文档介绍：:!竺: !三堡查兰!塑型!!!i兰——————岩石粗糙节理剪切特性研究肖永红,高波,谢卫红空军后勤学院五系,江苏徐州22]000 摘要:本文以分形f|fI线模拟岩石节理的柯l糙特征,并应用ANSYS数值模拟的方法对岩百节理在雎剪状态下节理接触的最人辨s,ozD sa其应力分布‘ilI;'E进行较为系统的研究。然岳通过崮{{观实验观察岩石节理的变化的破坏过程。并进一步采用Excel和MathCAD进行数据处理对模拟m米的数值进行分析处理。本文的模拟结果和实验结果对今后的粗糙节理的剪切研究提供r一定的参考价值。关键词:分形节理: 粗糙性;数值模拟:细观实验; 1前言岩li仃理常常是指出现在岩石的露头部分,是一些近乎平行的裂缝。岩干冲节理的存在破坏了岩体的完栏性,也直接影响岩体的力学性质和破坏方式。在L程设计中,岩体内包含的节理和不连续面的状态, 特别是其力学和水力学特性对岩体的边坡和地下上程的设计、施】:、和管理起着决定性的影响。因此,在 I+程设计中应该重视岩石节理特性的研究。 r简单数学难以描述岩彳i节理的粗糙度,本文在以分形维数模拟静理粗糙度的基础上Jl{j ANSYS分}斤岩fH7理拄乐剪状况H的剪麻力,并运Hj实验结果描述了1,理岩ti变形和破坏过程。分形几何主要是研究一·些具有白相似性的不规则曲线或位形。研究结果表明不规则的节理面具有很好的自相似特征,可以用分彤儿何中的分形维数去描述其粗糙性111-141 o分形维数是由Mandelbrot推J“了Hausdorff维数定义的,它可以造一个整数也可以是一个分数。,一系列的分忻研究9l。 2节理数值模拟模型的建立在维数确定的情况F, 庄模拟岩石节理的粗糙度时我们取Weierstrass--Mandelbrot函数的正弦部分: /(J)=∑五II)-2)t Sin(五‘x) (1) 式中2>D>l,x>O,^取常数:“另^=3/2,这是一个处处连续而处处不可微的函数,取不同的D值,我们 uj以得到不同粗糙度的分形曲线。由于要考虑到ANSYS曲线作图的合理性,所以曲线的模拟就取级数的前面八项,对不同的分形维数,通过MathCAD作出^种不同维数的分形曲线,并用曲线上的关键点在 ANSYS中作出相应的曲线,且通过对曲线分析得出相应数据。本文我们只分析了在压剪情况F维数取不同值时1,理所受的晟大剪压力。这次作图大约取35个左右的关键点,模型的尺寸规格为12X 12×。计算中的一些参数:接触的摩擦系数MU=0;:载苟步数40(井随D的增人而增人);时间选择自动搜索(0N);每一步的最人迭代次数为40(,1。随D的增人而增人):每一步的晟小迭代次数为IO(,f:随D的增火而增大):平衡0槲迭代数为50(井随D的增人而增人)。根据模拟的需要采用以I-:Dn载方式:在压剪情况F,加法向雨l切向均布力,。模删中的分形曲线的尖角较多,在接触部分有应力集中,本文采刖的是映射网格划分。由丁‘是接触问题,所以采刖PLANE42单元,并设置为带有厚度的扳。现在以D=,说