旧文新读: 节理化岩石的合成岩体模型[A SRM Model for Jointed Rock]

1 引言

2007年5月, 在温哥华举办的第一届Canada-U.S.岩石力学会议上, Itasca公司提交了一篇论文<节理化岩石的合成岩体模型---A Synthetic Rock Mass Model for Jointed Rock>, 这篇论文成为后来岩石工程最热的一个研究方向. 不幸的是, 这篇高引的论文给我们的GeotechSet数据集造成了非常大的冗余. 因此决定对synthetic rock mass文件夹内的文件(295篇论文)进行清理. 清理之后的数据保存在如下数据集中:

• A synthetic rock mass model for jointed rock

• Synthetic Rock Mass

• Synthetic rock mass modeling

• synthetic rock mass model

• Use of Synthetic Rock Masses

• Lattice-Spring Method

• Bonded-Particle Model

本公众号以前的SRM笔记(Top 5)参看以下链接:

段落相似度查询---Bonded Particle Model (BPM)

离散断裂网络(DFN)[P4]: 创建一个合成岩体SRM

合成岩体模拟[Synthetic Rock Mass (SRM) modeling]

离散格点方法(Lattice-Spring Method)

一个阶段性的小结: 离散断裂网络DFN

2 SRM的实现

合成岩体模型SRM是Itasca提出的一种新的方法论, 目的是用来估算节理化岩体的力学行为. 在过去, 预测节理化岩体强度和变形最广为接受的方法是基于半经验估计的Hoek-Brown破坏准则, 然而Hoek-Brown准则没有强调岩体的脆性行为, 这也部分地造成Hoek-Brown准则的估算有时会引起人们的怀疑, 例如<Hoek的岩体变形模量经验估计---Is it reliable ?>. 而在块体崩落法和分段崩落法中, 考虑岩石从峰值强度到岩石的完全破碎过程是必须的.

SRM使用PFC3D建立的BPM模型表示原岩, 用离散断裂网络DFN表示节理, 如下图所示, 来估算岩体的强度属性和变形属性, 从而预测岩体的脆性断裂行为.       

建模方法是把断裂信息(即断裂几何形状和特性)叠加到BPM模型上。即BPM对完整岩石建模，通过修改断裂接触点处的接触模型引入断裂的力学行为。由于PFC模型本质上是离散的，因此破坏可能在完整的BPM区域和沿断裂面发生。

SRM克服了早期工作中存在的模型尺寸和表示节理的限制，允许快速构造和测试直径为10-100米的中等到严重节理化的岩石样本，这些岩石含有数千个非贯通性节理。SRM模拟用于估算岩体的峰前属性(模量、损伤阈值、峰值强度)和峰后属性(脆性、残余强度、破碎)，并用于分析大规模边值问题(例如岩体边坡稳定性)。SRM模拟允许考虑三维大型复杂非贯通性节理网络以及块体断裂，包括不完整节理对块体强度的影响。

一个通用的SRM数值模拟步骤如下:(1) 根据现场数据建立离散断裂网络DFN; (2) 对构造的DFN模型进行了随机抽样，按恒定的高宽比分离出N个立方样本进行模拟; (3) 对每个立方样本进行强度试验, 并记录了每个样本的全部应力应变行为。这种方法为确定大规模岩体样本的复杂构成行为提供了一种方法。这在实验室中通常很难实现或不可能实现。