岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

顺层岩质边坡变形破坏规律的分析

顺层岩质边坡变形破坏规律的分析 解联库1,杨小聪1,杨天鸿2,唐春安2,郭利杰1 (11北京矿冶研究总院,北京 100044; 21东北大学资源与土木工程学院,沈阳 110004) 摘 要:使用RFPA 边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。结果表明,边坡的破坏主 要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展,含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。 关键词:采矿工程;顺层边坡;RFPA 边坡版;软弱结构面;阶梯式变化 中图分类号:TD85416 文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2007)02-0075-05 收稿日期:2006-11-24 基金项目:三峡大学防灾减灾实验室开放基金资助项目 (2002ZS03) 作者简介:解联库(1972-),男,陕西兴平市人,工程师,硕士,主要 从事边坡稳定性分析及采矿工程等方面的研究。 岩体经过漫长地质演化作用,在其内部形成大量断层、节理、层理等地质弱面。这些地质弱面对岩质边坡的变形破坏以及边坡的稳定起着明显地控制作用[1-4] 。由于结构面是控制岩石变形、破坏的主 要因素,因此,在岩质边坡稳定性分析中,准确考虑结构面的影响是十分重要的。 因为岩体本身结构的复杂性,其软弱结构面分 布十分复杂,但大多都具有一定的规律性。其往往是成组分布,多组交叉。在评价结构面对边坡变形及边坡稳定性的影响时,要特别注意结构面的产出状态与边坡面的相互关系。冯君等[5-6] 采用多层 结构模型,对影响顺层岩质边坡稳定性的部分因素进行了分析,给出了顺层边坡的定义。张菊明等[7] 从动力学角度对层状岩体边坡的稳定性进行研究,丰富了边坡稳定性研究的内容。郑颖人等 [8] 利用 有限元强度折减法对节理岩质边坡进行稳定性分析,为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的路径。刘小丽等 [9] 采用机动位移法和能量系数对含多个柔 软夹层的岩体边坡的稳定性进行评价,并用极限平衡法验证该方法的可行性,为边坡稳定分析提供了一种新的便捷、有效方法。 利用能够分析岩石破坏过程的RFPA 边坡版有限元程序,对顺层岩质边坡的变形破坏及稳定性进行分析。通过对含软弱结构面的顺层岩质边坡变形破坏进行分析,发现边坡的破坏主要是沿滑动面 附近软弱结构面进行的,得到了一些新颖的和有意义的结论。 1 RFPA 边坡版分析程序简介 所用的RFPA 边坡版是可以分析岩质边坡变形破坏过程的有限元强度折减程序。其可以考虑岩石材料的非均匀性,首先把岩石离散成适当尺度的细观基元,按照给定的Weibull 统计分布函数对这些基元的力学性质进行赋值,这些细观基元可以借 助有限元法来计算其受载条件下的位移和应力,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑岩石材料的剪切破坏和拉伸破坏[10]。RFPA 边坡版分析程序采用有限元强度折减法,就是在弹塑性有限元计算中将岩土体强度参数逐渐降低直到其产生破坏,程序可以自动根据其弹塑性计算结果得到边坡的动态破坏过程及自动搜索破坏时滑动面。 RFPA 边坡版中稳定性系数的定义和传统的弹塑性有限元边坡稳定性系数的定义在本质上是一致的,不同之处在于传统的弹塑性有限元法破坏准则采用摩尔-库仑屈服准则,只考虑了材料的剪切破坏,而RFPA 边坡版中考虑了材料的非均匀性,破坏准则选用摩尔-库仑准则和最大拉应力准则,可以考虑材料的剪切破坏和拉伸破坏,可以动态模拟岩体的渐进破坏过程,使得RFPA 边坡版在岩石材料破坏机理的分析上更为全面。 RFPA 边坡版中基元在理想单轴受力状态下满足的剪切损伤与拉伸损伤本构关系如图1所示,图1中:f c 0-基元的单轴抗压强度;E c 0-基元的最大压缩主应力达到其单轴抗压强度时对应的最大压缩 第59卷 第2期 2007年5月 有 色 金 属Nonferrous M etals Vol 159,No 12 M ay 2007

高速公路采空区地面变形计算及处理措施

高速公路采空区地面变形计算及处理措施 摘要：本文主要针对高速公路采空区地面变形问题进行分析，提出了高速公路采空区地面变形的计算方法，以期能够为高速公路采空区的地面变形计算问题提供参考，提升高速公路建设的效果，同时对高速公路采空区地面变形计算的处理措施进行了深入研究。 关键词：高速公路；采空区；地面变形；计算 一、前言 随着我国高速公路数目的增多，高速公路采空区的地面变形计算也显得更加重要，只有做好了采空区的地面变形计算，才能够提升采空区的施工水平和建设质量。 二、采空区介绍 采空区，主要分为小型采空区以及大面积采空。在这我们主要讨论的是小型也就是浅层采空。 小型采空区也称为人为坑洞，是人们为了各种目的在地下挖掘后遗留下来的洞穴，它一般是手工，采空范围较窄，开采深度较浅，无规则，少支撑。小型采空区又分为掏煤洞、掏砂洞、掏金洞、坎儿井，在贵州西部的高速公路勘察设计中，主要以掏煤洞这种小型的采空是最为常见的，这类小采空区它们一般主要有以下一些特点：分布于埋藏浅且易于开采的含煤地层中，主要形状以平洞及斜井为主，煤洞长，多有岔洞，洞门处有简单支护，洞口多有弃渣堆砌的痕迹，且遇见地下水后就停止挖掘，由于采空设备有限，采空范围狭窄，多呈巷道式，不会产生移动盆地，但因为开采深度较浅，又任其坍落，底边变化较剧烈，主要的一些变形类型有地表塌陷和开裂等，地表裂缝的分布常常与开采工作面方向平行，且随开采面的推进而不断向前发展，除极浅的采空区外，裂缝一般上宽下窄，且无显著位移。 三、采空区地表移动监测网的设计 1、公路的采动响应性能分析 由于开采沉陷，采空区地表将产生2种移动和3种变形：垂直下沉、水平移动、倾斜、曲率与水平变形。采动移动与变形将导致道路工程在通过采空塌陷区时可能会发生路基路面病害、桥梁或隧道病害等，如路基的过量沉陷或差异沉陷导致的开裂、路基坡度的变化，水平移动与变形导致的路基压缩或拉伸引起坡度、竖曲线现状改变和沿路线方向的改变，地表倾斜和水平变形对路基稳定性的影响等。 根据铁路下采煤研究结果，路线发生突然的、局部的沉陷，危害较大，而大

Z1东大岩石破裂自然奖项目公示培训资料

Z1东大岩石破裂自然奖项目公示

推荐2016年度国家自然科学奖项目公示 一、项目名称 岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律 二、推荐单位意见 矿山开采和岩石工程开挖引起的灾害造成大量的人员伤亡和财产损失。开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关，岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律是认识灾害发生的机理和进行灾害预警的关键性理论与技术问题。本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具，推动了岩石破坏力学的发展；研究形成了以岩石微破裂监测与并行数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用，通过现场工程措施的实施，确保了岩石工程的安全，创造了可观的经济效益和社会效益。 该项目创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟新方法，并为国内外同行广泛应用，在国际上具有重要的学术影响。发表20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。包括原国际岩石力学学会主席C.Fairhurst教授、J.A.Hudson教授在内的1000多位国内外专家，都在公开出版物中给予了正面引用与评价。课题组为我国岩石力学界培养了第一个国际岩石力学学会Rocha奖获得者，实现了国际岩石力学学会设奖27年来我国零的突破。国内外学者应用岩石破裂过程分析系统RFPA获得硕士、博士学位

论文的达到60余篇。本项成果已在加拿大、瑞典、香港及国内30余所高校或研究机构得到应用，协助国内十余所高校挂牌成立了与岩石破坏机理分析相关的“数值实验室”，并在济钢张马屯铁矿突水、淮南矿业集团瓦斯突出、唐钢矿业公司突冒突涌、锦屏二级水电工程隧道施工岩爆等灾害的监测预警中得到应用，为确保岩石工程安全提供了新的手段，取得了较好的经济效益和社会效益。 特推荐国家自然科学奖一等奖。 三、项目简介 矿山开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关。本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等诸方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，研究形成了以岩石微破裂监测与大规模高性能数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，通过现场工程措施的实施，为确保岩石工程安全提供了新的手段。该项目的主要研究及科学意义在于： (1)建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，揭示了加载系统弹性回弹行为与岩石试样相互作用所带来的岩石破裂规律的复杂性，为研究岩爆等岩体工程动力灾害奠定了理论与实验基础，推动了岩石破坏力学的发展。 (2)基于“脆性破裂孕育在小变形之中”的深刻认识，提出了基于小变形和大位移原理的岩石破裂全过程分析学术思想，建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。

岩石破坏机理及节理裂隙分布尺度效应的非线性动力学分析与应用

第24卷第22期岩石力学与工程学报V ol.24 No.22 2005年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2005 岩石破坏机理及节理裂隙分布尺度效应的非线性 动力学分析与应用 刘传孝 (山东科技大学资源与环境工程学院，山东青岛 266510) 博士学位论文摘要：通过MTS系统、扫描电镜和光学电子显微镜等岩石力学实验研究，抽象出砂岩全应力–应变实验曲线的3种典型形态，从断裂损伤角度探讨了岩石节理裂隙微观、细观和宏观破坏的机理联系。提出了圆与正方形相耦合的分形维数计算方法和相空间重构时滞判定的功率谱分析法，将该方法应用于岩石节理裂隙分布尺度效应研究和混沌动力学评价TDS准则的建立；同时，补充了非线性动力学研究的基础理论与方法。运用分形理论分析砂岩跨越尺度界限的微、细、宏观节理裂隙分布特征，得到了砂岩节理裂隙分布的无标度区域，为解决岩石断裂机理的尺度效应问题提供了可行途径。在无标度区域建立了定量描述岩体结构的节理裂隙分布(条数)预测模型，并将该预测模型应用于岩石破坏机理的离散单元法研究。通过岩石力学实验建立了混沌动力学评价岩石节理裂隙系统破坏的TDS准则数学模型，在一定程度上克服了Wolf方法判定混沌动力学指标鲁棒性较差的局限。提出岩石全应力–应变曲线的二分法原则，应用混沌动力学评价TDS准则定性研究了砂岩全应力–应变曲线的分段特征，运用Kolmogorov熵理论实现了岩石节理裂隙贯通与否的定量判别，并尝试应用于岩石强度准则的研究。基于断裂力学理论及能量余法建立坚硬顶板及三维顺层滑坡系统的运动方程，运用混沌动力学评价TDS 准则分析运动方程的稳定性，得到了资源开采活动对坚硬顶板系统稳定性的扰动规律和三维顺层滑坡体阻尼敏感的系统效应。混沌动力学理论与3DEC反演建模相结合，研究坚硬顶板运动的阶段特征，由此可以控制坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化，并实现对其运动状态的短时预测。将混沌动力学评价TDS准则应用于现场顺层滑坡的稳定性评价，得到阶段Kolmogorov熵值的升高是滑坡体稳定性状态突变时机及临界状态预测的关键，证明了从能量角度分析与预测滑坡系统运动状态这一方法是可行的。 关键词：岩石力学；破坏机理；节理裂隙；尺度效应；非线性动力学；分形；混沌；3DEC 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)22–4202–01 ANALYSIS AND APPLICATION OF ROCK DAMAGE MECHANISM AND SCALE EFFECT ON JOINTS DISTRIBUTION WITH NONLINEAR DYNAMICS LIU Chuan-xiao (College of Resources and Environmental Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao266510，China) 收稿日期：2005–09–12 作者简介：刘传孝(1970–)，男，2005年于山东科技大学资源与环境工程学院获工学博士学位，导师为蒋金泉教授，现为副教授，主要从事非线性动力学、计算力学、岩土力学与工程等方面的教学与研究工作。E-mail：lchuanx@https://www.wendangku.net/doc/8f6069751.html,。

某滑坡的变形和破坏机理分析研究

某滑坡的变形和破坏机理分析研究 介绍了某滑坡的特征，分析了滑坡区区域工程地质和水文地质特征，对该滑坡体的变形和破坏机理进行了研究和分析。分析表明：人为活动和地形地貌是滑坡发生变形破坏的主要因素，降雨诱发、岩层产状等因素是造成滑坡发生滑动和进一步破坏的诱发因素。 标签：滑坡变形破坏诱发因素 1概述 塔山滑坡位于广东省开平市长沙区平岗村塔山开元塔底。由于建设工程的需要，在塔山的东南侧进行采石，采用放炮等土石法，致使塔山南侧岩石大量开采形成陡崖，并使周边岩土体产生裂缝，之后由于人为因素和自然因素的影响，塔山南侧裂缝逐渐扩大，至90年代，开始形成滑坡。1999～2001年，在修建塔山公园公路时对山体坡脚进行开挖，在公路北侧形成高约10～17m，坡度约35～45°的高陡边坡，滑坡距公路最近的平岗村居民区约22m，山坡坡脚距公路最近仅2m左右。2004年和2005年雨季，由于连降暴雨，滑坡有活动下滑的趋势，滑坡体前缘公路路面隆起，最高处隆起约40cm，隆起部分面积约有20～30m2，公路北侧排水沟产生变形歪斜，部分已经破坏，水沟上方在雨水后有地下水浸出，形成间歇性下降泉，平岗村内部分房屋墙面产生裂痕，进出塔山公园的公路曾数次被塔山山坡上崩塌的土体破坏。 2滑坡变形形态特征 X 根据实地踏勘，除滑坡体后壁出现较大裂缝外，滑坡周界及滑坡体底部也有约13处裂缝，现将裂缝走向一致的裂缝分为一组，共五组裂缝（表1）。 3滑坡体的工程地质与水文地质特征 塔山滑坡滑坡体主要由第四系坡积土层、风化残积土层、侏罗系中上统百足山群、全风化、强风化、少量中风化基岩组成（见图1）。滑坡体中上部为残积土层，主要由粉土、粉质粘性土组成，呈可塑状或松散状，含较多的碎石和砂、砾石，透水性较好；风化残积土层主要由粉质粘性土，含少量碎石和砂砾石组成，局部夹有全风化、强风化岩，其透水性较差；基岩主要为全风化、强风化泥质粉砂岩，含少量强、中风化岩块，其透水性较好；滑床基本处在中—微风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩中，岩石呈中厚层状，岩质坚硬，局部裂隙发育，透水性好。 滑坡区地下水主要为第四系冲积土层、残坡积土层中的孔隙水和基岩裂隙水，地下水补给来源主要为大气降水的渗入补给和相邻含水层之间的侧向补给。

无梁楼盖倒塌事故原因及破坏机理分析

一“直冲”破坏 1从外行的角度谈谈子弹射击玻璃的破坏现象，当高速子弹射到四边嵌固的平板玻璃上， 在冲击波与子弹冲量作用下，玻璃将被直穿出一个孔，此可称为“直冲”，这大概是冲 击波速远大于玻璃的应力波速度而造成上述的所谓“直冲”破坏；当一位大力士用尖头 锤击玻璃，在猛烈的敲击下，玻璃将会产生钉锤下的小孔及其沿小孔周边呈局部的放射 状的裂缝，这样的破坏现象很类似我们钢筋混凝土板发生的受冲切承载力破坏，故可称 之为“冲切”；如果对该平板玻璃施加一个居中的集中荷载，按静力加荷方式直至玻璃 破坏，此时会发现平板玻璃的跨厚比较大的情况下，会出现类似数条大裂缝而迅即脆性 破坏，这属玻璃特性，但在此拟其为呈平板结构的受弯状破坏，或者此拟为钢筋混凝土 平板呈双向板塑性铰线似的破坏。 2对金属板产生“直冲”破坏的典型例子是：冲床冲孔，其孔必然是垂直的。 3发生“直冲”破坏的条件是：被“直冲”破坏的板类部件本身要具备足够的刚性和整体 承载力，才能实现局部的“直冲”破坏；局部的“直冲”承载力将会受到周边结构部位 的约束，其“直冲”能力将会有较大提高，这里可能会涉及双向或三向的强度问题。 4对钢筋混凝土板进行“直冲”的试验研究，据我的估计是极少的，在六十余载从事钢筋 混凝土研究中，甚少见到这方面的论文可供参照。我个人曾在下放到预制构件厂工作时，模拟杯口基础底板冲切试验，但发现破坏均呈“冲切”的喇叭口状，如下列图示；对于 素混凝土板进行“直冲”试验，按我的想象，可按下列图示来做： （a）素混凝土“冲切”试验（b）素混凝土“直冲”试验 素混凝土板试验 从上述两种破坏图示意中可知，两种试验的承载力值必定是： 实际冲切锥呈喇叭状破坏面上主要靠混凝土抗拉强度来抵抗破坏面上的主拉应力（概念 表述，并不准确）；而在“直冲”试验中，“直冲柱体”受到周边混凝土块体的约束， 沿破坏面上的压剪强度会有较大提高。 因此，不能简单地看到柱头顶穿楼板呈“直冲柱体”状的破坏面，就认为是“直冲”破坏。 二“直剪”破坏

金属矿山采空区安全监测方案设计

金属矿山采空区安全监测方案设计中国安全生产科学研究院

目录 1监测方法 (2) 1.1应力监测 (2) 1.2位移监测 (3) 1.2.1井下位移监测： (3) 1.2.2地表位移监测 (4) 1.3声发射监测 (5) 1.4综合监测方法选取 (6) 2传感器 (7) 2.1光纤应力应变传感器 (7) 2.2位移传感器 (7) 2.3声发射传感器 (8) 2.4传感器的选取 (8) 3监测系统结构设计 (10) 3.1光纤光栅监测系统 (10) 3.1.1岩石应力监测 (10) 3.1.2锚杆应力监测 (10) 3.2激光测距监测系统 (11) 3.3声发射监测系统 (11) 3.4系统结构与数据传输 (11) 4成本估算.................................................................... 错误！未定义书签。

1监测方法 一般岩土工程常用的监测方式主要采用：人工查看、多点位移计、断面收敛测量、水准测量、压力计、声发射、微地震等多种监测检测技术。如何有效、动态、综合、准确地监测采空冲击性灾害的发生、发展情况，建立全光纤、多参数、大范围、高集成性的灾害监测系统，仍有待本项目的进一步研究。 1.1 应力监测 应力监测是在矿山应用较为广泛的一种监测手段，测量结果可以直接与理论分析计算结果相互应证。空区围岩（含矿柱）应力的变化反映了采空区稳定状况，通过围岩应力监测得到应力变化规律，并可以应用模糊聚类分析的方法对监测结果进行聚类分析，从而就可以对各采空区稳定性进行分析比较，最后确定采空区稳定性等级与维护采空区稳定性的关键矿柱。通过对应力的连续监测，绘制应力-时间曲线，可以进一步研究矿压显现规律，判断围岩的稳定性。 在矿山应力监测中，最为传统的监测方法是采用压力盒，目前应用最广泛的是光弹性应力计。光应力计是一个具有双折射特性的带有轴向圆孔的弹性玻璃圆柱体，将它埋设到岩体钻孔内，可视为无限大岩石平板中嵌入一个同心圆环的平面应力问题。应用弹性力学公式及光测弹性力学的应力光学定律，可以导出岩体应力值。对采空区矿压进行监测，需要在接近采空区的周边巷道向采空区方向钻孔，将应力传感器安设在钻孔内，通过铜绞线采集数据后传至地表进行矿压的实时在线分析。 目前，采用扫描式迈克尔逊白光干涉仪对应力场引起的高双折射保偏光纤（PMF）内部的分布式偏振模式耦合理论（天津大学光电学院），由偏振模耦合的强度计算应力的大小，通过由双折射引起的2个正交的偏振模的光程差可以计算应力的位置，可实现1km的测量范围，对应力作用点的空间位置定位，测试精度可达到mm量级，对偏振模耦合强度测试可达到-80dB的灵敏度，实现矿山采空区岩层的大范围监测和应力的定位，是应力监测研究的重点方向。

岩石破裂过程分析系统并行计算方法研究_张永彬

第25卷第9期岩石力学与工程学报V ol.25 No.9 2006年9月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2006 岩石破裂过程分析系统并行计算方法研究 张永彬1，2，唐春安2，3，梁正召3，徐涛2，李连崇1 (1. 东北大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁沈阳 110004；2. 大连大学材料破坏力学数值试验研究中心，辽宁大连 116622； 3. 大连理工大学土木水利学院，辽宁大连 116024) 摘要：岩石工程灾害与岩石破裂过程失稳密切相关。大型岩石工程破裂过程数值分析需要高效、准确、强大的计算能力支持。一般传统串行计算方法难以满足要求，大规模并行计算是解决这一难题的有效途径。岩石破裂过程分析系统是研究岩石破裂过程的一个重要数值分析工具。在岩石破裂过程分析系统串行单机版的基础上，结合现代有限元方法和数值计算方法，在消息传递并行环境下，利用区域分解和主从编程模式，采用分布存储稀疏线性迭代并行求解方法，在Linux机群上实现应力分析模块中有限元计算的并行处理。通过Windows和Linux协调处理策略，有效地把原有的前后处理功能和机群系统强大的计算能力结合起来，建立岩石破裂过程分析RFPA3D-Parallel并行分析系统。算例结果表明，并行程序具有很高的加速比和并行效率，能够快速完成三维条件下300万单元的大规模岩石破裂过程分析。应用RFPA3D-Parallel并行分析系统模拟地壳介质中广泛存在的龟裂现象，再现非均匀介质破坏和裂纹演化过程，从而显示该系统广泛的应用前景。 关键词：岩石力学；岩石破裂过程；大规模；并行计算；区域分解；消息传递界面 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)09–1795–07 RESEARCH ON PARALLEL COMPUTATIONAL METHOD OF ROCK FAILURE PROCESS ANALYSIS SYSTEM ZHANG Yongbin1，2，TANG Chun′an2，3，LIANG Zhengzhao3，XU Tao2，LI Lianchong1 (1. Center for Rock Instability and Seismicity Research，Northeastern University，Shenyang，Liaoning110004，China； 2. Research Center for Numerical Tests on Material Failure，Dalian University，Dalian，Liaoning116622，China； 3. School of Civil and Hydraulic Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning116024，China) Abstract：Rock engineering hazards are closely related to unstable failure of rocks. Numerical analysis of rock failure process of large-scale rock engineering needs effective，accurate and powerful computation，while traditional serial computation becomes incapable to solve these large-scale rock failure problems；and it is necessary to employ large-scale parallel computation technology. Rock failure process analysis(RFPA) code is one of the important numerical tools that can be used to investigate rock failure process. Based on the serial code of RFPA3D，a parallel computation model of rock failure process analysis is proplsed. We complete parallel stress analysis module of RFPA3D using finite element method on a cluster and integrate it with pre-processing and post-processing of RFPA3D installed on windows pc. The parallel program is performed using a distributed memory sparse linear iterative solver with preconditioning based on MPI(message passing interface). The linear 收稿日期：2005–07–05；修回日期：2005–09–27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50374020，50490274，50504003，5047017)；中国教育科研网格计划项目(ChinaGrid) 作者简介：张永彬(1979–)，男，2002年毕业于东北大学采矿工程专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学数值计算方面的研究工作。E-mail：zybneu@https://www.wendangku.net/doc/8f6069751.html,

采空区地表沉降影响因素研究

采空区地表沉降影响因素研究 孙 超 1,2 ,薄景山 1,3 ,刘红帅1,齐文浩 1 1.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨 150080 2.吉林建筑工程学院勘查工程系,长春 130021 3.防灾科技学院地震工程系,河北三河 065201 摘要:采空区地表沉降影响因素众多,以有限元软件A N SYS 为基础,利用数值模拟方法的灵活性,分别对各主要影响因素进行分析。选用适合于岩土类材料的德鲁克-普拉格本构模型,利用A NSY S 特有的/杀死单元0命令模拟矿体被采出,再通过/激活单元0命令模拟采空区被填充。分别研究了开采深度、开采厚度、地形条件、采空区填充等因素对地表沉降的影响。结果表明:随开采深度的增加,地表变形随之降低;随开采厚度的增加,地表变形增长较快;随着地形坡度的变化,采空区地表移动盆地逐渐向地势较低方向移动;矿体开采后及时充填,对控制地表变形效果显著。 关键词:采空区;地表沉降;A NSY S;德鲁克-普拉格模型 中图分类号:P642.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5888(2009)03-0498-05 收稿日期:2008-12-17 基金项目:国家自然科学基金项目(50808164) 作者简介:孙超(1978)),男,黑龙江绥阳人,博士研究生,讲师,主要从事地下结构、岩土工程抗震方面研究,E -mail: sunchaobox @https://www.wendangku.net/doc/8f6069751.html, 。 Study on Influencing Factors of Ground Settlement over Mined -Out Area SUN Chao 1,2,BO Jing -shan 1,3,LIU H ong -shuai 1,Q I Wen -hao 1 1.I nstitu te of E ngineer ing M echanics ,China E arthquake A d ministration,H arbin 150080,China 2.I nv estig ation E ngineer in g Dep artment,J ilin Institute of Ar chite ctu re and Civ il Eng inee ring ,Chang chun 130021,China 3.Ear th quake Engineer ing Dep artment,I nstitute of Disater Pr ev ention Sc ienc e and Te chnology ,Sanhe ,H e bei 065201,China Abstract:There are many factor s to influence on the g round settlement in mined -o ut area.Based o n the finite element software ANSYS,making use o f the flexibility of numerical sim ulation method,the main factor s are analyzed respectively.The Druker -Prag er m odel is chosen,w hich is suitable to simulate the m aterials of rock and soil.-Kill Elem ent .co mmand is used to simulate the situation of ex plo iting,and then the co mmand of -Activ ate Element .in ANSYS is used to sim ulate that the mined -out ar ea is filled.T he influence of each factor in the g round settlement o ver m ined -out area is studied r espectively such as depth,thickness of the mined -o ut area,the topog raphic co ndition and the filling of the mined -out area.The r esult show s that the gr ound settlement decreases w ith the increase of the mining depth,the g round settlem ent increases obviously w ith the increase of m ining thickness,the basin m ovement w ill m ove to the low er direction w ith the change of topogr aphty ,and it w ill reduce the gr ound settlement ev idently to fill the mined -o ut ar ea in time after mining. Key words:mined -out area;g round settlement;ANSYS;Dr ucker -Prag er model 第39卷 第3期 2009年5月 吉林大学学报(地球科学版) Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n) Vo l.39 No.3 M a y 2009

岩石三维破裂过程的数值模拟研究

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第２５卷第５期梁正榴等．岩石三维破裂过程的数值模拟研究?９３３? 的材料力学。 ＲＦＰＡ３Ｄ中采用简单的弹性损伤本构模型，在达 到破坏准则之前，单元保持线弹性的力学性质。本 文的研究采掰带有拉伸截断的Ｍｏｌａｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏 准则。娄单元静最小主应力超过其单轴拉｛率强度时 单元发生拉伸破坏，其产生的拉伸损伤演化方程如 下： Ｄ＝ ０（ｅ＞ｅｍ）１＿鲁蛾。≤一ｍ）１＠≤￡哦） 式中：嚷为单元的残余强度，气为单元拉伸损伤的最小主应变门槛值，￡ｌｕ为单元分离最小主应变门槛值。拉伸损伤本构关系曲线如图１所示。 阌ｌ拉伸损伤本构关系曲线 Ｆｉｇ．１Ｅｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｌａｗｆｏｒｅｌｅｍｅｎｔｉｎｔｅｎｓｉｌｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ 如果单元应力达到了剪切破坏的Ｍｏ羲托ｏｕ奴ｎｂ准则，单元产生剪切损伤。剪切损伤本构关系曲线如图２所示。 圈２剪切损伤本掏关系魏线 Ｆｉｇ。２Ｅｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｌａｗｆｏｒｅｌｅｍｅｎｔｉｎｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ 莠切损伤演纯方程如下：式中：爨为细观单元单轴抗压强度：ｅｒ＝为单元的残余强度，且有瓯＝徽瓦，职为残余强度系数。 需要注意的楚，在损伤演化过程中，单元抵抗载荷的能力是逐濒降低鲍，在达到破坏准则之嚣仍然保持一定的残余强度。尽管上面只是单轴压缩和拉伸下的应变损伤，但是已经考虑到三维应力下其他２个主应力对最大主应变或最小主应变的影响。拉伸破坏下可采掰下面的等效应变办法进行处理： 其中， （８） 《‘）＝｛乞置萋０；三：：三寻ｐ，３ＲＦＰＡ３Ｄ的实现 ＲＦＰＡ∞主要包括３个部分：前处理、数据计算秘计算结果酶后处理。莆处理采用Ｗｉｎｄｏｗｓ平台下的ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＣ＋＋开发。利用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＣ＋＋强大的系统控制能力可以开发出友好方便的用户界面，采用ＳＧＬ公词跨平台图形库模块ＯｐｅｎＧＬ来实现软件模拟结果的图形图像的显示。有限元计算部分采用Ｆｏｒｔｒａｎ９０开发，ＲＦＰＡ∞的计算可以采用Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上的单枫舨，也可以采焉Ｌｉｎｕｘ平螽上的并幸亍计算。目前在单桃上已经可以计算２０万单元的规模，在３２节点的联想深腾１８００上已经可以突破３００万单元的计算。 ４岩石破裂过程的数僮模拟 本文采用ＲＦＰＡ３Ｄ分别模拟了同种岩石材料鲍单轴压缩、单轴拉伸和剪切破裂这３种基本试验。岩石材料的均质度为２，弹性模量的期望值为２００００ＭＰａ，细观单元单轴匿缩峰值强度的期望值为１００ＭＰａ。 ４．１单轴压缩试验 单轴压缩试验是最简单也是最重要的岩石力学试验。试件尺寸为８０ｍｍｘ４０ｍｍｘ４０ｍｍ，划分的网格为８０ｘ４０ｘ４０，共１２８０００个单元。数值试验中采用位移加载，每步位移增量为０．∞２ｍｍ。图３为 踟 彩 ＜ ≥ ◇溉 ◇旦Ｍ 一 ， 硅、 ＝ Ｄ　万方数据

东北大学岩石力学讲义第二章岩石破坏机制及强度理论.

第二章 岩石破坏机制及强度理论 第一节 岩石破坏的现象 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种 一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力方向平行的裂隙。 二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。 (a ) (b )

三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。 对岩石破坏的研究： 在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系 123(,)f σσσ= 研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。 第二节 岩石拉伸破坏的强度条件 一、最大线应变理论 该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为 c εε≤ (2-1) c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。

若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。按弹性力学有3 3E E σμ εσσ= -12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。若3ε<0则产生拉应变。由于E >0，因此产生拉应变的条件是 3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）> 若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0t E σε＝?0t E σε＝。 按最大线应变理论30εε≥破坏，即 312()t σμσσσ-+≥ (2-2) 式中0ε是允许的拉应变。 二、格里菲斯理论 格里菲斯理论的主要观点是：材料内微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏。 格里菲斯理论的主要依据是：1）、任何材料中总有各种微小微纹；2）、裂纹尖端的有严重的应力集中，即应力最大，并且有拉应力集中的现象；3）、当这种拉应力集中达到拉伸强度时微裂纹失稳扩展，导致材料的破坏。 格里菲斯理论的来源：由玻璃破坏得到的启示。 格里菲斯理论的基本假设为： 1、岩石的裂隙可视为极扁的扁椭圆裂隙； 2、裂隙失稳扩展可按平面应力问题处理； 3、裂隙之间互不影响。 按格里菲斯理论，裂纹失稳扩展条件为 1）、当1330σσ+>时，满足 21313()8()0t σσσσσ-++= (2-2)

边坡变形破坏的防护措施

湖南文理学院芙蓉学院2010级《土木工程地质》大作业 题目：边坡变形破坏的防护措施 班级：土木1006 姓名：刘文 学号：10190617 日期：2012-5-2

边坡变形破坏的防护措施 1 引言 公路建设是在地质体上进行的人类工程活动，在建设过程中由于忽视或未重视边坡地质体及地质环境的分析与评价常引发一系列的边坡变形或边坡滑动地质灾害等问题。例如四川省境内的高速公路及重点公路建设过程中，国道108线西昌段、成雅高速公路、318国道的二郎山隧道东、西进出口引道段、国道107线岳阳四方岭段、川藏公路等均不同程度的出现了边坡（滑坡）地质灾害或产生了边坡失稳的问题，从而严重影响了工程建设及运营的正常进行，也使得对公路边坡的加固或整治费用远高于修建道路的费用。 国道108线广元南段公路通过地段大多为低山丘陵红层分布区，建设中遇到了公路路基高填深挖等一些特殊工程地质问题。由于该段路线长、跨越地质地貌单元较多，从勘察设计到施工周期短，未能全面地认识沿线的路基工程地质条件，及时地发现和解决存在的工程地质问题。沿途的路线边坡虽在路基开挖期间进行了一定程度的处理，但在工程建设过程中仍有多处边坡发生坍滑、滑动和崩落，严重影响了已通车路段的行车安全和公路正常使用，阻碍了当时正在施工路段的路面铺筑和交通工程设施等施工工程。 广南段公路路线基本沿着构造线方向展布，使得路堑边坡有一侧构成顺层坡。尽管这些顺层边坡倾角很小，一般均在十余度，但在施工过程中多处发生变形或者滑动破坏不仅造成巨大的经济损失，而且延误了工期。施工中采取了一些加固措施但效果不佳，其主要原因是对工程边坡的地质条件认识不足，尚未查清边坡变形破坏的主控因素和变形破坏机制，因此治理措施具有盲目性，不能达到治理的目的或有的造成大的浪费。 本文对边坡岩体工程地质特征和岩体力学条件进行充分调查分析、对缓倾角层状边坡的变形破坏机制研究和稳定性评价的基础上，提出了较为合理的边坡整治、支护方案，通过实施后的工程验证说明方案是合理有效的。 2 研究区工程地质概况 2.1 工程概况 国道108线广南段公路边坡主要以侏罗系砂岩、泥质粉砂岩和泥岩为主，第四系只在近河床部位分布较普遍，而在边坡的中上部只有薄层覆盖，滑坡的形成与边坡岩体的性质有关。本文对缓倾层状边坡变形破坏的分析研究主要是以国道108线广南段K24、K28两段典型边坡为例进行讨论的。 K24滑坡位于广元市盘龙镇共和村三队嘉陵江Ⅱ级阶地以北，国道108线广南段K24+850～K25+090，滑坡地处嘉陵江冲刷岸，地势南东低北西高从滑体中部通过。从50年代至80年代曾出现过多次小范围滑坡，未造成较大的危害。1997年6月在滑坡前缘修筑高速公路，由于路基开挖、放炮震动，1998年6月滑坡整体发生蠕滑变形。1999年4月滑坡中部产生大幅度滑动解体，滑坡堆积物覆盖路基约三分之二，直接对公路建设造成危害。 K28滑坡位于广元市中区盘龙镇东南部4km，新建国道108线广南段，滑坡地处嘉陵江冲刷岸，地势南东低北西高，相对高差106m，地形坡度下缓上陡，坡面倾向嘉陵江，坡度10～25°，平台后缘是巨厚层砂岩形成的陡崖，坡度65～80°，高约25～32m，滑坡基本上为岩质顺层滑坡。

采空区探测技术研究现状及发展趋势

采空区探测技术研究现状及发展趋势（薛云峰等） 作者：薛云峰胡伟华鲁辉 ［摘要］本文在研究国内外采空区探测技术的基础上，对采空区探测方法进行了分类，分析了各种方法地球物理场的特点及解决问题的优势和缺陷，提出了根据采空区的特点，建立探测方法的数学物理模型，优化综合探测技术，提高探测结果准确性和可靠性的结论。 ［关键词］采空区地球物理探测发展趋势 1 采空区探测的目的与意义 矿产作为一种重要的资源，其开采形成的采空由于历史的原因，大多未进行有效地治理，而处于废弃状态，有的采空区出现了大面积的地面沉陷，有的采空出现了地面裂隙，有的尚未出现明显的反映，采空作为人类活动产生的潜在地质灾害之一，给矿山的安全生产、工程建设和人民的生命财产造成了严重的威胁。要对采空区治理，对采空区的地理位置、埋深、现状情况进行了解是关键，只有对采空区的空间分布状态有了充分的了解，治理才能有的放矢。因此,为减轻和预防由地下采空区所引发的地质灾害,建立地质灾害预警系统,探索用综合物探方法探测采空区的分布，为评价和治理提供依据是十分迫切和有意义的。目前,采空区的探测已经成为一项重要的研究课题,但是仍处于发展阶段。 2 采空区探测方法的研究现状 采空区的探测，目前，国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形观测、水文试验等。其中，美国等西方发达国家以物探方法为主，而我国目前以钻探为主，物探为辅。在美国，采空区等地下空洞探测技术全面，电法、电磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平。其中，高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突出，且近年来在地震CT技术方面也发展迅速。日本的工程物探技术在国外同行业中处于领先地位，应用最广泛的是地震波法，此外，电法、电磁法及地球物理测井等方法也应用得比较多，特别是日本VIC公司80年代开发研制的“GR-810”型佐藤式全自动地下勘察机，在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好，且后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。欧洲等国家工程物探技术也较全面，在采空区的探测上，俄罗斯多采用电法、瞬变电磁法、地震反射波法、井间电磁波透射、射气测量

滑坡破坏机理分析研究及稳定性计算理论

3滑坡破坏机理研究及稳定性计算 3.1边坡滑坡破坏机理 3.1.1水平坡的变形破坏机理 水平坡是指岩层倾向大致与边坡走向一致，而岩层倾角小于软弱岩层面残余摩擦角的一类层状岩质边坡。这类边坡的主要变形机理为滑移——压致拉裂，在这一变形机制下，其可能的破坏模式为转动型滑坡<弧面破坏），具体过程描述如下：边坡形成后由于卸荷回弹或者蠕变，坡体沿平缓结构面向坡前临空方向产生缓慢的滑移。滑移面的锁固点或错列点附近，因拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙，向上<个别情况向下）扩展且其方向渐转成与最大主应力方向趋于一致<大体平行坡面）并伴有局部滑移。这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹的形成扩展规律近似，所以它应属于压致拉裂。滑移和拉裂变形是由斜坡内软弱结构面处自下而上发展起来的。 据实例分析和模拟研究，这类变形演变过程可分为三个阶段<图3-1）。 图3-1滑移-压致拉裂变形演变图 <1）卸荷回弹阶段 人工边坡在边坡开挖形成后，由于边坡以外岩土体的卸除原有的平衡状态被打破，边坡岩土体将向临空面方向发生膨胀变形。对近水平层状岩质边坡而言，这种变形表现为沿岩层面向临空面方向缓慢滑移，如图3-1

<2）压致拉裂面自下而上扩展阶段 坡底附近岩层在上面岩土体的高压力作用下，随着滑移变形的发展，逐渐产生近似垂至于岩层面的裂隙，如图3-1