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随着国内经济的高速发展,人们对基础设施建设的要求也越来越高,尤其是我国大型的水利、能源、市政工程的不断投入建设,这些工程的地质复杂程度、整体规模都较过去有显著提升,所面临的岩体被节理所削弱的问题也越来越多,如果处理不当可能引起岩体的突然破坏造成巨大的人员、经济损失,所以对于断续节理岩体的研究有着重要的理论和实践意义。本文运用RFPA软件,针对岩体工程中较为常见的非贯通断续节理岩体建立数值模型,进行强度与破坏特征的研究。总结了节理几何分布特征、应力条件与破坏模式、强度特征之间的影响规律,并与物理试验结果进行相互验证,有着较好的一致性。主要内容包括:1.通过阅读相关文献,总结国内外学者对于断续节理岩体强度与破坏特征在理论、物理试验与数值试验等方面的研究现状。2.运用有限元方法的RFPA软件,实现节理岩体破坏过程中裂纹萌生、扩展、贯通破坏过程的数值模拟。建立不同的节理几何布置方式,在不同的侧压下进行试验,探讨节理倾角、岩桥长度、层距、台阶角、侧压等对破坏模式、强度特性以及裂纹扩展规律的影响,研究结果表明:(1)断续节理岩体的破坏模式共有四种:沿节理面破坏、转动块体破坏、台阶状破坏和混合破坏。沿节理面破坏与台阶状破坏峰值强度高、破坏应变大,转动破坏峰值强度低、破坏应变小。(2)随着节理倾角的增大,岩体的力学行为表现出脆性破坏—渐进破坏—脆性破坏的过程。(3)当节理倾角为90°时,节理台阶角γ对其破坏形式影响较大,破坏模式由台阶状破坏转变为转动块体破坏,造成峰值强度、破坏应变变小,对其他各节理倾角时试件的强度与破坏应变影响较小。层距d对阶梯状破坏模式影响较小,对转动破坏模式影响较大。岩桥长度lr不影响破坏模式的转变,但对沿节理面破坏与台阶状破坏模式的峰值强度、破坏应变影响较大。(4)随着侧压的增加,岩体的破坏区域由中部向端部转移,其破坏模式发生转变。在高侧压情况下岩石发生局部的材料破坏。同时侧压的增加对强度的提高有显著作用,但提高幅度随侧压的继续增加而降低。(5)在节理随机分布的岩体中,优势破坏面在多数情况下就是节理分布密集的薄弱带。此时节理倾角变化对破坏过程的影响较大,随着节理倾角的增大,优势破坏面由带状向分块状转变,各节理倾角下特征尺寸与特征强度有很大不同。(6)随着模型尺寸的逐渐增大,整体的破坏模式由脆性破坏向渐进破坏转变。侧压施加后,节理岩体仍然具有明显的尺寸效应。3.建立三维表面裂纹的岩体模型,进行压缩试验,从不同的角度分析研究三维空间中裂纹的萌生、扩展规律。研究结果表明:(1)相比较二维条件时,三维岩石在节理尖端的应力集中并不明显。裂纹的扩展也并未沿最大主应力方向进行,同样在物理试验中也可以观察到裂纹的萌生远离节理出现。(2)三维表面裂纹与二维情况下简化的透体裂纹在扩展贯通上有很大区别,在厚度方向上椭圆裂纹边缘出现应力集中,而后的扩展没有明显方向,呈发散式的走向。(3)不同厚度处岩块的破坏模式大致相同,并与表面的破坏方式一致,随深度的增加,表面裂纹的影响逐渐减弱,内部的破坏主要是由表面萌生的裂纹沿厚度方向扩展所控制。