坏的岩体峰值强度高、破坏应变大,转动破坏的岩体峰值强度低、破坏应变小。随着节理倾角的增大,岩体力学行为表现出脆性破坏—渐进破坏—脆性破坏的循环过程。随着应力水平的增加,岩体破坏区域由中间向端部扩展,并且对于强度的提高有显著作用,但提高水平随围压增加而降低。节理台阶角γ对于β=90°时的破坏形式影响较大,由台阶状破坏转变为转动块体破坏,层距d对阶梯状破坏模式影响较小,对转动破坏模式影响较大,岩桥长度lr不影响破坏模式,但对面破坏与台阶状破坏模式的峰值强度、破坏应变影响较大。通过对比,模拟结果与物理试验规律一致,但数值模拟结果可以清晰获得节理岩体中应力场分布、裂纹起裂点与扩展方向、破坏图像等,有利于分析其内在破坏规律与机理。

英文摘要:

Based on a microscopic statistical damage model, different failure criteria are introduced into a numerical code to simulate tensile breaking and compression shear failure of jointed rock subjected to uniaxial compression and biaxial compression. Influences of geometrical parameters of the joints and lateral stress on fracture patterns and mechanical behaviors are investigated. The results show that the whole failure modes consist of four types: planar failure, stepped failure, rotating-block failure and mixed failure. The planar failure and stepped failure are associated with high strengths and strains, whereas the rotational failure is associated with low strengths and strains. As the joint inclination increases, the peak strength and elastic modulus increase and then decrease. As the lateral stress increases, the failure areas expand from the middle to both ends and appreciably improve the strength, but the increasing level will reduce when the lateral stress continues to increase. The step angle of joints γ has great influence on the failure modes when β =90°, and the failure mode changes from stepped failure to the rotational failure. The layer distance d has slight influence on the stepped failure and great influence on the rotational failure. The rock bridge length lr does not affect the transition of the failure mode, but it affects the peak strength and failure strain of both the planar failure and stepper failure. The results may provide guidance and reference to jointed rock engineering.

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期刊信息
  • 《岩土工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国水利学会 中国土木工程学会 中国力学学会 中国建筑学会 中国水力发电工程学会 中国振动工程学会
  • 主编:蔡正银
  • 地址:南京虎踞关34号
  • 邮编:210024
  • 邮箱:ge@nhri.cn
  • 电话:025-85829553 85829534
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4548
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1124/TU
  • 邮发代号:28-62
  • 获奖情况:
  • 中国科协二等奖,江苏省首届优秀期刊奖,连续三次被评为核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:54826