基于颗粒流方法的节理岩体力学参数量化

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翻新时间：2016-01-08

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基于颗粒流方法的节理岩体力学参数量化

摘要：节理岩体的力学参数是与岩体相关的地下工程设计的主要依据。区别于实验室完整岩块，现场原岩中结构面的存在显著弱化了岩体的强度，为地下工程设计带来了一定的不确定性。为解决此问题，本论文拟采用基于颗粒流的数值模拟方法，为节理岩体的力学参数量化提供一种新思路。

关键词：颗粒流;岩体力学;模型参数

1 概述

颗粒流是近年来兴起的主要应用于硬岩的数值模拟新方法。区别于现有的连续性数值模型，颗粒流以不可破坏圆形颗粒作为基本单元，通过颗粒之间的粘结来显式模拟完整岩块的脆性破坏。当颗粒之间的拉应力超过颗粒粘结的拉强度时，裂纹被标记为拉破坏，反之当颗粒之间的剪应力超过粘结的剪强度时，裂纹被标记为剪破坏。通过这种简单的接触关系，颗粒流方法可以精确再现岩块在压缩或者拉伸状态下的裂纹扩展模式。颗粒流方法通过颗粒之间的微观接触来控制模型的宏观破坏模式，模型的宏观力学参数是通过不断校对这些微观接触参数来实现的。

2 颗粒流模型

3 模型解译

图2 完整岩块单轴压缩应力应变曲线

4 结论

本论文展示了应用颗粒流量化节理岩体的力学参数的新型数值模拟方法。通过作用于完整岩块模型的单轴压缩试验，本论文首先校对了颗粒之间的微观参数，然后通过一系列不同结构面分布的节理岩体模型，本论文确认节理岩体的峰值单轴抗压强度呈现出典型的U型变化，即当岩体所含节理有利于岩块的剪切滑移时，节理岩体的强度显著减小;而当节理不利于岩块的剪切错动时，节理岩体的强度更多地受到岩体中完整岩块控制，强度显著上升。节理岩体的弹性模量呈现出与强度相同的变化规律。本论文为量化节理岩体的力学参数提供了额外的途径，论文结论可以作为地下岩体工程设计的参考。

参考文献：