SRMTools---基于微观力学的岩石边坡3D模型

1 引言

传统的岩石边坡稳定性分析方法通常涉及使用经验方法来估计岩体的连续强度准则，岩体由大量断裂的岩石组成，当原岩和不连续都发生屈服时，岩体发生整体破坏。描述岩体的困难在于不可能直接测试大范围岩石的破坏。因此，经常使用经验方法来估计岩体强度准则的参数。比如Hoek-Brown准则, 不过这种方法忽略了许多重要的方面，如尺寸效应或局部破坏可能在连接介质中传播的复杂过程, 例如通过岩桥的断裂。Cundall, P. A. and B. Damjanac. (2009) 提出了一个新的模型Slope Model 用来克服这种局限. 这个笔记总结了先前的内容, 并在此基础之上作了进一步解释.  

耦合的网格/离散单元法模拟岩石粘结块体

岩土边坡的破坏类型(C3)(Failure types of slope)

离散格点方法(Lattice-Spring Method)

网格-弹簧(Lattice-Spring-Based)方法

边坡工程---岩体边坡的破坏模式

屈曲倾倒破坏(flexural toppling failure)

索引文件保存在下面的数据集里:

Lattice-Spring Method.txt

Synthetic Rock Mass.txt

Conventional design methods for rock slopes

Based on Micromechanics

Selected Slope Model Publications

..\lattice spring model

2 SRMTools的工作原理

离散格点方法或者称网格-弹簧方法(LSM, Lattice-Spring-based Method) 由Cundall and Damjanac (2009)提出，用来分析脆性断裂岩体边坡的稳定性，这项研究的结果是形成了一个计算机软件Slope Model---SRMTools (Version 3.0.13)。之后主要由Itasca公司内部和加拿大的一些大学包括UBC, University of Alberta, SFU，Laurentian University的岩石力学研究人员扩展和验证了这项研究。SRMTools的不连续由用户指定的离散断裂网络DFN生成。SRMTools旨在模拟岩体的变形行为，其中破坏是滑移，节理张开和原岩破坏的组合。SRMTools能够模拟岩体的纯力学行为以及耦合的流体-力学相互作用行为。SRMTools从用户指定的DFN得出的节理形状，然后对节理网络内的非稳态流体流动和压力进行模拟，地下水可以在节理和岩石中流动，当新的裂缝形成时，流动网络也会自动扩展。

SRMTools采用了SRM技术, SRM允许沿着节理面滑动和张开以及在完整岩石中的断裂。不过, 以前的SRM模型基于PFC3D，而SRMTools采用了由弹簧连接的点状质量组成的网格来代替PFC3D的球和接触. 在LSM中，完整岩石用随机的节点组合来表示，这些节点在三维空间中用无质量的弹簧相互连接。SRMTools中的离散格点模型与PFC中的BPM模型类似，只是颗粒在格子节点上表示为集中的点质量，接触点在法向和剪切方向上都用弹簧表示。换句话说，它将PFC模型中的颗粒用节点代替，用弹簧表示键与键之间的接触，完整的岩石断裂用弹簧的断裂来表示。这样计算效率更高。LSM使用了SJM的修正版本, 仍然允许通过弹簧的断裂和节理滑移来实现断裂. 通过创建一个合成岩体模型SRM, 允许节理滑动和张开以及完整岩石的断裂。 节点位置源自 PFC 中周期空间模式(periodic-space mode )中颗粒的中心，节点位移使用牛顿第二运动定律计算，弹簧使用线性力-位移关系。通过对模型内的所有结点求解运动方程(包括三个平移和三个旋转分量)。

3 参考文献

[1] Cundall, P. A., and B. Damjanac. (2009) “A Comprehensive 3D Model for Rock Slopes Based on Micromechanics,” in Slope Stability 2009 (Proceedings, International Symposium on Rock Slope Stability in Open Pit Mining and Civil Engineering, Santiago, Chile, November 2009). Perth: Australian Centre for Geomechanics. 10 pages.

[2] Lorig, L., P. A. Cundall, B. Damjanac and S. Emam. (2010) “A Three-Dimensional Model for Rock Slopes Based on Micromechanics,” in Proceedings, 44th U.S. Rock Mechanics Symposium/5th U.S.-Canada Rock Mechanics Symposium (Salt Lake City, June 2010), Paper No. 10-163. Alexandria, Virginia: ARMA.

[3] Damjanac, B., P. A. Cundall and Varun. (2013) “Validation of Lattice Approach for Rock Stability Problems,” in Proceedings, 47th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium (San Francisco, California, June 2013). ARMA 13-488. Alexandria, Virginia: ARMA.