等效岩体技术在岩体工程中的应用分析

邵伟立

摘要：随着我国经济的高速发展与科技的不断创新，进而带动了我国矿业的不断发展与进步。然而在矿产被开采的过程中，岩体工程的实施与开展对于矿产的开发与挖掘起到了至关重要的作用。其中等效岩体技术作为岩体工程实施与开展的核心，正在不断的引起了国家和相关企业的高度重视，因此本文主要根据等效岩体技术在岩体工程中的应用进行分析。

关键词：等效岩体技术；岩体工程；应用分析

引言

众所周知，岩体作为一种地质体，在经历多次反复的地质作用后，造成了不同程度上的变形破坏，进而形成一定的岩石成分和结构面。其中节理作为结构面中重要的一种，在一定程度上可以引起岩体的尺寸效应。所谓尺寸效应就是岩体内部的强度与硬度与岩体的尺寸形成反比，同时由于节理的存在，岩体在外荷载作用下所表现出的特征为各向异性。在工程设计中岩石力学与工程应用的基础工作便是对于岩石的质量评价，在此过程中，虽然岩石节理力学试验对于岩石质量评价比较细致科学，并且还可以真实的反映出节理岩体的力学行为，但是由于在实行过程中受到经费的限制，所以这种方法在绝大程度上不能够完全被采用。然而现阶段普遍采用的都是具有一定经验基础以及进行实际观察的岩体分类法，这种方法没有完全考虑岩体各向异性以及尺寸效应对于力学参数的影响。因此等效岩体技术的展开在一定程度上促进了岩体工程的全面进展。

1 等效岩体构成要素

1.1 黏结颗粒模型

等效岩体技术是建立在生成和测试三维数值计算模型基础之上的，在这其中主要包括两项关键性技术，其一是黏结颗粒模型，其二是三位结构面网络模型。其中黏结颗粒模型主要用于模拟完整的岩块在外荷载的作用下，岩块内部结构发生改变、遭到破坏以及声发射等岩石力学行为。其次黏结颗粒模型的建立理论主要采用离散单元的方法，通过此方法可以更好的模拟出圆形颗粒介质的运动状态，并且也能够模拟出其内部的相互作用原理。其中颗粒之间相互作用的模型主要有接触刚度模型、滑动模型以及黏结模型等。

1.2 光滑节理模型

光滑节理模型也是等效岩体构成的重要组成部分，其原因主要是因为在黏结颗粒模型建立的基础上，一般采用黏结接触面以及一定厚度的软弱材料进而对岩体中的节理进行描述。但是在这两种方法采用的过程中都还面临着许多的不足，其中采用黏结接触面来描述岩体中的节理时，颗粒与颗粒之间常常表现出许多“颠簸”的效应，这在一定程度上完全不符合节理岩体的力学效应。其次当采用一定厚度的软弱材料来描述岩体节理的过程中，当岩体节理结构面很小时，其中微小的结构面颗粒将会导致颗粒流数值计算方法的难度加大。并且当不同形状的结构面同时存在时，黏结接触面以及一定厚度的软弱材料这两种方法便不能科学、等效的建立相应的计算模型。因此光滑节理模型概念的提出，在很大程度上解决了这一项问题，其主要原因是因为光滑节理模型的形状为圆盘形，这一形状的产生可以不必考虑颗粒间的接触方向，进而在颗粒体中生成任意产状的结构面。同时该模型的建立也允许了两个接触颗粒可以沿着结构面平行滑动，这在极大程度上消除了颗粒在黏结接触面滑动时所产生的“颠簸”效应。

2 等效岩体技术的工程应用

2.1 黏结颗粒模型材料参数标定

随着等效岩体技术在岩体工程中的不断应用，其中对于等效岩体的材料分析也就变得十分重要。在对等效岩体材料进行数值试验分析之前，首先要对等效岩体的材料力学参数上进行标定，其中对于黏结颗粒模型材料的参数标定也是极其重要的一部分。颗粒流数值计算的方法通过颗粒生成计算模型，并且通过该计算模型对颗粒级黏结的力学参数进行选取，其中可以在此模型的基础上对黏结颗粒赋予假定的细观力学参数，然后进行数值试样实验。将假定的力学参数与实际测量出的力学参数进行对比，发现其数据中所存在的差别，进而对细观的力学参数进行调整。当所试验的结果与计算的结果数值基本上相同时，便可以在实际黏结颗粒计算模型中应用此组细观的力学参数。通过所采用的细观力学参数的细致性以及准确性，进而保证了等效岩体技术在岩体工程中能够更好的应用。

2.2 光滑节理模型力学参数标定

在等效岩体技术实施的过程中不但要对黏结颗粒模型的材料进行参数标定，也要对光滑节理模型的力学参数进行标定。通过对边坡岩体节理工程的节理粗糙度、硬度以及岩石节理力学试验，进而可以对光滑节理模型的力学参数进行标定。其中根据现场工程地质勘测的数据显示：在边坡岩体节理工程参数中，迹线长参数的均值为9.11米、方差为11.60米；裂隙密度的均值为3.17条/米、标准偏差为0.29条/米；间距参数的均值为0.47米、方差为0.46米。所计算出的光滑节理模型力学参数中法向刚度为80/GPa；切向刚度为8/GPa；其内摩擦角为35度；膨胀角为0度；黏聚力为2.5/MPa。

2.3 等效岩体计算模型的建立

等效岩体技术主要内容包括黏结颗粒模型的构建以及三维结构面网络模型的构建，由于颗粒生成的模型尺度较大，并且需要的颗粒数目也较多，因此要采用黏结颗粒模型与光滑节理模型相结合。在光滑节理模型所构成的三维结构面网络模型的基础上，运用连续的周期边界技术或者非连续的周期边界技术来建立黏结颗粒模型，这在一定程度上可以降低建造模型所消耗的时间，并且光滑节理模型所构成的三维结构面网络嵌入到黏结颗粒模型中，这在极大程度上可以真实的反映出岩石节理分布的状态，并且可以通过所反映出来的状态，能够科学、等效的建立出所对应的岩体模型，进而对等效岩体的力学性质进行研究。

结语

随着时代的不断进步与科技的不断创新，等效岩体技术作为我国岩体工程开展的一项重要技术，已经在不断的深入到每一项岩体工程当中，随着等效岩体技术的全面实施，进而促进了企业对于岩体工程的顺利开展，也在一定程度上为企业能够更好的挖掘矿产提供了保障，进而促进了企业的经济效益，为企业的不断发展奠定了坚实的基础。

参考文献

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