《岩体力学》教学大纲

《岩体力学》教学大纲

《岩体力学》教学大纲 篇1

学时：总计32学时，其中理论授课32学时，实验（含上机）0学时 学分：2.０学分

面向对象：2008级及以后年级的土木工程与工程管理本科专业学生 先修课程：《高等数学》、《土木工程概论》、《材料力学》、《普通地质学》、《弹性力学》、《工程地质》、《计算机文化基础》等。教材：《岩体力学》，沈明荣，陈建峰编著，上海：同济大学出版社，2006年07月，第三版。主要教学参考书或资料： 1.《岩体力学》，阳生权，阳军生编著，北京：机械工业出版社，2008年09月，第一版。2.《岩石力学》，徐志英编著，北京：水利水电出版社，2007年07月，第三版。3.《岩石力学》，张永兴编著，北京：中国建筑工业出版社，2008年03月，第二版。4.GB 50218—94 工程岩体分级标准． 5.GB 50021—2001 岩土工程勘察规范． 6.《岩土工程手册》，岩土工程手册编委会编著，北京：中国建筑工业出版社，1999。二．教学目的和任务

岩体力学是一门应用型基础学科，是属土木工程专业任选课。本课程的教学目的是通过课堂教学，使学生掌握岩石、岩体的基本概念，掌握地下洞室、岩质边坡和地基工程的稳定性分析方法及其基本的设计方法，并了解岩体力学的新理论新方法，掌握常用试验、测试的原理与方法。

三．教学目标和要求

通过本课程的学习，充分理解并掌握岩石基本参数的概念，影响因素，试验方法；掌握莫尔强度理论和格里菲斯强度理论；对工程中一般岩体力学问题具有一定的分析和计算能力，如洞室围岩稳定性分析、岩质边坡稳定性分析、坝基稳定性分析等．同时，学生具有正确进行数字计算的能力，掌握测量岩石主要参数的操作能力，具有分析试验数据和编写报告的能力。四．教学内容、学时分配及其基本要求 第一章 绪言（学时：２)授课内容：岩体力学的定义、岩体与岩石的区别和联系、岩体力学的发展历史与现状、岩体力学的研究任务与内容、常见岩体工程问题以及学习和研究岩体力学与工程问题的常用方法。基本要求：掌握岩体力学和岩体工程的定义，了解岩石与岩体的基本区别和联系。了解常见岩体工程问题，了解岩体力学发展历史与现状，以及学习和研究岩体力学与工程问题的常用方法。

岩石的基本物理力学性质（学时：４）

授课内容：岩石的基本物理性质，岩石的强度特性，岩石的变形特性，岩石的强度理论。基本要求：了解岩石的基本物理性质；一般掌握岩石物理特性、强度的测量方法；了解岩石的成分及结构与力学性质的关系；重点掌握岩石在拉伸、单向压缩、剪切、三轴压缩条件下的强度和变形特性，常用的岩体强度理论中的格里菲斯强度理论、莫尔强度理论，并能够运用有关理论解决有关岩石力学问题。岩体的动力学性质（学时：２）授课内容：岩体中应力波类型及传播、影响岩体弹性波速度的因素。

基本要求：了解岩石的波动特性，掌握弹性波在固体中的传播的运动方程；重点掌握岩体弹性波速度的测定与分析，影响岩体波速的因素；了解岩体的其他动力学特性。岩体的基本力学性质（学时：４）

授课内容：岩体结构面的分析，结构面的变形特性，结构面的剪切强度特性，结构面的 力学效应，碎块岩体的破坏，岩体的应力－应变分析，岩体力学性质的现场测试。

基本要求：了解岩体结构面的概念、分类和结构面的几何特征；掌握结构面的变形特性，结构面的力学效应；了解碎块岩体的破坏方式；重点掌握岩体的应力－应变分析，了解变形模量计算方法；了解岩体力学性能的现场测试方法，掌握千斤顶法荷载试验和现场三轴强度试验方法与结果计算。

工程岩体分类（学时：２）授课内容：工程岩体分类的目的与原则，工程岩体代表性分类简介，我国工程岩体分级标准。基本要求：了解工程岩体分类的目的和原则；掌握工程岩体代表性分类方；重点掌握我国工程岩体分级标准中的RQ和BQ分类方法，并能够学会应用。岩体的初始应力状态（学时：４）

授课内容：岩体初始应力场及其影响因素，岩体初始应力场的分布规律，岩体初始应力 的量测方法，高地应力地区主要岩体力学问题。

基本要求：掌握初始应力状态的概念和意义、岩体初始应力场的计算，重点掌握初始应力场的分布规律，两种应力场（自重应力场和构造应力场）的特征；并了解高地应力地区的主要岩石力学问题。

岩体力学在洞室工程的应用（学时：４）授课内容：深埋圆形洞室弹性分布的二次应力状态，深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态，节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力计算，围岩压力，围岩的松动压力计算，围岩的塑性形变压力计算，新奥法简介。基本要求：了解岩体二次应力状态的基本概念，掌握深埋圆形洞室二次应力状态的弹性分布，深埋圆形洞室弹塑性分布的二次应力状态，节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力分析；重点掌握围岩压力、松散岩体的围岩压力、塑性变形压力等的概念和计算；了解新奥法。岩体力学在边坡工程中的应用（学时：４）

授课内容：边坡岩体中应力分布特征，边坡岩体的变形与破坏，边坡稳定性分析，岩质边坡的加固措施。

基本要求：了解岩体边坡应力重分布特征；掌握岩质边坡的破坏机理和破坏模式，岩质边坡稳定性评价的基本分析和评价方法，常用的岩质边坡设计方法及边坡支护技术。岩体力学在岩基工程中的应用（学时：４学时）

授课内容：岩基上的基础形式，岩基上基础的沉降，岩基的承载力，岩基的抗滑稳定性，岩基的加固措施。

基本要求：掌握岩体地基的基本概念、类型，岩体地基应力分布规律和变形、破坏模式，岩体地基承载力的确定方法。

岩体力学数值分析方法及研究展望（学时：２）

授课内容：岩体力学的发展与其他地质学科、力学学科间的联系；岩石力学试 验与测试方法的进展；数值分析在岩石力学中的应用和进展。

基本要求：了解岩体力学的发展与其他地质学科、力学学科间的联系；了解岩石力学试 验与测试方法的进展；掌握数值分析在岩石力学中的应用和进展，重点掌握有限元法的原理和应用的要点。五．教学方法及手段 课堂采用多媒体教学；选择适当内容采用学生自学自讲及课堂讨论等灵活方式进行。六．考核方式及考核方法

《岩体力学》教学大纲 篇2

关键词：岩体力学,教学内容,试验教学,数值仿真,教学方法

岩体力学是土木工程、石油工程、地下工程、水利水电工程、地质工程、采矿工程、勘查技术与工程等专业本科生的重要专业基础课之一, 是研究岩体在外界因素 (荷载、水、温度等) 作用下的应力、变形、破坏、稳定性与加固的学科, 理论基础广泛, 涉及地质学、固体力学、流体力学、计算数学、地球物理学等学科知识[1,2]。通过这门课程的学习, 学生能够建立起有关岩体力学的基本理论体系以及相应的工程概念 (如强度理论、工程岩体分类、稳定性分析) , 为后面的相关专业课 (如基础工程、钻探工艺学、计算岩土力学、矿山压力与岩层控制) 提供必要的知识储备, 也为毕业后从事建筑、勘探、采矿、采油等相关工作奠定必备的理论基础。随着我国社会经济的快速发展, 大量的岩土工程广泛兴起, 复杂的岩体力学问题不断涌现, 从而对高校培养的相关专业人才的综合能力提出了更高的要求:不仅要具有扎实的专业基础知识, 还要有一定的分析和解决现场实际问题的能力[3]。

作为人才培育的主要基地, 高校在岩土工程人才培养过程中, 在培养模式以及相关的各类软硬件条件等方面已经远远跟不上社会发展的步伐及社会对复合型人才的需求[4]。因此, 针对当今社会的实际需求, 如何安排好岩体力学教学, 培养合格的本科生, 成为摆在各大高校相关教师面前的重要问题。

一、岩体力学教学改革的必要性

岩体在形成与存在过程中, 长期遭受着复杂的建造与改造地质作用, 最终变成一种被大量不同类型与规模的断层、节理、层理、片理、裂隙等结构面切割包围而成的材料, 具有非均质、非连续、各向异性的特点。同时, 岩体还赋存于复杂的天然应力状态和地下水中。这些使工程岩体的力学行为极其复杂, 通常呈高度非线性。岩体力学问题大多是病态的、不确定的、多尺度的, 很难找到一种解析或数值算法进行精确地求解[5]。从而, 依托于岩体上的各类工程 (如地下空间与地下隧道工程、岩质边坡工程、岩石地基与坝基工程、采矿工程以及钻井工程) 的设计计算分析极为复杂, 目前实际工作中, 仍通过以工程经验、现场试验与监测为主, 理论指导为辅来完成。可以说, 岩体力学还很年轻, 知识体系还不够完善, 许多理论尚不成熟, 自身发展速度远远落后于工程实践的要求。

随着中国能源、交通、水利、国防、城市建设等事业的发展, 岩体工程建设越来越多, 规模也越来越大, 这些给岩体力学带来了新的机遇与挑战, 也对相关从业人员提出了更高的要求。然而, 作为培养高级人才的摇篮, 高校在岩体力学本科教学方面还存在很多问题, 比如教材陈旧、内容落后、试验教学不足、理论与实际脱节严重、课堂教学方法落后、教学手段单一, 在很大程度上影响了本科生在实际工作中解决复杂问题的能力和创新能力。因此, 开展岩体力学本科教学改革是十分必要的。通过教学改革, 旨在既提高相关从业人员的基本素质与实践能力, 又为培养高层次复合型人才打下坚实的理论基础。

二、岩体力学本科教学改革的主要内容

笔者认为岩体力学本科教学改革应从多方面着手:与时俱进地优化教学内容, 以实际工程为教学案例密切联系实际, 增加室内试验与数值仿真等试验教学环节, 改革教学方法, 从而探索满足当今社会快速发展条件下的岩体工程建设需求的复合型人才培育的教学方法。

(一) 优化教学内容

目前国内高校岩体力学本科课程无统一教材, 教学内容由任课教师自己掌握。相关教材也比较多, 如沈明荣与陈建峰主编的《岩体力学》 (2006) , 刘佑荣与唐辉明主编的《岩体力学》 (2009) , 陈海波等主编的《岩体力学》 (第2版, 2013) 以及阳军生与阳生权主编的《岩体力学》 (2008) 。各教材在基础理论方面的表述基本上是一致的, 只是在工程应用方面侧重点有所不同。笔者认为各任课教师应根据其校本专业特点, 依据教学大纲与学时安排, 以一本教材为主、多本教材为辅的方针授课, 在讲授岩体力学基本原理与知识的基础上, 以实际工程进行案例教学, 并适当向学生介绍当前的新概念、新技术、新方法等发展动态与学科前沿, 提升学生的学习兴趣, 拓宽学生的知识面。

本校地质工程专业 (岩土钻掘方向) 的岩体力学本科课程, 根据国家学科组指定的教学大纲, 编制授课计划, 结合本专业的特色与发展需要, 对大纲进行了适当调整与修改。教材以教育部地质工程教学指导分委会推荐的刘佑荣与唐辉明主编的《岩体力学》为主, 以《Fundamentals of rock mechanics》、《岩石力学与工程》、《岩石力学与石油工程》、《钻井岩石力学》、《矿山岩石力学》等相关教材为辅, 删除其他相关课程的重复性内容, 同时补充隧道钻掘、地下工程支护、工民建勘察、大陆科学钻探以及石油钻井等方面的工程实例, 根据本校本专业本科教学计划40学时左右的内容进行编辑, 在满足本专业学生对岩体力学认知与掌握的需求的同时, 实现专业基础知识扎实、知识面宽的复合型人才培养要求。

(二) 增加试验教学环节

试验是岩体力学教学的重要环节, 但是限于学时、设备、经费等原因, 在本科教学过程中一般只能有选择地让学生动手做几种相关室内试验, 难以很好地培养学生的动手能力, 因此, 增加试验教学环节势在必行。笔者认为可以从如下三个方面来解决这个问题:

1. 通过与相关试验室相关人员协调, 在课余时间借用试验, 开展相关岩体力学试验, 从而尽可能多地锻炼学生的实际动手能力;在不影响试验室正常运行的前提下, 将学生划分多批次, 参观有关科研项目的岩体力学试验过程, 以实现尽可能多地感性认识岩体力学课堂上讲授的理论知识。

2. 通过鼓励和指导本科生积极参与所在院系教师的相关科研项目、科技报告会项目、大学生创新基金项目等活动, 在项目中实际运用岩体力学知识, 进一步锻炼学生认识、分析与处理岩体力学问题的能力。

3. 充分利用计算机仿真技术[6], 采用数值仿真手段弥补试验场地和设备的不足[7,8], 并初步培养学生运用数值模拟与理论相结合的方法, 分析边坡稳定性、地下隧道与矿山开采围岩变形、地基岩体稳定性、井壁稳定性等实际工程问题。

通过以上措施实现室内试验与数值仿真试验教学环节的增加, 使本科生在实践中体会所学知识, 找到自己的不足, 增强对岩体力学的理解与掌握, 锻炼动手能力, 提高分析问题、解决问题的能力与创新能力。

(三) 改革教学方法

目前以多媒体电子课件为主、黑板板书为辅的教学方式已被广泛应用于高校教学中。岩体力学是一门理论性与实践性均很强的学科, 教师应针对此特点开展教学活动。但是, 限于学时、安全等原因, 任课教师通常无法带学生到现场进行实地参观讲解。为了加强理论与实践的相接轨, 就需要充分利用电子课件能够图文并茂、声像俱佳的优势, 形象生动地向学生传递工程现场信息, 从而弥补实践的不足。

对于理论方面, 采用传统的板书教学方法补充多媒体教学, 对重点、难点公式用板书一步步推导, 便于学生理解与记忆。增加课上与学生互动环节, 如让学生回忆上堂课内容, 多多就知识点提问, 增加课堂作业环节, 添加学生分组演讲报告环节。增加课下与学生互动, 如建立QQ群、微信朋友圈, 在上面经常发布行业最新动态的图片、新闻、视频, 发表小课题引导学生讨论, 以及邀请学生参加自己的科研项目。改革考核方式, 总成绩既包括期末闭卷考试成绩, 又包括平时表现、试验报告、文献综述报告等。

通过以上种种手段, 更好地调动学生的学习积极性, 更好地培养学生的学习能力与解决问题的能力, 更加公平地评价学生的课业表现。

三、结语

岩体力学内容丰富、知识复杂, 给本科教学带来了挑战与机遇。笔者针对目前岩体力学本科教学方面的不足, 从教学内容、试验环节、教学方法等方面提出了初步的改革措施。以期通过这些改革, 既能促进学生更好地掌握岩体力学的基础知识与技能, 又能培养学生的创新能力与实践能力, 为国家培养满足行业需求的复合型人才。

参考文献

[1]刘佑荣, 唐辉明.岩体力学[M].北京工业出版社, 2008.

[2]蔡美峰.岩石力学与工程[M].科学出版社, 2002.

[3]吴文兵, 蒋国盛.土力学实验教学现状分析与改革措施探究[J].开封教育学院学报, 2013, 33 (7) .

[4]黄明奎.岩石力学课程教学改革与思考[J].高等建筑教育, 2008, 17 (4) .

[5]刘开云, 乔春生, 刘保国.研究生岩石力学课程教学改革探讨[J].高等建筑教育, 2010, 19 (3) .

[6]勾攀峰, 宋常胜.岩石力学课程的教学改革与实践[J].教书育人, 2009, (15) .

[7]吴文荣.高校扩招对试验教学质量影响的思考[J].试验室科学, 2008, (3) .

《岩体力学》教学大纲 篇3

1 理论模型

1.1 基本假设

(1) 处于塑性区(极限平衡区)内任何节点的的正应力与剪应力满足莫尔-库仑强度准则：

其中，为斜面上的抗剪强度；，分别为岩体的粘聚力和内摩擦角；为斜面上的正应力，其值；，为方向余弦。

(2) 分析过程中不考虑体积力的影响。

(3) 岩体是弹塑性材料，且各向同性。

1.2 基本方程

在处于塑性区(极限平衡状态)的岩体，应力满足平衡微分方程：

1.3 本构模型

本研究采用ansys有限元法求解边坡稳定问题时，采用了理想弹塑性模型，其本构模型采Drucker-Prager 准则：

式中：,分别表示应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。、为与岩土材料内摩擦角和粘聚力有关的常数，，。屈服面在平面上为不等角度的六边形的外接圆。

2 高边坡开挖应力场

为了解边坡开挖的力学效应,对K88+680断面边坡进行了二维弹塑性有限元计算分析。计算模型边界为：底部为173m,高为112m,分别为开挖宽度和深度的4倍多，基本可以消除边界对应力的影响。底部取x、y方向

位移约束，侧面施加x方向位移约束。模型网格的稀密对二维弹塑性有限元计算有着一定的影响，为了提高计算精度，所以在开挖区域及周边敏感部位对网格采取加密措施。模型是由5544个节点组成的5688个单元。用“杀死”单元法开挖掉3710个单元。

2.1 计算参数的选取

本次模拟考虑到了地层岩性的差异，计算区域中所涉及的岩体主要有坡积土(Q4dl+el) 和强风化泥灰岩(T2b)，通过岩体物理力学试验和工程地质类比，最后确定了各岩体的计算参数(表1)

摘 要：边坡开挖过程的力学性状变化是一个复杂的过程，同时其塑性区演变趋势也是一个复杂的过程。文章通过假设边坡完全处于理想弹塑性状态，并以Drucker-Prager 准则为本构模型，运用ANSYS有限元软件对巫山至巫溪（巫溪段）公路K88段高边坡开挖过程应力调整过程及塑性区变化过程进行了模拟，得出了开挖过程中应力最大处为坡脚。边坡塑性区是一个动态调整过程，最终位于强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩交界处。

关键词：开挖岩体边坡；力学性状；塑性区演变特征

巫山至巫溪(巫溪段)二级公路位于重庆市巫溪县南部地区。起点位于龙溪金家沟，里程K86+000，终点在花栗路口，里程K109+875.993，全长23.875km。路线路段主要跨越大泉山山脉，地形较复杂，沿线多高陡边坡，受岩性影响，有很多高边坡在开挖过程中出现失稳现象。研究路段位于柚子树境内，起止里程桩号K88+840～K88+950，全长110m。该段内边坡为路堑边坡，切坡最高为32m，最低为21m。场地内出露地层主要为第四系全新统残坡积碎石土（Q4el+dl），厚度0.4~1.5m；以及三叠系中统巴东组（T2b3）泥灰岩，厚度大于30m。

1 理论模型

1.1 基本假设

(1) 处于塑性区(极限平衡区)内任何节点的的正应力与剪应力满足莫尔-库仑强度准则：

其中，为斜面上的抗剪强度；，分别为岩体的粘聚力和内摩擦角；为斜面上的正应力，其值；，为方向余弦。

(2) 分析过程中不考虑体积力的影响。

(3) 岩体是弹塑性材料，且各向同性。

1.2 基本方程

在处于塑性区(极限平衡状态)的岩体，应力满足平衡微分方程：

式中：,分别表示应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量。、为与岩土材料内摩擦角和粘聚力有关的常数，，。屈服面在平面上为不等角度的六边形的外接圆。

2 高边坡开挖应力场

为了解边坡开挖的力学效应,对K88+680断面边坡进行了二维弹塑性有限元计算分析。计算模型边界为：底部为173m,高为112m,分别为开挖宽度和深度的4倍多，基本可以消除边界对应力的影响。底部取x、y方向

位移约束，侧面施加x方向位移约束。模型网格的稀密对二维弹塑性有限元计算有着一定的影响，为了提高计算精度，所以在开挖区域及周边敏感部位对网格采取加密措施。模型是由5544个节点组成的5688个单元。用“杀死”单元法开挖掉3710个单元。

2.1 计算参数的选取

本次模拟考虑到了地层岩性的差异，计算区域中所涉及的岩体主要有坡积土(Q4dl+el) 和强风化泥灰岩(T2b)，通过岩体物理力学试验和工程地质类比，最后确定了各岩体的计算参数(表1)

岩 体 (kg/m3)(MPa)(KPa)

坡积土21001500.382521

强风化泥灰岩230018000.326023

弱风化泥灰岩240026000.2613024

灰岩(基岩)240045000.1840035

2.2 初始应力场

岩体的初始应力场, 取正应力以压为正（在ansys中数值上表示为负）, 其大主应力方向在近地表呈不规则的锯齿型，深部接近水平，深部应力值为2.6MPa左右(图1)；小主应力方向在近地表处基本上与坡面轮廓线平行, 深部接近水平，深部应力值为0.57MPa左右(图2)。

2.3 开挖应力场

经计算, 在开挖过程中, 初始应力场不断受到扰动与调整, 开挖区左右及下部的扰动范围在1倍开口宽度以内, 开挖面附近大主应力方向接近垂直开挖面方向, 坡面局部地区由压应力变为拉应力,小主应力方向接近于平行开挖面方向,路基近表面是处于受拉状态。在左右坡脚处存在不同程度的应力集中现象,右边坡脚处最大压应力值为0.17MPa，左边坡脚处最大压应力0.98MPa。

2.4 受拉区域

边坡切削完成后，由于卸荷回弹，整个路基近表面及左切坡的第一台阶中部出现了拉应力区，并受地质构造等因素的影响而呈现出不同的分布形式。在路基上出现呈矩形状拉应力区，其大主应力值为30～75kPa，左切坡上有一个呈等边三角形状的拉应力区，其大主应力值为5～27kPa。

3 塑性区演变特征

根据计算区内的地层结构，在建模的时候分成四层不同岩性的岩体，该边坡分四个阶段开挖来分析其塑性区的演变情况。随开挖深度的增加, 塑性区范围不断增大。当开采深度达到一定深度, 边坡的稳定性就会受到很大威胁。

3.1 第一次开挖

第一次开挖主要是把近地表的坡积土挖除，兼挖强风化泥灰岩层上部，因为原地表斜坡比较陡峭，且开挖坡比高大(1∶0.5~1∶0.3)。此部分开挖后，观察有限元计算结果，可以看出在坡脚除出现了应力集中，并有小范围的塑性变形，其等效塑性应变区的值为：0.395×10-5～0.673×10-4 。

3.2 第二次开挖

第二次开挖是将强风化泥灰岩层切掉，坡脚已达到强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩交界处，坡脚虽然有应力集中现象，但是塑性区是出现在层间，与第一次开挖的塑性区是相连接的。塑性区外的弹性区应力有增加的趋势，这是因为此处岩体发生塑性变形，将应力释放转移到弹性区岩体内。塑性应变出现在坡面临空面，其等效塑性区内的值为：0.163×10-4～0.277×10-3 。

3.3 第三次开挖

第三次开挖是沿第二次开挖的基础上往下开挖5m左右，坡角处出现应力集中现场，并出现小范围的塑性区，在强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩的交界处的塑性区范围进一步扩大，并出现滑移变形。层间塑性区的等效塑性应变为：0.124×10-4～0.210×10-3；开挖坡脚塑性区的等效塑性应变为：0.124×10-4～0.111×10-3。

3.4 第四次开挖

此次开挖是将边坡切削到路基设计标高，整个路基是处在弱风化泥灰岩层中。强风化泥灰岩和弱风化泥灰岩交界处出现大面积的塑性区，坡脚排水沟处出现应力集中，有塑性区分布，并在路肩上了出现塑性变形。第三阶段的开挖坡脚塑性区消失，这是因为随着开挖的深入，此处的应力集中消失。层间塑性区的等效塑性应变为0.208×10-4～0.187×10-3 ，其值较第三阶段小，这是由于开挖卸荷后应力调整，使得部分变形反弹；坡脚塑性区的等效塑性应变为0.208×10-4～0.229×10-3 。

4 结论

（1）随着自上而下开挖推进, 应力不断调整，位移、塑性区范围也不断增大。开挖结束后, 左边坡脚处最大压应力0.98MPa 。虽然坡体总体上处于稳定状态, 但通过对应力、位移及塑性区计算结果分析知道,坡面出现了拉应力区,有局部破坏的危险，应力集中区坡脚处。

（2）随着开挖的进行，在强风化泥灰岩与弱风化泥灰岩交界处塑性区范围逐渐扩大，从云图中可以看出有向下滑移的趋势；坡脚处塑性区随着开挖的深入而位置也发生移动。

层状裂隙岩体中等效渗透性分析 篇4

通过解析法和数值方法对层状裂隙的渗透等效性进行了研究,分析了两种方法对等效性计算结果的.差异,得到不同分析方法的适用条件;分析了层状裂隙岩体中不同种类裂隙隙宽的变化对等效渗透性的影响,得到了层状裂隙岩体等效渗透性的一般规律.

作 者：杜慧丽 卢刚 DU Hui-li LU Gang 作者单位：杜慧丽,DU Hui-li(上海隧道工程股份有限公司,上海,82)

卢刚,LU Gang(江苏华东建设集团,江苏,南京,210000)

《建筑力学》教学大纲 篇5

适用专业：建筑工程技术 课程性质：专业基础课 学 时 数： 24 大纲执笔人：何冬

一、课程定位与目标

课程定位：本课程是建筑工程技术专业的一门必修专业基础课,主要研究结构受力及构件承载能力,是工程技术人员必备的知识。

课程目标：通过对结构、构件受力情况的分析和平衡状态的研究，学会分析工程结构的受力情况；研究结构、构件在载荷作用下的内力及变形规律；建立构件强度、刚度和稳定性计算的理论基础，保证结构、构件在既安全又经济的前提下工作。培养学生的分析问题、解决问题的抽象思维能力，培养认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。

二、课程内容及要求

（一）绪 论（2时）

教学重点、难点：

教学重点：强度、刚度、稳定性等概念；结构计算简图的简化要点；刚体及变形固体假定。

教学难点：结构计算简图。

教学内容和基本要求：

（1）了解建筑力学的任务及研究对象；（2）了解强度、刚度、稳定性的概念；（3）了解构件及杆件结构的分类；（4）掌握结构的计算简图；（5）掌握荷载的分类。

考核的主要知识与技能：

建筑力学的任务及研究对象；强度、刚度、稳定性的概念；刚体及变形固体假定，本课程的特点、内容、任务、学习方法。

（二）静力学基本概念与受力图（2时）

教学重点、难点：

教学重点：静力学公理；常见约束及其约束反力；物体的受力分析与受力图。

教学难点：物体的受力分析。

教学内容和基本要求：（1）了解力的基本概念；（2）掌握静力学公理；

（3）掌握约束类型及其约束反力；（4）掌握物体的受力分析与受力图。

考核的主要知识与技能：

力的基本概念；掌握静力学公理，约束类型及其约束反力；物体的受力分析与受力图。

（三）平面汇交力系和平面力偶系（2时）

教学重点、难点：

教学重点：平面汇交力系合成与平衡的解析法；合力投影定理；力矩与力偶的概念；合力矩定理；

教学难点：力矩与力偶

教学内容和基本要求：

（1）了解平面汇交力系合成与平衡的几何法；（2）掌握平面汇交力系合成与平衡的解析法；（3）掌握力矩与力偶；

（4）了解平面力偶系合成与平衡。考核的主要知识与技能：

平面汇交力系合成与平衡的几何法，平面汇交力系合成与平衡的解析法，力矩与力偶概念；平面力偶系合成与平衡。

（四）平面任意力系（2时）

教学重点、难点：

教学重点：平面任意力系的平衡条件及应用。

教学难点：平面任意力系的平衡条件及应用。

教学内容和基本要求：（1）了解平面任意力系的简化；

（2）掌握平面任意力系的平衡条件及应用；（3）掌握物体系的平衡计算。考核的主要知识与技能：

平面任意力系的简化，平面任意力系的平衡条件及应用，物体系的平衡计算。

（五）轴向拉伸、压缩与剪切（2时）教学重点、难点：

教学重点：轴向拉压杆的内力、应力及强度计算。

教学难点：内力、应力概念；剪切与挤压计算。

教学内容和基本要求：

（1）掌握轴向拉压杆的内力与轴力图；（2）了解轴向拉压杆的应力；

（3）了解轴向拉压杆的强度和变形计算；（4）掌握材料在拉伸和压缩时的力学性能；（5）掌握剪切与挤压实用计算。

考核的主要知识与技能: 轴向拉压杆的内力、应力及强度计算，剪切与挤压计算；理解内力、应力概念；材料在拉伸和压缩时的力学性能。

（六）组合变形计算（2时）

教学重点、难点：

教学重点：拉压与弯曲组合变形计算。

教学难点：斜弯曲、弯曲与扭转组合变形计算。

教学内容和基本要求：（1）了解斜弯曲梁的变形计算；（2）了解拉压与弯曲组合变形计算；（3）了解弯曲与扭转组合变形计算； 考核的主要知识与技能：

斜弯曲梁的变形计算，拉压与弯曲组合变形计算，弯曲与扭转组合变形计算。

（七）压杆稳定（2时）

教学重点、难点：

教学重点：压杆的临界力。

教学难点：压杆的临界力。

教学内容和基本要求：（1）了解压杆稳定的概念；（2）了解细长压杆的临界力；（3）掌握压杆的临界应力；（4）掌握压杆稳定计算。

考核的主要知识与技能：

压杆稳定的概念、细长压杆的临界力及压杆稳定计算。

（八）平面体系的几何组成分析（2时）

教学重点、难点：

教学重点：平面体系的几何组成分析。

教学难点：平面体系的几何组成分析。

教学内容和基本要求：

（1）掌握平面体系的几何组成规则及分析方法；（2）了解静定结构和超静定结构概念。

考核的主要知识与技能：

平面体系的几何组成规则及分析方法；了解静定结构和超静定结构概念。（九)静定结构的内力分析(2)教学重点、难点：

教学重点：单跨静定梁、静定平面刚架的内力计算。

教学难点：静定平面刚架、桁架、多跨梁计算。教学内容和基本要求：

（1）掌握单跨静定梁、多跨静定梁及斜梁的内力计算；（2）掌握静定平面刚架的内力计算；（3）了解静定平面桁架的内力计算。考核的主要知识与技能：

单跨静定梁、多跨静定梁及斜梁的内力计算，静定平面刚架的内力计算，了解静定平面桁架、拱的内力计算。

（十）静定结构的位移计算（2时）

教学重点、难点：

教学重点：图乘法计算位移。

教学难点：虚功原理。

教学内容和基本要求：（1）掌握虚功原理；

（2）了解单位荷载法计算位移；（3）掌握图乘法。

考核的主要知识与技能: 图乘法计算位移；单位荷载法计算位移。

（十一）力法（2时）教学重点、难点：

教学重点：力法的基本原理；力法解超静定梁和超静定刚架。

教学难点：力法解高次超静定刚架、桁架。教学内容和基本要求：

（1）了解超静定结构概念及超静定次数确定；（2）掌握力法的基本原理；（3）掌握力法典型方程；（4）掌握力法解超静定梁；（5）掌握力法解超静定刚架；（6）了解力法解超静定桁架；（7）了解力法解超静定排架。考核的主要知识与技能：

超静定结构概念及超静定次数确定；力法的基本原理，力法典型方程，力法解超静定梁，力法解超静定刚架；力法解超静定桁架、排架。

（十二）位移法（1）教学重点、难点：

教学重点：位移法的基本原理。

教学难点：位移法的基本原理；位移法计算无侧移刚架。教学内容和基本要求：（1）掌握位移法的基本原理；（2）掌握形常数和载常数；（3）掌握位移法的基本未知量；（4）掌握位移法典型方程；

（5）了解位移法计算连续梁和无侧移刚架；（6）了解直接平衡法解超静定结构。考核的主要知识与技能：

位移法的基本原理，形常数和载常数，位移法的基本未知量，位移法计算连续梁和无侧移刚架；直接平衡法解超静定结构。

三、本课程教学意见

《建筑力学》是一门计算性很强的课程，初学者往往因概念抽象，知识点多、计算量大而感到学习困难，教师要注重从以下几个方面做好学生引导工作：

1、注重基本概念、基本理论、基本方法的讲解，尤其对受力分析、力矩、截面法计算梁在受弯时的内力等问题要重点讲解；

2、理论联系实际，在讲解过程中要把工程实际中较简单受力问题转化为力学模型；

3、在授课过程中，注意知识的内在联系，讲清楚分析问题的常用方法和分析步骤。

4、在实际教学过程当中，教师要根据学生的专业情况、知识水平、教材版本，对部分内容要进行有重点的补充和删减。

四、本课程学业评价

（一）考核目的

检验学生通过学习，是否达到了《建筑力学》教学大纲的基本要求，检查学生对课程涉及的的基本知识、基本理论、基本方法和基本技能的掌握程度。

（二）考核方式及考核用时

考核包括平时考核和期末考核两部分组成，考核总成绩为100分（四舍五入取整数）。平时考核成绩占总成绩的40%，由作业成绩（占总成绩的20%）和平时测验成绩（占总成绩的20%）组成。其中，作业成绩登记10次：每次总分10分，共100分。期末考核成绩占总成绩的60%，采取闭卷笔试方式进行，试卷总分100分，考试时长为110分钟。

（三）命题要求

1、依据教学大纲命题，命题要突出教学的重点内容，要覆盖大纲中考核主要知识、技能的大部分；题型可以是填空、选择、判断、简答、证明、分析、计算等，但不能少于四种，题量适宜，难度适中。

2、A、B两套试卷，100分制，附参考答案和评分标准。

五、建议教材和教学参考书

1、建议教材

[1]梁圣复，《建筑力学》第2版，机械工业出版社，2012年6月；

[2]周国瑾，《建筑力学》，同济大学出版社，2002年10月。

2、教学参考书

《工程流体力学》教学大纲 篇6

英文名称：Engineering Fluid Dynamics

学时：64 学时（其中实验8学时）

先修课程：工程热力学、高等数学、普通物理

教学对象：热能动力工程及相关专业本科生

教材：工程流体力学（山东工业大学孔珑主编）（中国电力出版社）工程流体力学（归柯庭等编）（科学出版社）

教学目的：

本课程是热能动力工程专业本科生必修的三大专业基础课之一，是学生学习后继专业课程和从事本专业的科研、生产工作所必备的理论基础。通过本课程的学习，使学生掌握各种热力和其它设备中的流体平衡和流动的基本规律，深入了解流体绕过物体或流过某种通道时的速度分布、压强分布、能量损失及流体同固体间的相互作用，为以后从事相应的科学研究、工程应用和实际操作提高分析问题和解决问题的能力，提供坚实的理论基础。

教学要求：

本课程的教学与学习侧重于掌握流体力学的基本概念、基本规律、基本的计算方法和实验技能，会推导一些基本的公式和方程，明确这些公式的物理意义，同时结合课后的习题练习和实验操作，学会熟练应用这些基本公式，加深对流体平衡和流动的理解，为进一步研究特殊流体的流动和流体在热力设备中的特殊流动规律及相应的工程应用服务。本课程的前三章内容是整个课程的基础，必须重点掌握，第四章是流体力学试验研究的理论基础，第五、六章是热能动力工程中常见的管流计算，必须熟练应用，最后三章是前述内容的更深入化，为分析和进一步研究工程实际中的复杂流动奠定基础。

教学内容：

第一章绪论（4学时）

1、流体的定义和特征

2、流体连续介质的假设

3、作用在流体上的力

4、流体的特性及主要物性参数（粘性、密度等）

5、液体的表面性质

基本要求：

掌握流体连续介质的假设，了解作用在流体上的力和流体的主要物理性质、液体的表面性质。

重点：

流体的定义和特征、连续介质的假设、作用在流体上的力、流体的主要物理性质、液体的表面性质。

难点：

流体的连续介质的假设、流体的粘性和液体的表面张力等都是以前未曾接触过的新概念，必须准确理解。

第二章流体静力学（6学时）

1、流体的静压强及特性

2、流体平衡微分方程式

3、流体静力学基本方程式

4、绝对压强、计示压强、液柱式测压计

5、液体的相对平衡

6、静止液体作用在平面和曲面上的总压力

7、静止液体作用在物体上的浮力

基本要求：

掌握流体的静压强及特性、流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式的主要推导过程。了解工程上常用的压强的计示及测量方法。了解静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力。

重点：

掌握流体处于平衡状态的条件和压强的分布规律、平衡微分方程式、静力学基本方程式。

难点：

流体处于平衡状态的条件和压强的分布规律、平衡微分方程式、静力学基本方程式。

第三章流体运动的基本概念和基本方程（8学时）

1、研究流体流动的方法

2、流动的分类

3、迹线与流线

4、流管、流束、流量

5、系统与控制体

6、连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程

7、伯努利方程及其应用

8、沿流线主法线方向压强和速度的变化

9、粘性流体总流的伯努利方程

基本要求：

掌握流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法。广泛地深入地理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程。熟练掌握伯努利方程及其应用。

重点：

连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程、伯努利方程及其应用。

难点：

准确理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程的推导过程。熟练掌握伯努利方程及其应用。

第四章相似原理和量纲分析（4学时）

1、流动的力学相似

2、动力相似准则

3、流动相似条件

4、近似的模型试验

5、量纲分析法

基本要求：

掌握流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析法。

重点：

流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析法。几个重要的准则数（雷诺数、欧拉数、马赫数、柯西数、韦伯数等）的物理意义及其表达式。

难点：

相似原理和量纲分析法是以前未曾接触过的，但它们是最基本的试验研究的理论处理方法，必须熟练掌握。

第五章管流损失和水力计算（6学时）

1、管内流动的能量损失

2、粘性流体的两种流动状态、层流流动与紊流流动

3、管道入口段中的流动

4、沿程损失与局部损失

5、管道水力计算

6、液体的出流

7、水击、气穴、气蚀简介

基本要求：

熟练掌握工程上常见的和基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，熟练应用莫迪图。准确理解粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。

重点：

基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，莫迪图的应用。粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。

难点：

流体流动的能量损失的计算。粘性流体的层流流动与紊流流动的基本概念、分类。管道中流体的水力计算。

第六章气体的一维流动（6学时）

1、微弱扰动的一维传播、声速、马赫数

2、气流的特定状态和参考速度、速度系数

3、正激波

4、变截面管流

5、等截面摩擦管流、换热管流

基本要求：

掌握流体一维流动中的声速和马赫数的基本概念和计算过程。了解气流的特定状态和参考速度、速度系数，以及正激波的概念。掌握变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算。

重点：

微弱扰动的一维传播、声速、马赫数是本章的基本点。变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算是以后工程上经常碰到的基本工程问题的处理，必须深刻理解和掌握。

难点：

微弱扰动的一维传播过程。变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算。

第七章理想流体的有旋流动和无旋流动（10学时）

1、微分形式的连续方程、有旋流动、无旋流动

2、理想流体的运动微分方程、伯努利方程、定解条件

3、涡线、涡管、涡束、涡通量的介绍

4、速度环量、斯托克斯定理等

5、有势流动、速度势和流函数

6、几种简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加

7、平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动

8、叶栅的库塔—儒可夫斯基公式、库塔条件

基本要求：

掌握流体理想流体的有旋流动和无旋流动、相应运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。了解有势流动、速度势和流函数的概念。了解简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。

重点：

理想流体的有旋流动和无旋流动、相应的运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。有势流动、速度势和流函数的概念。简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。

难点：

有旋流动和无旋流动、相应的运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。有势流动、速度势和流函数的概念。简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。

第八章粘性流体绕过物体的流动（10学时）

1、不可压缩粘性流体的运动微分方程

2、不可压缩粘性流体的层流流动

3、边界层、层流边界层及其微分和积分方程

4、边界层的位移厚度和动量损失厚度

5、平板的层流边界层、紊流边界层、混合边界层的近似计算

6、曲面边界层的分离现象

7、绕过圆柱体的流动、卡门涡街；物体的阻力及阻力系数、边界层的控制

8、小雷诺数时绕过静止圆球的定常平行流

9、自由淹没射流

基本要求：

掌握不可压缩粘性流体的运动微分方程，明确边界层的概念与分类及其微分方程和积分方程，熟悉流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。了解边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算。了解边界层的控制方法。

重点：

边界层是粘性流体绕过物体流动时最基本的现象，而不可压缩粘性流体的运动微分方程，建立边界层的微分方程和积分方程是最基本的分析方法。必须熟悉流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。了解边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算，了解边界层的控制方法，为进一步分析工程实际和深入的试验研究时出现的边界层问题提供基本的理论基础。

难点：

不可压缩粘性流体的运动微分方程、边界层的微分方程与积分方程和流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算是本章的难点。

第九章气体的二维流动（2学时）

1、微弱扰动在空间的传播、马赫锥

2、微弱扰动波

3、斜激波

4、激波的反射和相交

5、激波与边界层的相互干扰

基本要求：

本章为超音速流动过程中出现的一些主要现象的描述和计算，只作一般了解。

实验安排（8学时）

1，流线演示2学时

2，沿程阻力的测定2学时

3，绕流圆柱体压力分布的测定2学时

4，伯努里方程的应用2学时

参考教材

1，华大学工程力学系编，流体力学基础，北京，机械工业出版社，上册1980，下册1982。

2，西安交通大学流体力学教研室编，江宏俊主编，流体力学，上下册，北京，高等教育出版社，1985。

岩体结构面力学特性的试验研究 篇7

1 试验材料与试验方案

1.1 试验设备

试验是在长春试验机研究所研制的CSS-1950岩石双轴流变试验机上进行的, 该机可同时或分别对试样施加垂直轴压缩 (拉伸) 负荷和水平轴压缩 (拉伸) 负荷, 能同时测试样双轴双测变形值。垂直轴最大压缩荷载500 kN, 拉伸300 kN;水平轴压缩300 kN。试验机采用伺服控制, 加压系统采用丝杠加压, 荷载采用加载速率控制, 试验负荷控制稳定性不大于1%FS, 变形测量精度0.000 1 mm, 能很好的满足试验精度要求, 见图1。

1.2 试件制备

考虑到天然岩体结构面的复杂性, 本次试验采用规则齿形结构面的水泥砂浆试件, 以降低结构面的复杂性, 进行结构面蠕变特性的基础研究。

为了避免由于试件材料强度和变形性质的差异而造成试验结果的差异, 每批试件都采用相同的材料, 相同材料配合比, 相同的养护时间, 同一规格的模子。试件规格:10 cm×10 cm×10 cm, 采用两种角度的爬坡角:20°, 30°。模型材料选用325标号水泥, 标准砂 (中砂) 和水, 按配合比水∶水泥∶砂=0.45∶1∶2的比例配制水泥砂浆, 充分搅拌后, 分层填筑到模具中, 充分振捣至密实。所有的试件制作均采用形同的分层、振捣等操作。模型成型2 d后拆模, 放置养护室养护, 养护时间不少于160 d。

1.3 试验方法及加载方式

该试验所用试件同样分为含有20°, 30°的结构面两种类型, 每种类型的试件同样分别进行不同应力水平的卸载试验。在进行剪切试验之前, 需要确定施加荷载的大小, 然后施加法向应力到预定值 (0.5σc, 0.4σc, 0.3σc, 0.2σc) 保持不变, 施加切向力至预定值 (小于该法向应力下发生破坏时的切向力) 也保持不变, 接着卸法向荷载至试件发生破坏。

2 试验数据及变形特性分析

2.1 卸载应力—位移曲线

由于结构面剪切变形的复杂性, 通常采用剪切刚度ks来对其进行简化描述, 同样可以采用法向刚度kn来描述其法向变形。根据试验结果可得到结构面应力—位移曲线如图2, 图3所示。

在结构面卸载剪切试验中, 所有试件都是先发生一定程度的爬坡效应之后再发生切齿效应而破坏的, 而不是单一爬坡效应或切齿效应破坏。

2.2 抗剪强度研究

抗剪强度是指岩体在一定的应力条件下 (主要指压应力) 所能抵抗的最大剪应力, 通常用τ表示, 用摩尔—库仑公式表示如下:

τ=σtanφ+c。

其中, σ为作用在破坏面上的正应力;φ为内摩擦角;c为内聚力。

岩体不是在简单的应力状态下发生破坏的, 而是在不同的正应力与剪应力组合下发生破坏的。因此, 可以根据试验结果得到的不同应力值在τ—σ坐标系中拟合出强度关系曲线, 从而求出抗剪强度参数 (见表1, 表2) 。

MPa

MPa

根据图4, 图5可以得到20°结构面cj=0.35, φj=43.6°, 30°结构面cj=0.35, φj=48.6°, 在卸载条件下, 结构面的综合抗剪强度参数cj随着齿形结构面爬坡角的增大而增大;结构面的综合抗剪强度参数φj也随齿形结构面爬坡角的增大而增大。随着结构面爬坡角的增大, 剪断齿尖的面积在增大, 齿的剪切抵抗力也增大, 因此, 结构面的综合抗剪强度参数cj, φj随爬坡角的增大而增大, 这与试验过程中所观察到的试件的破坏形态是相吻合的。

3 结语

1) 结构面卸载剪切试验中, 所有试件都是先发生一定程度的爬坡效应之后再发生切齿效应而破坏的, 而不是单一爬坡效应或切齿效应破坏;2) 结构面的综合抗剪强度参数cj, φj在卸载条件下随结构面爬坡角的增大而增大, 在结构面爬坡角相同时, 其切向刚度ks和法向刚度kn都随着正应力的增大而增大;3) 与常规剪切试验相比, 由于应力路径不同, 结构面在卸载条件下的扩容特性存在一定差异。

摘要：分析了当前各种工程中岩体所处的应力状态, 主要针对结构面在卸载条件下的力学特性进行了基础性的研究, 通过进行卸载下结构面的剪切试验, 获取了其相应的力学特性, 研究了在这样的力学条件下, 其强度、变形等力学特性的规律。

关键词：岩体结构面,卸载,扩容,力学特性

参考文献

[1]刘雄.岩石流变学概论[M].北京:地质出版社, 1994.

[2]尹显俊, 王光纶, 张楚汉.岩体结构面切向循环加载本构关系研究[J].工程力学, 2005, 22 (6) :97-103.

[3]沈明荣, 石振明, 张雷.不同加载路径对岩石变形特性的影响[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22 (8) :1234-1238.

[4]王冒成, 劭敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[5]孙钧.岩土材料流变及其工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.

《岩体力学》教学大纲 篇8

断层广泛存在于岩体中,对于含有断层的岩体来讲,其在地震或各类开挖影响下的破坏往往是沿着断层面发生的,其中,断层面的粗糙性质对岩体破坏具有很大的影响.在现场勘测并研究检验实地断层面具有分形性质的基础上,用数值模拟方法研究了含分形断层面岩体破坏过程的应力响应、应力场、变形场和破坏机理.利用Weaerstrass-Mandelbrot函数构造分形维数D分别为1.1,1.2,1.3,1.4,1.5的5条自仿射分形曲线,并构造于数值模拟模型中,实施开挖引起岩体沿断层面破坏的数值模拟.用大型通用有限元分析(FEA)软件--ANSYS进行了模拟分析,并与含平面断层岩体的滑移破坏情况进行了对比分析.模拟分析表明,断层存在对岩体中的应力分布和变形分布有着强烈的阻隔作用,而且断层面分形维数越小,这种阻隔作用就越强烈,断层面的分形维数D=1.5时的应力分布和变形分布较D=1.1,1.2,1.3,1.4时更为接近无断层时的情况;随着断层面分形维数的增加,断层上盘(破坏或移动盘)对下盘的`带动作用越来越大,断层面的分形维数D=1.1时的断层两侧岩体滑移落差值最接近于平面断层时的情况,断层露头处的台阶落差也最大,这与工程实际吻合.

作 者：于广明 张健 赵建锋 于英年 周革强 Yu Guangming Zhang Jian Zhao Jianfeng Yu Yingnian Zhou Geqiang 作者单位：于广明,张健,Yu Guangming,Zhang Jian(青岛建筑工程学院土木工程学院,青岛,266033)

赵建锋,Zhao Jianfeng(北京工业大学,北京,100022)

于英年,周革强,Yu Yingnian,Zhou Geqiang(青岛市建委,青岛,266033)