随机形貌岩石节理剪切数值模拟和非线性剪胀模型-论文.pdf

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1、第32卷第8期岩石力学与工程学报Vl0l_32No．82013年8月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringAug．，2013随机形貌岩石节理剪切数值模拟和非线性剪胀模型赵延林。，万丈2，王卫军，2王敏～，彭青阳·(1．湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室，湖南湘潭411201~2．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201)摘要：采用满足正态分布的随机函数，构造岩石节理剖面的形貌，为研究受剪岩石节理的细观剪切特性和宏观剪胀效应提供研究基础。利用UDEC软件

2、，基于CY微段节理模型，开发随机形貌岩石节理直剪特性的数值分析程序，采用CY微段节理模型的细观剪切力学参数，探讨微段节理的细观剪切特性和岩石节理的宏观剪切响应，提出节理抗剪强度参数与节理面粗糙度系数JRC之间的拟合关系。得到如下结论：JRC越大，岩石节理的宏观剪切峰值强度和剪胀角随之增大，而峰值剪切位移与JRC成反变化关系；随着法向应力的增加，节理的剪胀效应逐渐减弱；这些数值结论得到模型实验的充分验证。微段节理的细观切向爬坡和剪胀效应是岩石节理产生宏观剪胀的细观力学机制。通过对随机形貌岩石节理的宏观剪胀数值曲线性态进行分

3、析，提出能考虑节理粗糙度JRC和法向应力影响的非线性剪胀本构模型，该模型较好描述了受剪岩石节理的剪缩段和剪胀段。关键词：岩石力学；岩石节理；剪切；剪胀模型；数值模拟中圈分类号：Tu45文献标识码：A文章编号：1000—6915(2013)08—1666—11SHEARNUMERICALSIMULATIoNoFRANDoMMoR．PHoLoGYRoCKJoINTANDNoNLINEARSHEARDILATANCYMoDELZHAOYanlin，2WANWen2。WANGWeijun，2WANGMin。。，PENGQingy

4、ang，(1．HunanProvincialKeyLaboratoryofSafeMiningTechniquesofCoalMines，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan，Hunan411201，China；2．SchoolofEnergyandSafetyEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan，Hunan411201，China)Abstract：Usingrandomfunctio

5、nobeyingnormaldistributiontoconstructrockjointprofilemorphology，akindofsimulationmethodofrockiointprofileprovidesthesearchfoundationformicroscopicshearcharacteristicsofrockiointandtheeffectsofmacroscopicalsheardilatation．UsingUDECsoftware，basedonimprovedCYjointmo

6、del，anumericalanalysisprogramfordirectshearcharacteristicsofrandommorphologyrockjointwasdeveloped．Microscopicshearcharacteristicsofmicro—segmentjointandmacroscopicshearresponseofrockjointarediscussedbyusingmicroscopicshearmechanicalparametersofCYmicro—segementjoi

7、ntmode1．Thefittingrelationshipsbetweenjointshearstrengthparametersandjointroughnesscoeficient(JRC)areproposed．Astheresults，thegreatertheCis，thegreaterthepeakshearstrengthanddilatancyangleofrockjointsare．ButthepeaksheardisplacementiSinverselyrelatedtoJRC．Withthein

8、creaseofthenormalstress，thedilatancyeffectofiointisgraduallyweakened；thesesimulationresultshavebeenfullyverifiedbymodelingexperiment．Themicroscopictangentialcl