節(jié)理裂隙巖體隨機特性分析及其工程應(yīng)用中文摘要

節(jié)理巖體的力學(xué)響應(yīng)特性成為影響巖石地下工程安全穩(wěn)定性的至關(guān)重要問題。巖體中節(jié)理裂隙分布的隨機性、巖體力學(xué)強度參數(shù)及所遭受的外界荷載的不確定性等使得地下工程不可避免地存在風(fēng)險，對不確定性因素造成的風(fēng)險越加受到人們的重視。本課題運用隨機力學(xué)理論，考慮節(jié)理巖體節(jié)理裂隙分布、巖體力學(xué)參數(shù)及外來荷載的隨機性，研究節(jié)理巖體的隨機力學(xué)響應(yīng)問題，并用地質(zhì)代表單元體的力學(xué)特性以隨機分析法研究典型的大型地下洞室工程的安全穩(wěn)定性，揭示典型地下洞室工程在隨機因素作用下的失效破壞模式，并對洞室風(fēng)險的時空響應(yīng)問題進行探索，進行相應(yīng)的洞室工程風(fēng)險分級機制的研究，提出應(yīng)對風(fēng)險的措施。并擬開展一定的節(jié)理巖體單元體的塊體模型試驗，并與數(shù)值分析做對比。通過以上關(guān)鍵科學(xué)問題的研究，為節(jié)理巖體地下洞室工程的設(shè)計施工方案和參數(shù)的選取、支護加固措施的選擇以及風(fēng)險應(yīng)對措施的制定提供科學(xué)有效的依據(jù)，推動巖石力學(xué)隨機分析領(lǐng)域的研究和發(fā)展。

本項目按計劃完成了四部分內(nèi)容， （1）開展了類巖石的含多裂隙巖塊的抗壓試驗。試塊中分別制作了多條貫通節(jié)理。求得隨節(jié)理條數(shù)增加試件強度下降的曲線。在內(nèi)置三維裂隙的試驗中，配制成功了透明性很好的脆性度比前人大幅提高的新型樹脂類材料，并創(chuàng)制了試件內(nèi)可設(shè)置中空裂隙，且其中可注入有壓水的工藝技術(shù)。成功地開展了試驗，超出國內(nèi)外前人的水平。 （2）基于其他學(xué)者的理論研究基礎(chǔ)，考慮節(jié)理裂隙的隙寬，應(yīng)用蒙特卡洛方法編制了可視化二維和三維隨機節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬生成程序，并將模擬產(chǎn)生的隨機節(jié)理裂隙導(dǎo)入到數(shù)值軟件中建立相關(guān)數(shù)值模型。實現(xiàn)節(jié)理裂隙研究幾何形態(tài)隨機分析及展示。 （3）用數(shù)值分析模擬裂隙擴展，運用DDARF、Marc等軟件分析了多裂隙試件受壓后的力學(xué)效應(yīng)，其中還研究裂隙組具有不同傾角等多因素的影響。在FLAC-3D軟件基礎(chǔ)上開發(fā)了新的彈脆性本構(gòu)模型并采用超細單元劃分法。成功地模擬了裂隙擴展過程，比前人成果好很多。還成功模擬了裂隙中有壓水時裂隙擴展的工況。此外還對DDA和DDARF分析法的功能做了擴充和改進。比如劃分單元可以采用多元尺度法等。這也是一個重要的進展。并研究了錨桿加固裂隙體的效應(yīng)等。 （4）研究隨機節(jié)理巖體地下洞室及邊坡穩(wěn)定性，考慮巖體內(nèi)節(jié)理分布的隨機性及圍巖力學(xué)參數(shù)的隨機性對工程穩(wěn)定性的影響。并將研究成果應(yīng)用于泰山抽水蓄能電站的具體工程中。 依托該基金共發(fā)表了12篇科學(xué)論文，其中8篇為SCI和EI收錄6篇，獲得國家發(fā)明專利1項。 2100433B

張樹光、李永靖編寫的這本《裂隙巖體的流固耦合傳熱機理及其應(yīng)用》針對高溫礦井的工程實際，建立含水裂隙巖體的二維和三維傳熱模型，對裂隙巖體滲流-應(yīng)力-溫度三場耦合作用下的二維模型、滲流-溫度耦合作用下的三維模型，通過有限元計算和分析，獲得巖體的流固耦合傳熱機理?；谛畔⒃獢?shù)據(jù)模型，選取影響巖土體導(dǎo)熱能力的物理參數(shù)作為信息元，單獨分析孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流體黏性作為信息元對巖土體傳熱的不同作用，得出信息元和等效導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系及對巖體溫度場的影響，建立深部巖體的流固耦合傳熱機理理論，為礦井熱害治理提供基礎(chǔ)。

《裂隙巖體的流固耦合傳熱機理及其應(yīng)用》可供礦井高溫治理和工程熱物理等方面的科學(xué)技術(shù)與教學(xué)人員參考。

《節(jié)理巖體損傷本構(gòu)模型及工程應(yīng)用》系統(tǒng)介紹了節(jié)理巖體損傷力學(xué)試驗、理論模型及其初步工程應(yīng)用。全書共8章。分別介紹節(jié)理巖體損傷力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題；節(jié)理巖體的靜態(tài)、動態(tài)試驗研究，包括單軸壓縮試驗、SHPB試驗及擺錘式?jīng)_擊試驗等；基于統(tǒng)計損傷模型的貫通節(jié)理巖體靜態(tài)、動態(tài)損傷本構(gòu)模型：基于元件模型的貫通節(jié)理巖體靜態(tài)、動態(tài)損傷本構(gòu)模型：基于TCK模型的貫通及非貫通節(jié)理巖體動態(tài)損傷本構(gòu)模型；節(jié)理巖體靜態(tài)損傷本構(gòu)模型在邊坡潰屈破壞分析及在巖體強度分析中的應(yīng)用：非貫通節(jié)理巖體動態(tài)損傷本構(gòu)模型在地下礦山礦柱尺寸設(shè)計中的應(yīng)用等內(nèi)容。

《節(jié)理巖體損傷本構(gòu)模型及工程應(yīng)用》可供具有一定力學(xué)基礎(chǔ)且從事巖體力學(xué)研究工作的技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考．也可供高等院校巖土工程相關(guān)專業(yè)的教師及研究生等參考閱讀。