岩石节理非线性变形分析模型及其应用

"岩石节理非线性变形分析 (1998年) - 北方交通大学学报" 本文深入探讨了岩石节理在受到荷载作用时所表现出的非线性变形特性，由乔春生和张清两位作者在1998年发表于北方交通大学的学术论文中提出。他们提出了一种创新的节理模型，该模型不仅能够描述塑性剪切变形和剪胀现象，还特别考虑了法向应力导致的节理张裂与闭合的非线性行为。这一模型对于理解地下工程和边坡的稳定性具有重要意义，同时也有助于进行渗流与应力的耦合分析。 在岩石力学中，节理是影响岩体性能的关键因素。节理的存在使得原本连续的岩体变得不连续，降低了其整体性和强度。节理的特性，如闭合状态、填充物、壁面粗糙度以及岩性和变质程度，都会显著影响岩石的力学响应。传统的线性模型往往无法准确反映这些复杂的现象，因此，非线性模型的提出显得尤为必要。 新模型基于塑性理论，通过数学方法推导得出，能够更真实地模拟实际工况下的节理行为。其中，塑性剪切变形描述了节理在剪切应力作用下发生永久形变的能力，而剪胀则反映了节理在剪切过程中体积增加的现象。更重要的是，模型考虑了法向应力对节理的影响，当法向应力增大时，节理可能会张开，而在应力减小时闭合，这种张裂与闭合的动态过程在许多地质工程问题中起着关键作用。 在应用方面，该模型可以被纳入有限元方法（FEM）中，用于地下工程如隧道挖掘、矿井开采的安全评估，以及边坡稳定性分析。此外，由于模型能够处理渗流与应力的相互作用，因此也适用于分析地下水活动如何影响岩体的稳定性和变形特性，这对于地下水资源管理和地质灾害防治至关重要。 这篇论文提出的非线性节理模型为理解和预测岩石节理在不同条件下的行为提供了强大的工具，对于提升地质工程设计和风险评估的精确性具有深远影响。通过这一模型，工程师和科学家能够更好地模拟和控制因节理非线性变形引发的各种工程问题，从而确保工程项目的安全性和经济性。