巖體工程
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-25
巖體工程的實例教程
1 引言
工程巖體分類[Engineering Rock Mass Classification]本質(zhì)上是一種經(jīng)驗設(shè)計方法, 盡管最近10年研究者們試圖開發(fā)新的分析技術(shù)和建模工具(例如合成巖體SRM), 以取代使用經(jīng)驗性的工程巖體分類系統(tǒng)來評估斷裂巖體的力學(xué)特性, 解決在大型露天礦和地下塊體崩落法開采中遇到的巖石穩(wěn)定性問題, 但迄今為止, 在實踐的巖石工程中, 仍然代替不了工程巖體分類系統(tǒng). 這節(jié)課簡要總結(jié)了世界范圍內(nèi)廣泛使用的工程巖體分類系統(tǒng).
2 目的
在詳細討論各種工程巖體分類系統(tǒng)之前, 首先思考一下工程巖體分類的目的. 總的來說, 工程巖體分類為了達到以下目的:
(1) 為工程地質(zhì)學(xué)家和工程師建立一個相互通訊的橋梁. 任何工程巖體分類系統(tǒng)都是建立在詳細的工程地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)之上的, 工程師的設(shè)計極大地依賴于工程地質(zhì)學(xué)家提供的地質(zhì)資料.
(2) 確定巖體穩(wěn)定性最重要的影響因素. 在一個工程項目中, 不同區(qū)域的巖體性質(zhì)表現(xiàn)各異, 通過工程巖體分類, 可以確定出影響巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素.
(3) 把巖體劃分為相似的組, 工程師針對不同的組進行設(shè)計.
(4) 工程類比. 工程巖體分類的一個直接目的是進行工程類比, 巖體分類提供了一種可以客觀評價的甚至可以借鑒的通用標準.
(5) 使用工程巖體分類進行經(jīng)驗設(shè)計, 決定頂板的自穩(wěn)時間以及決定是否需要支護.
(6) 為工程設(shè)計和數(shù)值分析推導(dǎo)定量的巖體參數(shù), 例如巖體強度和變形模量, 我們將在C6的課程中詳細介紹.
3 發(fā)展歷史
工程巖體分類最早是由Terzaghi提出，他于 1946 年在隧道鋼結(jié)構(gòu)的支護設(shè)計時 , 最早提出了巖石載荷分類系統(tǒng) (rock load classification system).
展開 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展, 現(xiàn)在基本上不再需要這樣的穩(wěn)定性圖, 不過,在某些情況下使用這些圖還是很方便的, 因此在近期發(fā)布的一些工程手冊或規(guī)范中偶爾還能看到經(jīng)典的邊坡穩(wěn)定性圖.
4.3 赤平極射投影法
赤平極射投影是工程地質(zhì)學(xué)和巖石邊坡工程最經(jīng)典的圖形分析方法. 去年曾經(jīng)講過, 參看下面的鏈接. 我們將在本課程的后半部分詳細討論這種方法.
構(gòu)造地質(zhì)的立體投影(Stereographic projection)方法
赤平極射投影的極點矢量和等值線圖
4.4 工程巖體分類法
工程巖體分類法是實踐邊坡工程中最常使用的一種穩(wěn)定性評價方法. 從RQD, Q-System, RMR到GSI, 以及最近發(fā)展的Q-Slope[邊坡工程巖體分類系統(tǒng)Q-slope], 我們將在下一節(jié)C5的課程中討論這些分類方法及其在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用.
Deere's RQD---現(xiàn)代巖體工程分類方法的基石 (Part I)
Deere's RQD---現(xiàn)代巖體工程分類方法的基石 (Part II)
Q-System巖石塊體尺寸的估算(RQD/Jn)
工程巖體分類的簡要回顧
工程巖體分類RMS(Rock Mass Strength)
巖體變形模量的估算---Python實現(xiàn)
4.5 極限平衡法
極限平衡法是邊坡穩(wěn)定性最方便快捷的分析方法, 我們將在以后的課程中,以SLIDE軟件為例,詳細討論極限平衡法的分析原理包括各種條分法的差異以及如何使用SLIDE來解決真實的邊坡穩(wěn)定性問題.
4.6 概率分析和敏感性分析
盡管理論上概率分析和敏感性分析可以在數(shù)值模擬中使用, 但是時間代價太大, 因此目前的概率分析和敏感性分析都在極限平衡法中使用, 從實踐的角度來看, 這樣的處理方法已經(jīng)足夠精確.
展開 1 引言
當(dāng)進行巖體工程穩(wěn)定性分析時，無論是使用極限平衡法還是使用數(shù)值模擬(FEM,BEM,DEM)方法，都必須輸入巖體的剪切強度參數(shù)，即粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。不過，由于巖體是不連續(xù)的，很難獲得巖體的剪切強度參數(shù)。為了便于工程設(shè)計，經(jīng)常使用等效的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，通過巖體工程分類指標來估算其值，例如使用GSI。同樣，對于階梯路徑巖體(階梯狀平面破壞; 巖橋和階梯式破壞)的穩(wěn)定性分析，Jennings (1970) 提出了一種方法來估算巖橋破壞的等效剪切強度。時至今日，這種方法仍然有效。
2 等效剪切強度計算
Jenningss首先提出了沿破壞路徑的連續(xù)性系數(shù)k這一概念。k的計算方法如下式所示：
其中l(wèi)j和lr分別是節(jié)理長度和巖橋長度。因此巖橋百分比可以表示為1-k. 巖橋的等效剪切強度使用下式來計算：
其中，和是巖橋等效的粘結(jié)力和摩擦角; c和f是巖橋的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角；cj和fj是節(jié)理的粘結(jié)力和摩擦角，k是上面計算的連續(xù)系數(shù)。
3 巖橋比例
研究顯示在地下開挖中，巖橋的抗剪能力要比在邊坡中的抗剪能力強，只有1%的巖橋理論上具有與常見的地下支護系統(tǒng)(如錨桿和錨索)相當(dāng)?shù)目估芰Α?Diederichs, 1999). 這表明小而完整的巖橋可顯著增強破壞表面的抗剪強度。這與邊坡工程中8%的臨界值有較大的差異。(階梯狀平面破壞)。Tuckey (2013)從文獻中統(tǒng)計了巖橋的比例，如下表所示。可以發(fā)現(xiàn)，有些巖橋比例已經(jīng)8%的邊坡也發(fā)生破壞，因此巖橋比例對巖體的破壞的影響存在著不確定性。
實驗室內(nèi)的研究表明，巖橋的抗剪強度不僅取決于加載條件(即主應(yīng)力的大小和方向), 而且取決于巖體內(nèi)預(yù)先存在的節(jié)理的幾何形狀。但在野外真實的巖體中進行類似的邊坡破壞研究是不可行的。
展開 不過, 這個過程耗時太長, 而且在很大程度取決于模擬者的水平, 因此在實踐的邊坡工程中, 巖體強度值仍然通過經(jīng)驗近似估算. 對巖體強度校正的一種手段是數(shù)值反分析, 通過監(jiān)測邊坡位移通過反分析來獲得相對準確的巖體強度參數(shù), 參看[數(shù)值反分析(Numerical Back-Analysis)].
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《ABAQUS在隧道及地下工程中的應(yīng)用》陳衛(wèi)忠-伍國軍：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1msZMlk5M-vkl89vrf6Xb1A 密碼：abxm
《ABAQUS與巖土工程分析》朱以文-蔡元奇：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1lvOEaVYofRME68RvgXb7qg 密碼：6fue
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ABAQUS結(jié)構(gòu)工程分析及實例詳解.王玉鐲、傅傳國.中國建筑工業(yè)出版社：鏈接：https://pan.baidu.com
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巖體工程的最新內(nèi)容
抽水蓄能電站擋、泄水建筑物應(yīng)避開活動性斷層，水庫區(qū)不宜有大型滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地下廠房洞室群宜避開軟弱或破碎巖體，當(dāng)通過工程布置依然無法規(guī)避這些情況時，地質(zhì)條件就制約了抽水蓄能電站的建設(shè)。
即便抽水蓄能電站避開了上述制約因素，地質(zhì)條件也很大程度上影響著工程成本。通俗來說，就是項目所在區(qū)域的地震越少見，巖石越堅硬，越有利于降低抽水蓄能電站建設(shè)成本。
計算說明書：
（1）案例背景：我國寒區(qū)面積約為國土面積的75%，其中季節(jié)性凍土區(qū)占國土面積的58.9%，主要集中在東北和西部地區(qū)，在極端氣溫下南方地區(qū)也存在季節(jié)性凍土（如2008年），近年來隨著東北振興、西部大開發(fā)及中部崛起戰(zhàn)略的實施，寒區(qū)巖體工程建設(shè)活動越來越多，面臨更多的巖體凍融破壞問題。
1 引言
昨天晚上有位同學(xué)問了一個問題，如何實現(xiàn)在離散斷裂網(wǎng)絡(luò)DFN中計算RQD【Deere's RQD---現(xiàn)代巖體工程分類方法的基石 (Part II)】，他已經(jīng)給出了計算思路，如下圖所示：(1) 使用geometry生成鉆孔；(2)計算鉆孔與DFN之間的intersection；(3) 把鉆孔分為三個計算分區(qū)：端部1[fracture.intersect.end1]、中部和段部2[fracture.intersect.end2
事實上，在20世紀70年代到80年代，這兩所大學(xué)是世界巖石力學(xué)研究的中心，他們的研究工作對后來巖石力學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響，主要包括Goodman的節(jié)理元、傾倒破壞分析和塊體理論，Hoek和Bray的平面滑動和楔形體滑動邊坡穩(wěn)定性分析，Hoek和Brown的地下開挖理論以及Hoek-Brown準則，Brady的邊界元應(yīng)力分析以及Barton的工程巖體分類Q-System，都是那個時代這兩所大學(xué)的研究成果
巖體工程地質(zhì)特征
1、巖漿巖類
（1）堅硬—軟弱塊—層狀基性噴出巖。
Mikola在工作之余，開發(fā)了許多免費的巖土工程工具軟件，例如DXF到UDEC的轉(zhuǎn)換，有限元分析，工程巖體分類，巖石楔形破壞分析，巷道支護等。
HYRCAN是一個二維邊坡穩(wěn)定性程序，用于評估土或巖石邊坡圓形破壞面的安全系數(shù)或破壞概率。HYRCAN可以快速而容易地創(chuàng)建和分析復(fù)雜的模型，能夠模擬外部荷載、地下水和支護。
1 引言
在過去半個世紀中，基于工程巖體分類發(fā)展起來的經(jīng)驗設(shè)計方法得到了廣泛應(yīng)用，其中最流行的工程巖體分類方法是RMR和Q-System【工程巖體分類的簡要回顧】。
粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角值可以根據(jù)巖體工程分類RMR來近似估計：
通過上面的輸入，我們可以計算出楔形體的各種屬性值：
楔形體體積=8262.822 m^3
楔形體重量=21483.336 tonnes
節(jié)理1的楔形面積=1018.109 m^2
節(jié)理2的楔形面積=1026.010 m^2
邊坡面的楔形面積=636.542 m^2
邊坡頂部的楔形面積=819.726 m^2
這節(jié)課簡要總結(jié)了世界范圍內(nèi)廣泛使用的工程巖體分類系統(tǒng).
2 目的
在詳細討論各種工程巖體分類系統(tǒng)之前, 首先思考一下工程巖體分類的目的. 總的來說, 工程巖體分類為了達到以下目的:
(1) 為工程地質(zhì)學(xué)家和工程師建立一個相互通訊的橋梁. 任何工程巖體分類系統(tǒng)都是建立在詳細的工程地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)之上的, 工程師的設(shè)計極大地依賴于工程地質(zhì)學(xué)家提供的地質(zhì)資料.
[(Deere's RQD---現(xiàn)代巖體工程分類方法的基石 (Part II); 基于RQD的巖石地基允許承載力估算]
6 數(shù)值試驗?
