節(jié)理巖體巖橋貫通準(zhǔn)則研究及塊體穩(wěn)定性分析

節(jié)理巖體在工程擾動(dòng)作用下，其結(jié)構(gòu)面的空間展布及抗剪強(qiáng)度在很大程度上控制了其宏觀力學(xué)響應(yīng)和損傷變形破壞過程。圍繞這一科學(xué)問題，本項(xiàng)目開展了以工程開挖誘發(fā)節(jié)理巖體的損傷變形破壞全過程為工程應(yīng)用背景，通過室內(nèi)模型試驗(yàn)、理論分析與數(shù)值模擬的研究手段，提出了一種節(jié)理巖體巖橋貫通準(zhǔn)則，完善了團(tuán)隊(duì)自助研發(fā)的結(jié)構(gòu)面表征方法和塊體分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)理巖體巖橋貫通過程數(shù)值再現(xiàn)和機(jī)制分析，為優(yōu)化工程擾動(dòng)誘發(fā)節(jié)理巖體破壞過程的三維分析提供一種方法。取得成果主要包括： （1）通過室內(nèi)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，提出了不同節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)面巖橋貫通準(zhǔn)則，建立起判斷不同節(jié)理巖體非貫通結(jié)構(gòu)面貫通與否的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅為判斷巖橋的特性提供了理論方法，而且為工程技術(shù)人員提供了可查閱的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)； （2）通過貫通系數(shù)變量的引入，結(jié)構(gòu)面特征分級(jí)系統(tǒng)（CSPC）的建立以及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的分形分析，給出了節(jié)理巖體工程三維模型及其空間信息表征方法，不僅優(yōu)化了確定性結(jié)構(gòu)面和隨機(jī)性結(jié)構(gòu)面的三維表征，同時(shí)也簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)選取與賦值手段； （3）綜合利用微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與自主開發(fā)的GeoSMA-3D軟件，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)面三維模型的實(shí)時(shí)更新和工程擾動(dòng)誘發(fā)巖體的損傷響應(yīng)分析，進(jìn)而給出了基于損傷張量和REV的關(guān)鍵塊體篩選原則，為研究工程擾動(dòng)對(duì)節(jié)理巖體的穩(wěn)定性影響提供理論基礎(chǔ)和新的分析方法； （4）給出了工程擾動(dòng)誘發(fā)塊體的空間分布、特征和演化規(guī)律分析方法，從微震時(shí)空分布的更高層次上研究工程失穩(wěn)的孕育和發(fā)生過程，探討工程失穩(wěn)體表變形、微震活動(dòng)性與巖體損傷演化之間的聯(lián)系，為優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案和工程加固設(shè)計(jì)方案提供了技術(shù)指導(dǎo)。 截至目前，該項(xiàng)目成果發(fā)表高質(zhì)量SCI和EI學(xué)術(shù)期刊論文23篇，申請(qǐng)發(fā)明專利8項(xiàng)（授權(quán)4項(xiàng)，國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)），培養(yǎng)研究生8名，獲得遼寧省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。 2100433B

節(jié)理巖體在工程擾動(dòng)作用下，其結(jié)構(gòu)面的空間展布及抗剪強(qiáng)度在很大程度上控制了其宏觀力學(xué)響應(yīng)和損傷變形破壞過程。本項(xiàng)目利用申請(qǐng)者及其團(tuán)隊(duì)前期研究開發(fā)的結(jié)構(gòu)面表征方法和塊體分析系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化工程擾動(dòng)誘發(fā)節(jié)理巖體破壞過程的三維分析：（1）制作含非貫通結(jié)構(gòu)面的巖體試樣，通過室內(nèi)模型試驗(yàn)標(biāo)定各類巖體的力學(xué)參數(shù)，數(shù)值模擬計(jì)算多個(gè)影響因素情況下的巖橋貫通強(qiáng)度及破壞強(qiáng)度，依據(jù)巖石種類，提出不同節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)面的巖橋貫通準(zhǔn)則。（2）基于巖橋貫通準(zhǔn)則，引入貫通系數(shù)變量，定量描述節(jié)理巖體貫通強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度之間的關(guān)系，編程實(shí)現(xiàn)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)非貫通結(jié)構(gòu)面的識(shí)別與處理，優(yōu)化節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)面的三維表征；（3）基于節(jié)理巖體采集信息進(jìn)行三維建模，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新結(jié)構(gòu)面三維模型，模擬工程擾動(dòng)誘發(fā)巖體的響應(yīng)特征，探討節(jié)理巖體損傷變形破壞規(guī)律，為研究工程擾動(dòng)對(duì)節(jié)理巖體的穩(wěn)定性影響提供理論基礎(chǔ)和新的分析方法。

《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(yàn)、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(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究，包括單軸壓縮試驗(yàn)、SHPB試驗(yàn)及擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)等；基于統(tǒng)計(jì)損傷模型的貫通節(jié)理巖體靜態(tài)、動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)度分析中的應(yīng)用：非貫通節(jié)理巖體動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型在地下礦山礦柱尺寸設(shè)計(jì)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。

巖體體積節(jié)理數(shù)指的是每立方米巖體體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)面數(shù)目。

n——統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面組數(shù)；

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(jī)性、巖體力學(xué)強(qiáng)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(xiǎn)，對(duì)不確定性因素造成的風(fēng)險(xiǎn)越加受到人們的重視。本課題運(yùn)用隨機(jī)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(lái)荷載的隨機(jī)性，研究節(jié)理巖體的隨機(jī)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(jī)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(jī)因素作用下的失效破壞模式，并對(duì)洞室風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空響應(yīng)問題進(jìn)行探索，進(jìn)行相應(yīng)的洞室工程風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)機(jī)制的研究，提出應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)，并與數(shù)值分析做對(duì)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(jì)施工方案和參數(shù)的選取、支護(hù)加固措施的選擇以及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施的制定提供科學(xué)有效的依據(jù)，推動(dòng)巖石力學(xué)隨機(jī)分析領(lǐng)域的研究和發(fā)展。