一种新的表征岩石节理粗糙度指标系统

基于长方体微凸体两种破坏模式提出了等效高差概念来反映微凸体几何参数对剪切强度贡献比例。不同剪切方向的等效高差分布不同可反映节理剪切方向性。进而提出了基于等效高差的节理三维粗糙度指标系统,其中平均等效高差表征了不同破坏形式的微凸体对强度的贡献,也可反映节理面的起伏方向性;分形维数表征了不同尺度粗糙度的关系,可从尺度上全面描述节理面信息,并且也可表示剪切方向性。最后基于三维测量系统获取了节理面离散点坐标值并计算出新指标系统具体数值,验证了指标系统可以描述剪切方向性,同时克服了采样间距的影响。新指标系统物理意义明确,可反映不同微凸体对强度贡献比例。     

考虑接触形貌特征的节理面JRC值确定方法研究

传统方法确定节理面粗糙度JRC过程中,往往将整个节理面的形貌考虑在内,然而在实际剪切过程中,节理面两翼仅仅部分微凸体产生相互接触,未接触区域的形貌必然影响JRC值的准确性。为了建立一种更加准确的JRC值确定方法,利用数值追踪技术确定节理面在剪切过程中的局部接触区域,并求解该区域的幅度参数、空间参数和倾角参数,同时通过Barton模型对JRC值进行反演。利用发生接触的节理面形貌参数对JRC值进行拟合,并进行显著性分析,在此过程中得到如下结论:(1)JRC主要受到高度均方差σ_z、陡坡百分比P_D、高度差T_z¹⁰和坡度均方根Z₂的显著影响。t检验结果可知,坡度均方根Z₂对JRC影响的显著性大于高度均方差σ_z,大于高度差T_z¹⁰。(2)将局部发生接触的节理面形貌参数和整个节理面形貌参数进行对比,结果表明发生接触的节理面形貌所确定的形貌参数与JRC的显著性明显高于整个节理面确定的形貌参数与JRC之间的显...     

岩体节理面的分形与分维研究

应用分形几何理论对岩体节理进行描述，求得了节理的分维数df，并建立了节理分维数df与其粗糙度JRC的关系。有了节理的分维数就可方便的进行节理的分类及强度计算，这比传统的用JRC描述节理更具有实际意义。     

随机形貌岩石节理剪切-渗流数值模拟和剪胀-渗流模型

采用Hurst指数的独立分割方法构造随机形貌岩石节理剖面,基于岩石节理的CY模型构建随机形貌岩石节理剪切-渗流计算模型和数值分析方法,为研究岩石节理的剪切-渗流响应提供了理论参考。采用CY微段节理模型的细观剪切力学参数,探讨剪切作用下随机形貌岩石节理剪切-渗流响应。结果表明：节理粗糙度越大,岩石节理的宏观剪切峰值强度和剪胀角随之增大;随着法向应力的增加,节理的剪胀效应逐渐减弱;剪切过程中的节理渗透系数呈平稳增长-快速增大-渗流稳定3阶段变化,在剪切最开始短暂时候,节理剪缩使渗流偏离立方渗流准则,节理渗透系数与法向应力具强耦合关系。引入剪胀等效节理水力隙宽,建立岩石节理的非线性剪胀-渗流模型,合理地描述了不同粗糙度节理剪切过程中的剪胀效应及其对节理渗透系数的贡献。     

岩石粗糙节理剪切强度的分形分析

以分形维数定量描述岩石节理面粗糙性，通过剪切实验分析研究节理剪切强度、法向应力和节理面分维的相互关系，建立了能够体现节理粗糙性和节理剪胀效应的节理剪切强度表达式，提出了适用于粗糙节理岩体的库仑强度的修正公式，为更深入、更准确地研究岩石节理剪切强度和岩体结构稳定性提供了新的方法。     

循环剪切对节理面形貌及强度劣化规律的微观力学研究

本次研究运用岩石剪切流变仪对人工灰岩节理面进行正—反循环剪切试验,剪切前后,运用Talysurf CLI 2000扫描仪测量节理表面形态。根据形貌扫描采集结果,四种形貌参数被提出,即岛屿峰态系数K,岛屿数量,岛屿面积和岛屿总面积,结合应力变化值,发现剪切过程中,并非所有岛屿都参与剪切全过程,JRC曲线随被剪次数增加而减小,应力与岛屿峰态系数K存在线性关系,由此发现了岩石节理的微观形态与宏观强度间的关系。     

基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型

为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。     

岩石节理面粗糙程度研究

讨论了岩石节理面粗糙度的统计指标;提出用节理面分形模拟特征参数表征节理面粗糙度。     

岩石节理面粗糙程度研究

讨论了岩石节理面粗糙度的统计指标;提出用节理面分形模拟特征参数表征节理面粗糙度。     

采用节理粗糙度预测可变扩张剪切强度

沿岩石不连续面剪切阻力分析的一个重要因素是节理面粗糙度。本文叙述基一地岩石表面粗糙度预测可变扩张剪切强度的方法。     

程潮铁矿矿岩节理面力学特性实验研究

以程潮铁矿为工程背景,为获得不同岩性矿岩的基本力学参数及分形维数,进行了直剪实验及粗糙度扫描实验。分析水和充填物对节理面剪切强度的影响,并综合考虑岩石节理面粗糙性对其力学性质的影响,建立了体现相同法向应力下峰值剪切强度与分形维数的关系公式,为更深入研究岩体稳定性及破坏机理提供了可靠的矿岩力学参数及依据。     

Difficulties with using continuous fractal theory for discontinuity surfaces

Roughness of discontinuities and relations between shear strength and roughness are of major interest in rock mechanics. Options to characterize roughness of a discontinuity, in terms of a fractal and/or fractal dimension, are investigated mathematically and by simulated roughness profiles. The results show that relations between the JRC roughness profiles and fractal dimension determined by the divider method do not prove that the JRC curves are fractals, can easily be inaccurate and can lead to erroneous relations. If roughness profiles are fractals at all, then the divider method is likely not suitable for determining the fractal dimension.     

岩石裂隙面粗糙度参数关系分析

粗糙度是解释岩石裂隙力学及渗流特性的重要参数.采用自制模具,在轴向中部劈裂岩样,形成垂直于岩样轴向的新鲜裂隙.通过测取7组47个圆柱形岩样裂隙面188条轮廓曲线,分析了粗糙度系数JRC、粗糙轮廓指数Rp、粗糙角i、分维D和截距A等参数的相互关系.结果表明:JRC与岩样组成矿物颗粒大小关系密切,粒径越大,JRC越大.JR...     

岩石节理表面粗糙度的分形表征

岩石节理表面是一个介于2～3维之间的结构复杂、形态不规整的空间，统计上遵从分形的规律，适于采用分数维对其不规整几何量进行定量描述。本文重点叙述和讨论节理表面粗糙轮廓线的分形表征方法，以及分线数（D）与粗糙度系数（JRC）之间的经验关系。     

岩石节理峰前循环直剪试验颗粒流宏细观分析

利用二维颗粒流(PFC2D)程序较为完善地实现了考虑二阶起伏体岩石节理的峰前循环数值直剪试验,并分别从宏观和细观角度分析了节理峰前循环直剪试验中节理累积损伤特征与抗剪强度的变化规律。对比分析已有的室内试验成果,验证了计算方法的可靠性。研究表明:①随着岩石节理一阶起伏角、法向压力的增大,节理的破坏模式按爬坡—爬坡啃断—啃断趋势发展,且抗剪强度随着一阶起伏角、法向压力的增大总体上呈增大趋势。②低幅值的循环荷载对节理剪切强度的影响极为有限,甚至可以忽略,但随着循环加载幅值的增加,节理起伏体上裂纹的扩展贯通程度、裂纹的数量均显著增多,表明循环加载幅值的大小是决定节理起伏体累积损伤速度的关键因素。③节理裂纹数量随循环加载次数的增大而增加,且有增速的趋势,在循环加载次数增加到某个量级时,裂纹出现激增的现象,表明节理疲劳裂纹的扩展贯通有累积后突变的演变特征;不同破坏模式下,节理的峰值抗剪强度均随着循环加载次数的增加呈现出先增后减的变化趋势,表明有限次数的循环加载有利于增大节理的峰值抗剪强度,但循环加载最终会因节理的累积损伤造成其抗剪强度的劣化。研究结果丰富了室内试验成果,有助于进一步认识岩石节理在微震频发作用下的累积损伤与强度劣化规律。     

基于修正线粗糙度法的岩石节理粗糙度估值

考虑了节理形态的层次性,提出了用修正的线粗糙度法表征节理轮廓线粗糙度（JRC）,即用节理轮廓线的起伏度表示节理的一级波状形态,用伸长率代表节理的次级精细结构。通过对Barton给出的10条典型节理轮廓线的特征参数计算,并与相应的JRC值进行回归分析,给出了JRC值计算公式。另外,要获得节理轮廓线的伸长率,节理全迹长是一个很重要的参数。在工程实践中,针对全迹长量测存在的困难,研究以摄影测量为基础,借助数字图像处理技术,在VC⁺⁺平台下开发了节理轮廓线特征参数计算程序,实现了节理全迹长的快速量测,并对该方法在工程实践中的方便应用做了有益的探索。     

基于Barton-Bandis非线性破坏准则的边坡破坏概率分析

鉴于岩体结构面粗糙度和壁岩强度的影响使结构面抗剪强度呈现非线性特征,传统极限平衡分析法采用平均值来表征岩体物理力学指标使评价结论未能充分顾及到指标的离散性,提出了基于Barton- Bandis非线性破坏准则的边坡破坏概率分析方法。通过野外地质测量获得岩体结构面轮廓曲线及回弹值,经过处理计算后分别获得结构面粗糙度系数JRC,壁岩强度JCS、基本摩擦角[?]b等参数的多组样本数据,并验 证了各参数样本数据的概率分布。基于Barton-Bandis准则建立了柏杨庙矿山边坡的稳定性分析模型,采用Morgenstern-Price法计算出该边坡的多组稳定性系数,通过蒙特卡罗法对其进行统计分析,确定了边坡的破 坏概率,并与传统极限平衡分析法的计算结果进行了对比分析。研究表明：基于Barton-Bandis准则的边坡破坏概率分析方法在进行边坡稳定性分析时充分考虑了岩体结构面抗剪强度的非线性特征和抗剪强度参数的离 散性,是岩质边坡稳定性分析的有效方法。     

孔隙煤体峰后应变软化及其对工作面冲击地压的影响

基于孔隙煤体SEM结构分析,在煤本构模型中引入损伤参数,结合煤块单轴应力-应变试验曲线,对煤体峰后应变软化性能与表征煤强度分布特征的Weibull参数之间的关系进行了探讨,得到Weibull参数m值与煤峰值强度后线性降模量λ之间的拟合关系,反映了煤体损伤程度对其峰后应变软化的影响。并基于能量原理,分析出煤体峰后应变软化是采煤工作面发生冲击地压的必要条件,将孔隙煤体的本构关系简化为双线性应力应变关系,结合工程实例计算了发生冲击地压时煤体峰后应变软化的临界范围与Weibull参数取值范围,对孔隙煤体峰后应变软化及其对冲击地压的影响程度做出了定量评价。