节理岩体强度的分形统计分析

《节理岩体强度的分形统计分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第23卷第21期岩石力学与工程学报23(21)：3608～36122004年11月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringNov.，2004*节理岩体强度的分形统计分析1123高峰钟卫平黎立云谢和平123(中国矿业大学理学院徐州221008)(中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083)(四川大学成都610065)摘要岩体中存在大量节理、裂隙，导致岩体力学性能弱化。基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移2种失稳破坏机制，运用分形和统计断裂力学方法探讨了2种破坏方式下节理岩体的统计强度。结果表明，岩体强度与岩

2、体中节理分布的分形维数密切相关，分形维数增大导致岩体强度非线性降低。关键词岩石力学，分形，节理，岩体，统计强度分类号TU452文献标识码A文章编号1000-6915(2004)21-3608-05FRACTALANDSTATISTICALANALYSISOFSTRENGTHOFJOINTEDROCKS1123GaoFeng，ZhongWeiping，LiLiyun，XieHeping1(CollegeofSciences，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008China)2(Schoolo

3、fMechanicsandCivilEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Beijing100083China)3(SichuanUniversity，Chengdu610065China)AbstractLargenumberofjointsexistinrocks.Theirsizesanddirectionsaredistributedinarandomway.Studieshaveshownthatthedistributionofjointscanbequantitatively

4、describedbyusingthefractaldimensions.Basedontworupturemodes，fracturepropagationandshearingslide，thestatisticalstrengthofjointedrocksisderivedwiththehelpofthestatisticalfracturemechanics.Theresultshowsthatthestrengthofjointedrocksstronglydependsonthefractaldimensionofrockjoints

5、.Thesmallincreaseoffractaldimensionwillleadtorapiddecreaseofrockstrength.Keywordsrockmechanics，fractal，joints，rockmasses，statisticalstrength⎡⎛JCS⎞⎤τ=σ⎢tanJRClg⎜⎟+ϕb⎥(1)1引言⎣⎝σ⎠⎦式中：σ为有效法向应力，ϕ为岩体基本摩擦角，b节理是岩体中最主要的缺陷，是岩石在地质演JRC为节理粗糙系数，JCS为节理壁压缩强度。由化过程中形成的面、缝、层等软弱地质界面。节理于式中JRC值的选取具有

6、很大的经验性和随意性，的存在，破坏了岩体的完整性，使岩体力学性能劣因此，τ的值难以准确计算。化，给岩体工程造成了隐患。文[1]定义了JRC值在近年来，文[2，3]引入分形定量描述了节理粗0～20的10种典型节理剖线，提出了预测岩石节理糙性特征，建立了节理的分形理论模型，使节理粗峰值剪切强度τ的公式：糙系数JRC得以定量计算，并对节理力学性质进行2003年11月11日收到初稿，2004年3月8日收到修改稿。*国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412705，2002CB412707)资助课题。作者高峰简介：男，39岁，博士，1985年

7、毕业于复旦大学应用力学系应用力学专业，现任中国矿业大学力学系主任、教授、博士生导师，主要从事岩石损伤与断裂方面的研究工作。E-mail：fgao@cumt.edu.cn。第23卷第21期高峰等.节理岩体强度的分形统计分析•3609·了系统深入的研究，推动了岩体力学的发展。σ1但是，岩体节理大小不一、方向不同、形状各异且岩体中并非只有一条节理，如何表达富含节理的岩体强度成为岩体力学研究的热点。作者对建立2L节理岩体统计强度进行了尝试。σ2σ2θ2岩体节理分布的分形描述天然岩体被杂乱分布节理所切割。要探讨节理σ1岩体强度，首先要对复杂节理分布进行有效描

8、述。分形被引入到岩石力学的研究中已有20多年图1一般压应力状态下的岩体节理Fig.1Jointofrockmassunde