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考虑节理膨胀角 (joint dilation angle)

7月前浏览2685

文章摘要

文章讨论了节理的属性,包括节理粘结力、摩擦角、膨胀角和拉伸极限,并介绍了多种基于Mohr-Coulomb准则的节理模型,如Ubiquitous-Joint Model和Anisotropic-Elasticity Model等。特别强调了Ubiquitous-Anisotropic模型,它结合了弹性各向异性和弱面塑性破坏,更准确地模拟层状岩体的力学行为。文章还提到了在UDEC中应用这些模型时的一些细节,如block contact add-dilation的设置。

参考部分提供了关于岩石膨胀性的深入研究,包括其对隧道或矿柱设计的影响、膨胀性与材料塑性、围压和尺度的关系,以及提出新的膨胀角模型。这些研究有助于改进对岩石力学行为的理解,并在数值分析中更准确地模拟岩石的应力-应变响应。


1. 引言

节理的属性有节理粘结力(joint-cohesion, cj),节理摩擦角(joint-friction, ϕj), 节理膨胀角(joint-dilation,ψj,默认值为0), 节理拉伸极限(joint tension limit, σjt,默认值为0)。节理膨胀角的值总是大于等于0小于等于节理摩擦角。

2. 应用的模型

节理模型应用于下列以Mohr-Coulomb为基础的本构模型,包括:
  • Anisotropic-Elasticity Ubiquitous-Joint Model
  • Bilinear Mohr-Coulomb Joint Model

  • Bilinear Strain-Softening/Hardening Ubiquitous-Joint (SUBI) Model

  • Columnar-Basalt (COMBA) Model

  • IMASS Model

  • Mohr-Coulomb Joint Model 

  • Nonlinear Joint Model

  • Power-Ubiquitous Model

  • Softening-Healing Mohr-Coulomb Joint Model

  • Softening-ubiquitous model

  • Ubiquitous-joint model 

在UDEC中,block contact add-dilation on意味着将根据剪切位移的方向和大小,在摩擦角上加上或减去节理膨胀角 (默认为off)。


3. Ubiquitous-Anisotropic模型

Ubiquitous-Anisotropic模型(UA)是在ubiquitous-joint塑性模型的基础上考虑了Anisotropic的各向异性特征,因此UA结合了各向异性的弹性和弱面破坏的塑性,能够更相对准确地捕捉到层状岩体的受力特征,更好地模拟层状岩体的力学行为,例如层面的滑移。



zone cmodel ubiquitous-anisotropic(FLAC3D)block zone cmodel Ubiquitous-anisotropic(3DEC)

UA模型的参数值包括:(1) 弱面的的倾角(dip)和倾向(dip-direction); (2) 节理粘结力(joint-cohesion),节理膨胀角(joint-dilation), 节理摩擦角(joint-friction), 节理抗拉强度(joint-tension); (3) 弱面的法线方向(normal)或弱面法线方向的分量(normal-x, normal-y, normal-z); (4) 当拉力作用于平面法线方向时,法向泊松比来表征各向同性平面内的横向收缩(poisson-normal), 当拉力作用于平面上时,平面泊松比表征在各向同性平面上的横向收缩(poisson-plane); (5)各向同性的任何法线平面的剪切模量(shear-normal),各向同性平面的弹性模量(young-plane),各向同性平面上的弹性模量(young-normal)。

4. 参考

(2005) Considerations of the dilatancy angle in rocks and rock masses.

本研究是针对隧道或矿柱设计等经典岩石力学破坏后(post-failure)问题中对膨胀性处理不当而进行的。对文献的全面回顾和对已公布测试结果的观察表明,膨胀性在很大程度上取决于材料已经历的塑性和围压外,尺度似乎也起着不可忽视的作用。这篇文详细分析了已公布的测试数据,以期提出一个足够重要但又简单方便的膨胀角公式,它能反映这些依赖关系,并可在数值分析轻松实现。然后对模型进行测试,证明它能够代表岩石样本在抗压试验中的应变行为。最后,该模型被应用于差至中等质量岩体中隧道地层反作用力曲线的解析,显示出与使用实际岩石工程技术所获得结果的良好相关性。


(2019) The influence of the dilatancy on the ultimate bearing capacity of the rock mass. 

膨胀角对岩体极限承载力的影响是一个被低估的问题。由于对岩体力学行为有影响的参数有许多,目前还没有以标准方式估算不同类型岩体的膨胀角值。本文研究了在 Hoek-Brown 破坏准则下,膨胀性对岩体极限承载力的影响,以膨胀角为零值的关联和非关联流动规则为界限,分析了带自重的条形基础和不带自重的圆形基础;采用FLAC研究了四种不同假设条件:带自重的条形基础和不带自重的圆形基础,均采用关联和非关联流动规则。


(2022) A New Dilation Angle Model for Rocks.

本研究提出了一种新的关系,以更好地描述岩石的膨胀角同时取决于内部变量和最小主应力的情况,该模型基于将内变量和最小主应力对膨胀角的影响分开的假设,由此得出的表达式简单实用,五个参数具有完全明确的物理含义。通过拟合已公布的各种岩石的实验室测试数据,验证了该模型的准确性,结果表明所提出的模型与实验结果十分吻合。

来源:计算岩土力学
ACTUMFLAC3D3DEC材料试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-03-26
最近编辑:7月前
计算岩土力学
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