›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (8): 2159-2164.doi: 10.16285/j.rsm.2016.08.005

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

一种基于弹性应变能的裂隙岩体等效弹性模量评价方法

杨建平1，陈卫忠1, 2，杨典森1，田洪铭1   

  1. 1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071； 2.山东大学 岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061
  • 收稿日期:2014-09-26 出版日期:2016-08-11 发布日期:2018-06-09
  • 作者简介:杨建平，男，1982年生，博士，副研究员，主要从事隧道及地下工程方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（No. 2013CB03600）和国家自然科学基金项目（No.51274189）。

A method for estimating equivalent elastic moduli of fractured rock masses based on elastic strain energy

YANG Jian-ping1, CHEN Wei-zhong1, 2, YANG Dian-sen1, TIAN Hong-ming1   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan, Shandong 250061, China
  • Received:2014-09-26 Online:2016-08-11 Published:2018-06-09
  • Supported by:

    This work was supported by the National Program on Key Basic Research Project of China (973 Program) (2013CB03600) and the National Natural Science Foundation of China (51274189).

PDF (Chinese)

980

摘要： 基于线弹性断裂力学裂隙面张开位移及剪切位移理论公式，考虑裂隙存在常法向和常切向刚度情况，研究了含单个裂隙岩体加载过程中由于裂隙存在而附加的弹性应变能。基于应变能等效方法并假设两种裂隙变形模型——非均匀变形模型和均匀变形模型，研究了二维非贯通裂隙岩体的等效杨氏模量和等效剪切模量解析表达式。研究结果表明，对于贯通裂隙规则分布情况，均匀变形模型得到的解析解与Amadei等的结果一致；对于非贯通裂隙正态分布情况，考虑裂隙相互作用的非均匀变形模型解明显低估裂隙岩体的等效杨氏模量和等效剪切模量，而考虑裂隙相互作用的均匀变形模型解与有限元数值解的偏差在10%以内。得到的解析表达式在一定条件下可以作为裂隙岩体等效弹性模量评价方法之一。

关键词: 裂隙岩体, 等效弹性模量, 解析法, 弹性应变能

Abstract: Based on the formulae of normal displacement and shear displacement of crack faces from linear elastic fracture mechanics, this paper aims to investigate the stored excessive elastic strain energy during the fracturing process of a rock with a single crack by applying external loading. The normal stiffness and shear stiffness of the crack are assumed be constant rather than traction-free. Two deformation models, i.e. the non-uniform deformation mode and the uniform deformation mode, are applied to calculate normal and shear displacements. In addition, based on equivalence of elastic strain energy, the analytical expressions of equivalent Young’s modulus and shear modulus of 2D fractured rock mass containing regularly distributed non-persistent cracks are studied. The comparison between the analytical expression and a closed-form solution derived by Amadei and Goodman (1981) shows that the uniform deformation mode provides the same result. The comparison of normally distributed cracks between the analytical expressions and FEM shows that the non-uniform deformation mode considering crack interactions obviously underestimates the elastic moduli, while the uniform deformation mode predicts directional moduli within 10% deviation of FEM results. The obtained analytical expression can be used as one of effective methods to estimate the equivalent elastic modulus of rock mass under specific conditions.

Key words: fractured rock mass, equivalent elastic moduli, analytical method, elastic strain energy

中图分类号: 

  • TU 452

[1] 刘东东, 魏立新, 徐国元, 项彦勇, . 基于裂隙连续方法的三维裂隙岩体渗流传热数值模拟[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2143-2150.
[2] 王川, 冷先伦, 张占荣, 杨闯, 陈健, . 基于裂隙扩展的多级岩质边坡 开挖卸荷破坏路径分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1190-1203.
[3] 贾蓬, 王晓帅, 王德超. 饱水裂隙岩石冻融变形特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 345-354.
[4] 程雷, 肖瑶, 邓华锋, 熊雨, 彭萌, 支永艳, 李文华, . 一株本源产脲酶细菌的分离培养及其在裂隙 岩体加固中的应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 307-314.
[5] 蒋中明, 肖喆臻, 唐栋, 何国富, 许卫, . 基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1041-1047.
[6] 乔趁, 王宇, 宋正阳, 李长洪, 侯志强, . 饱水裂隙花岗岩周期冻胀力演化特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2141-2150.
[7] 崔溦, 王利新, 江志安, 王超, 王枭华, 张社荣, . 基于修正立方定律的岩体粗糙裂隙网络 注浆过程模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2250-2258.
[8] 梁珂, 陈国兴, 刘抗, 王彦臻, . 饱和珊瑚砂最大动剪切模量的 循环加载衰退特性及预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 601-611.
[9] 张进鹏, 刘立民, 刘传孝, 孙东玲, 邵军, 李扬, . 基于预应力锚和自应力注的深部裂隙 岩体锚注加固机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3651-3662.
[10] 肖瑶, 邓华锋, 李建林, 支永艳, 熊雨. 长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩体劣化效应[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 143-151.
[11] 支永艳, 邓华锋, 肖瑶, 段玲玲, 蔡佳, 李建林. 微生物灌浆加固裂隙岩体的渗流特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 237-244.
[12] 郭院成, 李明宇, 张艳伟, . 预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 253-258.
[13] 李 崴, 王者超, 毕丽平, 刘 杰, . 辐射流条件下裂隙岩体渗透性表征单元体尺寸 与等效渗透系数[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 720-727.
[14] 刘艳章, 郭赟林, 黄诗冰, 蔡原田, 李凯兵, 王刘宝, 李 伟, . 冻融作用下裂隙类砂岩断裂特征与强度损失研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 62-71.
[15] 李东奇，李宗利，吕从聪. 考虑裂隙附加水压的岩体断裂强度分析[J]. , 2018, 39(9): 3174-3180.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[2] 梁桂兰，徐卫亚，谈小龙. 基于熵权的可拓理论在岩体质量评价中的应用[J]. , 2010, 31(2): 535 -540 .
[3] 马文涛. 基于灰色最小二乘支持向量机的边坡位移预测[J]. , 2010, 31(5): 1670 -1674 .
[4] 于琳琳，徐学燕，邱明国，闫自利，李鹏飞. 冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响[J]. , 2010, 31(8): 2448 -2452 .
[5] 王 伟，刘必灯，周正华，王玉石，赵纪生. 刚度和阻尼频率相关的等效线性化方法[J]. , 2010, 31(12): 3928 -3933 .
[6] 王海波，徐 明，宋二祥. 基于硬化土模型的小应变本构模型研究[J]. , 2011, 32(1): 39 -43 .
[7] 曹光栩，宋二祥，徐 明. 山区机场高填方地基工后沉降变形简化算法[J]. , 2011, 32(S1): 1 -5 .
[8] 刘华丽 ，朱大勇 ，钱七虎 ，李宏伟. 边坡三维端部效应分析[J]. , 2011, 32(6): 1905 -1909 .
[9] 刘年平 ，王宏图 ，袁志刚 ，刘竟成. 砂土液化预测的Fisher判别模型及应用[J]. , 2012, 33(2): 554 -557 .
[10] 王卫东 ，李永辉 ，吴江斌 . 超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟[J]. , 2012, 33(12): 3818 -3824 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发