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基于尺寸效应的边坡岩体力学参数确定方法研究

作　者: 方俊
导　师: 赖勇
学　校: 重庆交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 岩体尺寸效应力学参数分形表征单元体数值模拟试验
分类号: TU45
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

岩体是由完整岩石与结构面共同组成的综合体。岩体的力学性质主取决于完整岩石的力学性质和结构面的力学性质，但并不等于两者的简单叠加。结构面的存在破坏了岩体的连续性和完整性，尽管国内外学者从理论推导、经验总结、室内外试验、模型试验及数值模拟等多个角度均有过详细研究，但是应用现有的各种计算方法确定复杂节理岩体的强度，其结果仍不太理想，目前，还难以对工程岩体强度的进行准确把握。岩体结构面及岩石材料内部缺陷的存在使岩体存在尺寸效应问题，实际上对尺寸效应的研究过程中，更多集中在不同尺寸的标准试件上，但这种标准试件与实际的工程岩体存在很大差异，该方法获得的研究结果并不能在工程中得到广泛的应用。采用尺寸效应中表征单元体与分形理论相结合的方法确定边坡岩体力学参数为一条很好的新途径。先对边坡进行现场地质调查，然后采用分形理论推导计算获得岩体表征单元体的大小，再对表征单元体采用细观损伤力学或数值模拟计算即可获得我们所需的边坡岩体参数。该方法的核心就是对表征单元体大小的确定上，通过获得边坡岩体的表征单元体的大小，就可以更加快速准确的得到岩体参数值。本文开展的研究工作主要包括以下方面：（1）对岩体结构面几何参数的描述，测量，及概率分布等特性做系统的总结和整理，并采用边坡滑移拉裂和滑移弯曲两种典型破坏模式，得到了边坡高度对边坡稳定性的影响，同时，根据野外对边坡结构面统计，在BQ指标分级的基础上，对边坡岩体质量分级进行了坡高和结构面产状与坡面关系的修正；（2）根据尺寸效应试验研究成果及尺寸效应与REV之间的关系，结合数值模拟的结果，分析了岩石（体）尺寸效应机理；（3）边坡岩体结构面迹长存在分形这一特性，采用分形的自相似性结合岩体尺寸效应特征得到了确定表征单元体REV尺寸的公式，提出了采用数值模拟分析法和细观损伤力学获取岩体力学参数的方法；（4）在对边坡结构面几何参数准确调查的基础上，采用Monte-Carlo方法生成了边坡岩体结构面网络，并对不同尺寸的岩体进行数值模拟，得到岩体力学参数与不同尺寸之间的关系，验证了利用分形理论获取表征单元体方法的正确性。最后，结合工程实例，采用数值模拟、Hoek-Brown岩体强度准则和细观损伤力学的方法分别进行了计算和比较验证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 选题依据及意义  8-9
  1.2 岩体参数获取主要方法  9-17
    1.2.1 采用实验方法  9-11
    1.2.2 采用数值模拟与反演分析方法  11-12
    1.2.3 工程岩体分类法及经验类比法  12-15
    1.2.4 运用损伤力学方法  15-17
  1.3 本文的主要研究内容  17-18
  1.4 本文的技术路线图  18-20
第二章岩体参数的确定  20-44
  2.1 岩体结构面几何参数的获取  21-29
    2.1.1 结构面几何参数的描述  21-25
    2.1.2 结构面几何参数的测量  25-27
    2.1.3 结构面几何参数经验概率分布  27-28
    2.1.4 Monte-Carlo法生成结构面网络  28-29
  2.2 岩体参数测试获取  29-33
    2.2.1 岩体强度和变形参数测定  29-31
    2.2.2 岩体强度的确定  31-33
  2.3 坡高对边坡稳定性及岩体分类的影响  33-43
    2.3.1 边坡高度对边坡稳定性影响  33-36
    2.3.2 边坡岩体质量指标BQ值修正  36-40
    2.3.3 边坡岩体质量指标BQ修正值的验证  40-43
  2.4 本章小结  43-44
第三章尺寸效应的机理分析  44-55
  3.1 岩体尺寸效应概述  44-45
  3.2 岩石（体）尺寸效应研究  45-48
  3.3 尺寸效应与REV之间的关系  48-50
  3.4 岩体尺寸效应的机理分析  50-54
  3.5 本章小结  54-55
第四章基于分形理论的岩体力学参数确定  55-65
  4.1 分形几何的理论概述  55-57
  4.2 岩体裂隙分形维数测定  57-59
  4.3 分形几何理论确定边坡岩体REV值  59-61
  4.4 通过REV值确定岩体力学参数  61-64
    4.4.1. 采用数值模拟分析法确定  61-62
    4.4.2. 采用细观损伤力学确定  62-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章边坡岩体力学参数的确定  65-82
  5.1 边坡工程实例  65-66
  5.2 根据分形理论确定边坡表征单元体  66-69
  5.3 结构面网络的生成及数值模拟  69-77
    5.3.1 Monte-Carlo法生成结构面网络  69-71
    5.3.2 采用有限元法进行数值模拟  71-77
  5.4 根据表征单元体直接确定岩体力学参数  77-78
  5.5 采用细观损伤力学法确定岩体力学参数  78-79
  5.6 采用Hoek-Brown岩体强度准则确定岩体强度参数  79-80
  5.7 边坡岩体力学参数确定方法的比较  80
  5.8 本章小结  80-82
第六章结论与展望  82-84
  6.1. 结论  82-83
  6.2 研究展望  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
攻读硕士期间论文发表情况  88
攻读硕士期间参加科研项目情况  88

基于尺寸效应的边坡岩体力学参数确定方法研究

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