《量化回響三維岩體結構的GSI數學模型研究》是依託浙江大學，由沈佳軼擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：量化回響三維岩體結構的GSI數學模型研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：沈佳軼
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於GSI (Geological Strength Index)岩體分類系統的Hoek-Brown（H-B）準則，被廣泛用來確定岩體的力學參數。由於岩體力學參數對GSI非常敏感，能否合理估算GSI成為H-B準則能否在工程中成功套用的關鍵。通過岩體露頭獲取局部結構面信息估算出的GSI，難以滿足工程準確性的要求。因此，建立可靠地測定GSI方法，以實現對岩體力學性質的準確評估是重要的科學問題。本項目擬採用理論分析、數值模擬與工程案例相結合的研究方法，以結構面網路技術為基礎，開展三維岩體GSI確定的研究：將結構面網路技術與離散元結合，開展岩體三軸壓縮數值模擬，將模擬結果運用到H-B準則中，逆向計算岩體GSI，建立含有GSI與結構面參數的資料庫，運用遺傳算法分析該資料庫，揭示GSI與結構面參數的關聯性規律，從而構建基於結構面參數的GSI數學模型。研究成果可為合理的確定岩體力學參數提供理論基礎。
結題摘要
發展精細化數值計算模型來分析岩體力學性能及岩體工程的穩定性成為岩體工程的重要研究方向。基於Geological Strength Index (GSI)岩體分類系統的Hoek-Brown準則與岩體結構面網路模擬技術兩個方面在各自發展中遇到了瓶頸：前者雖然廣泛的運用在岩體工程領域，但是傳統的方法估算出的岩體GSI值不能滿足精細化岩體數值模擬分析的要求；後者雖然能夠提供精細化的岩體結構面信息，但是由於缺乏構建網路結構面信息與工程岩體力學參數的紐帶，沒有能夠直接將其用於解決複雜的實際岩體工程問題。 本項目以節理岩體為研究對象，採用HB經驗模型與離散元數值分析相結合的方法，系統研究了節理岩體的各向異性力學行為；為提高Hoek-Brown經驗岩體破壞準則的準確性提供理了論技術支持，最終達到了準確計算節理岩體力學參數的目的。 主要研究內容及成果如下： （1） 提出了反映節理岩體各項異性特性的強度模型：通過離散元數值模擬對節理岩體的強度特徵及破壞模式進行了系統研究，建立了節理幾何力學參與與GSI的數學關係，提出了適用於各向異性塊狀岩體的強度模型。研究發現 UCS 隨節理傾角變化呈現出”w”形變化規律，當 10°＜β＜45°時，傳統的UCS 模型計算出的岩體強度偏高，這會對工程設計的安全性造成不良影響。 （2）提出了基於 GSI 岩體分類系統的 REV 確定方法：採用基於 PFC 的合成岩體（SRM）模型與 Hoek-Brown（HB）破壞準則相結合的數值模擬方法，對不同尺度的節理岩體的強度和變形開展了數值模擬研究。結果表明，與傳統的基於UCS 或變形模量的 REV 相比，基於 GSI 的 REV 尺寸偏大。本項目提出的基於GSI 的 REV 指標的優點為不僅能反映岩石結構的幾何特徵，而且能反映不連續面的幾何和力學性質。 （3）建立了岩體的分形維數與節理幾何參數的關係模型： 採用 Matlab 的數字圖像盒維數計算程式，開展了節理岩體分形維數的分析計算，揭示了節理幾何形態，岩體變形模量及分形維數之間的內在聯繫。研究表明岩體結構面幾何參數與岩體的分形維數有良好的函式關係。
