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水  利  学  报

                2023年 2月                            SHUILI  XUEBAO                          第 54卷 第 2期

              文章编号:0559 - 9350(2023)02 - 0129 - 10

                          岩体工程力学参数取值方法研究Ⅱ:数值仿真试验


                                                         汪小刚

                               (流域水循环模拟与调控国家重点实验室,中国水利水电科学研究院,北京 100038)

                摘要:针对复杂节理岩体力学参数确定的瓶颈难题,对复杂节理岩体数值仿真试验开展了深入系统的研究,提出
                了基于岩体结构面网络计算机模拟的岩体结构定量化表征方法,以及基于拓扑矩阵表达和虚拟节理处理的数值试
                样快速生成技术,通过在数值流形法中引入断裂力学理论建立了复杂节理岩体受力、变形、破坏、扩展直至贯通
                的全过程模拟方法,在此基础上构建了节理岩体数值仿真试验平台,为通过仿真试验确定节理岩体的工程力学参
                数提供了一条新的途径。
                关键词:岩体力学参数;岩体结构定量表征;数值试样快速生成;数值仿真试验
                中图分类号:TU452
                                 文献标识码:A                                 doi:10.13243?j.cnki.slxb.20220944

              1 研究背景


                  作为经受长期地质作用的自然产物,岩体完全不同于金属、混凝土等人工材料,包含了大量不连
              续结构面(如:断层、节理、层理、裂隙等)且相互切割形成了复杂的结构体,这种复杂的结构特征使
              得岩体工程力学性参数的确定变得十分困难                     [1 - 4] 。
                  根据已有研究,对于包含大量随机分布结构面的节理岩体,其代表性试样的最小尺寸达到了 8~
                  [5]
              10m ,对于这样的节理岩体想直接通过物理试验来获得其工程力学特性参数几乎是不可能的。近年
              来,随着计算机技术的飞速发展和数值仿真方法的进步,数值仿真试验为确定大尺度节理岩体的工程
              力学参数提供了重要的研究手段               [6 - 7] ,但有关这方面的研究尚处于探索阶段,与实际工程应用还有较
              大距离,进一步深化相关研究具有重要的理论意义和实用价值。
                  本文在上篇的基础上          [8] ,进一步从复杂岩体结构定量化表征、节理岩体数值试样快速生成和变形
              破坏全过程模拟方法三个方面开展了系统研究,构建了节理岩体数值仿真试验平台,该平台可通过细
              观精细仿真获得节理岩体各向异性力学参数,为节理岩体工程力学的研究提供了一条新的途径。

              2 复杂节理岩体结构定量化表征方法


                  定量表征节理岩体的复杂结构是开展数值仿真模拟的基础,近年来逐渐发展起来的岩体结构面网
              络模拟技术为解决这一问题提供了有效手段。岩体结构面网络模拟的首要工作是在现场实测结构面几
              何参数样本资料的基础上,建立反映其分布特征的概率统计模型。作者曾结合 35个水电工程的应用,
              获得了 10万个结构面实测资料,在应用过程中对随机岩体结构面现场测量技术、几何参数概率统计
              方法和分布规律做出了改进和完善                 [9 - 10] 。图 1为依据结构面几何参数样本资料建立其概率分布模型的
              统计分析方法,其中图 1(c)为根据实测结构面出露迹线(l)删节半迹长均值( μ ′)推求结构面半迹长数


                 收稿日期:2022 - 11 - 16;网络首发日期:2023 - 01 - 17
                 网络首发地址:https:??kns.cnki.net?kcms?detail?11.1882.TV.20230116.1413.004.html
                 基金项目:中国水利水电科学研究院人才基金项目(GE0199A082021);中国长江三峡集团有限公司科研项目(JG?19055J)
                 作者简介:汪小刚(1965 - ),正高级工程师,博士生导师,主要从事岩土力学与水利水电工程研究。E - mail:wangxg@iwhr.com
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