节理岩体岩桥贯通准则研究及块体稳定性分析中文摘要

节理岩体在工程扰动作用下，其结构面的空间展布及抗剪强度在很大程度上控制了其宏观力学响应和损伤变形破坏过程。本项目利用申请者及其团队前期研究开发的结构面表征方法和块体分析系统，进一步优化工程扰动诱发节理岩体破坏过程的三维分析：（1）制作含非贯通结构面的岩体试样，通过室内模型试验标定各类岩体的力学参数，数值模拟计算多个影响因素情况下的岩桥贯通强度及破坏强度，依据岩石种类，提出不同节理岩体结构面的岩桥贯通准则。（2）基于岩桥贯通准则，引入贯通系数变量，定量描述节理岩体贯通强度与峰值强度之间的关系，编程实现对工程现场非贯通结构面的识别与处理，优化节理岩体结构面的三维表征；（3）基于节理岩体采集信息进行三维建模，并根据现场监测数据实时更新结构面三维模型，模拟工程扰动诱发岩体的响应特征，探讨节理岩体损伤变形破坏规律，为研究工程扰动对节理岩体的稳定性影响提供理论基础和新的分析方法。

节理岩体在工程扰动作用下，其结构面的空间展布及抗剪强度在很大程度上控制了其宏观力学响应和损伤变形破坏过程。围绕这一科学问题，本项目开展了以工程开挖诱发节理岩体的损伤变形破坏全过程为工程应用背景，通过室内模型试验、理论分析与数值模拟的研究手段，提出了一种节理岩体岩桥贯通准则，完善了团队自助研发的结构面表征方法和块体分析系统，实现了节理岩体岩桥贯通过程数值再现和机制分析，为优化工程扰动诱发节理岩体破坏过程的三维分析提供一种方法。取得成果主要包括： （1）通过室内模型试验和数值模拟，提出了不同节理岩体的结构面岩桥贯通准则，建立起判断不同节理岩体非贯通结构面贯通与否的参数数据库，不仅为判断岩桥的特性提供了理论方法，而且为工程技术人员提供了可查阅的参数数据库； （2）通过贯通系数变量的引入，结构面特征分级系统（CSPC）的建立以及结构面产状的分形分析，给出了节理岩体工程三维模型及其空间信息表征方法，不仅优化了确定性结构面和随机性结构面的三维表征，同时也简化了结构面力学参数选取与赋值手段； （3）综合利用微震监测数据与自主开发的GeoSMA-3D软件，实现了结构面三维模型的实时更新和工程扰动诱发岩体的损伤响应分析，进而给出了基于损伤张量和REV的关键块体筛选原则，为研究工程扰动对节理岩体的稳定性影响提供理论基础和新的分析方法； （4）给出了工程扰动诱发块体的空间分布、特征和演化规律分析方法，从微震时空分布的更高层次上研究工程失稳的孕育和发生过程，探讨工程失稳体表变形、微震活动性与岩体损伤演化之间的联系，为优化工程设计方案和工程加固设计方案提供了技术指导。 截至目前，该项目成果发表高质量SCI和EI学术期刊论文23篇，申请发明专利8项（授权4项，国际发明专利1项），培养研究生8名，获得辽宁省技术发明二等奖1项。 2100433B

《节理岩体损伤本构模型及工程应用》系统介绍了节理岩体损伤力学试验、理论模型及其初步工程应用。全书共8章。分别介绍节理岩体损伤力学的发展现状及存在问题；节理岩体的静态、动态试验研究，包括单轴压缩试验、SHPB试验及摆锤式冲击试验等；基于统计损伤模型的贯通节理岩体静态、动态损伤本构模型：基于元件模型的贯通节理岩体静态、动态损伤本构模型：基于TCK模型的贯通及非贯通节理岩体动态损伤本构模型；节理岩体静态损伤本构模型在边坡溃屈破坏分析及在岩体强度分析中的应用：非贯通节理岩体动态损伤本构模型在地下矿山矿柱尺寸设计中的应用等内容。

《节理岩体损伤本构模型及工程应用》可供具有一定力学基础且从事岩体力学研究工作的技术人员学习参考．也可供高等院校岩土工程相关专业的教师及研究生等参考阅读。

岩体体积节理数指的是每立方米岩体体积内的结构面数目。

n——统计区域内结构面组数；

节理岩体的力学响应特性成为影响岩石地下工程安全稳定性的至关重要问题。岩体中节理裂隙分布的随机性、岩体力学强度参数及所遭受的外界荷载的不确定性等使得地下工程不可避免地存在风险，对不确定性因素造成的风险越加受到人们的重视。本课题运用随机力学理论，考虑节理岩体节理裂隙分布、岩体力学参数及外来荷载的随机性，研究节理岩体的随机力学响应问题，并用地质代表单元体的力学特性以随机分析法研究典型的大型地下洞室工程的安全稳定性，揭示典型地下洞室工程在随机因素作用下的失效破坏模式，并对洞室风险的时空响应问题进行探索，进行相应的洞室工程风险分级机制的研究，提出应对风险的措施。并拟开展一定的节理岩体单元体的块体模型试验，并与数值分析做对比。通过以上关键科学问题的研究，为节理岩体地下洞室工程的设计施工方案和参数的选取、支护加固措施的选择以及风险应对措施的制定提供科学有效的依据，推动岩石力学随机分析领域的研究和发展。