等效巖體技術在巖體工程中的應用分析

邵偉立

摘要：隨著我國經濟的高速發展與科技的不斷創新，進而帶動了我國礦業的不斷發展與進步。然而在礦產被開采的過程中，巖體工程的實施與開展對于礦產的開發與挖掘起到了至關重要的作用。其中等效巖體技術作為巖體工程實施與開展的核心，正在不斷的引起了國家和相關企業的高度重視，因此本文主要根據等效巖體技術在巖體工程中的應用進行分析。

關鍵詞：等效巖體技術；巖體工程；應用分析

引言

眾所周知，巖體作為一種地質體，在經歷多次反復的地質作用后，造成了不同程度上的變形破壞，進而形成一定的巖石成分和結構面。其中節理作為結構面中重要的一種，在一定程度上可以引起巖體的尺寸效應。所謂尺寸效應就是巖體內部的強度與硬度與巖體的尺寸形成反比，同時由于節理的存在，巖體在外荷載作用下所表現出的特征為各向異性。在工程設計中巖石力學與工程應用的基礎工作便是對于巖石的質量評價，在此過程中，雖然巖石節理力學試驗對于巖石質量評價比較細致科學，并且還可以真實的反映出節理巖體的力學行為，但是由于在實行過程中受到經費的限制，所以這種方法在絕大程度上不能夠完全被采用。然而現階段普遍采用的都是具有一定經驗基礎以及進行實際觀察的巖體分類法，這種方法沒有完全考慮巖體各向異性以及尺寸效應對于力學參數的影響。因此等效巖體技術的展開在一定程度上促進了巖體工程的全面進展。

1 等效巖體構成要素

1.1 黏結顆粒模型

等效巖體技術是建立在生成和測試三維數值計算模型基礎之上的，在這其中主要包括兩項關鍵性技術，其一是黏結顆粒模型，其二是三位結構面網絡模型。其中黏結顆粒模型主要用于模擬完整的巖塊在外荷載的作用下，巖塊內部結構發生改變、遭到破壞以及聲發射等巖石力學行為。其次黏結顆粒模型的建立理論主要采用離散單元的方法，通過此方法可以更好的模擬出圓形顆粒介質的運動狀態，并且也能夠模擬出其內部的相互作用原理。其中顆粒之間相互作用的模型主要有接觸剛度模型、滑動模型以及黏結模型等。

1.2 光滑節理模型

光滑節理模型也是等效巖體構成的重要組成部分，其原因主要是因為在黏結顆粒模型建立的基礎上，一般采用黏結接觸面以及一定厚度的軟弱材料進而對巖體中的節理進行描述。但是在這兩種方法采用的過程中都還面臨著許多的不足，其中采用黏結接觸面來描述巖體中的節理時，顆粒與顆粒之間常常表現出許多“顛簸”的效應，這在一定程度上完全不符合節理巖體的力學效應。其次當采用一定厚度的軟弱材料來描述巖體節理的過程中，當巖體節理結構面很小時，其中微小的結構面顆粒將會導致顆粒流數值計算方法的難度加大。并且當不同形狀的結構面同時存在時，黏結接觸面以及一定厚度的軟弱材料這兩種方法便不能科學、等效的建立相應的計算模型。因此光滑節理模型概念的提出，在很大程度上解決了這一項問題，其主要原因是因為光滑節理模型的形狀為圓盤形，這一形狀的產生可以不必考慮顆粒間的接觸方向，進而在顆粒體中生成任意產狀的結構面。同時該模型的建立也允許了兩個接觸顆粒可以沿著結構面平行滑動，這在極大程度上消除了顆粒在黏結接觸面滑動時所產生的“顛簸”效應。

2 等效巖體技術的工程應用

2.1 黏結顆粒模型材料參數標定

隨著等效巖體技術在巖體工程中的不斷應用，其中對于等效巖體的材料分析也就變得十分重要。在對等效巖體材料進行數值試驗分析之前，首先要對等效巖體的材料力學參數上進行標定，其中對于黏結顆粒模型材料的參數標定也是極其重要的一部分。顆粒流數值計算的方法通過顆粒生成計算模型，并且通過該計算模型對顆粒級黏結的力學參數進行選取，其中可以在此模型的基礎上對黏結顆粒賦予假定的細觀力學參數，然后進行數值試樣實驗。將假定的力學參數與實際測量出的力學參數進行對比，發現其數據中所存在的差別，進而對細觀的力學參數進行調整。當所試驗的結果與計算的結果數值基本上相同時，便可以在實際黏結顆粒計算模型中應用此組細觀的力學參數。通過所采用的細觀力學參數的細致性以及準確性，進而保證了等效巖體技術在巖體工程中能夠更好的應用。

2.2 光滑節理模型力學參數標定

在等效巖體技術實施的過程中不但要對黏結顆粒模型的材料進行參數標定，也要對光滑節理模型的力學參數進行標定。通過對邊坡巖體節理工程的節理粗糙度、硬度以及巖石節理力學試驗，進而可以對光滑節理模型的力學參數進行標定。其中根據現場工程地質勘測的數據顯示：在邊坡巖體節理工程參數中，跡線長參數的均值為9.11米、方差為11.60米；裂隙密度的均值為3.17條/米、標準偏差為0.29條/米；間距參數的均值為0.47米、方差為0.46米。所計算出的光滑節理模型力學參數中法向剛度為80/GPa；切向剛度為8/GPa；其內摩擦角為35度；膨脹角為0度；黏聚力為2.5/MPa。

2.3 等效巖體計算模型的建立

等效巖體技術主要內容包括黏結顆粒模型的構建以及三維結構面網絡模型的構建，由于顆粒生成的模型尺度較大，并且需要的顆粒數目也較多，因此要采用黏結顆粒模型與光滑節理模型相結合。在光滑節理模型所構成的三維結構面網絡模型的基礎上，運用連續的周期邊界技術或者非連續的周期邊界技術來建立黏結顆粒模型，這在一定程度上可以降低建造模型所消耗的時間，并且光滑節理模型所構成的三維結構面網絡嵌入到黏結顆粒模型中，這在極大程度上可以真實的反映出巖石節理分布的狀態，并且可以通過所反映出來的狀態，能夠科學、等效的建立出所對應的巖體模型，進而對等效巖體的力學性質進行研究。

結語

隨著時代的不斷進步與科技的不斷創新，等效巖體技術作為我國巖體工程開展的一項重要技術，已經在不斷的深入到每一項巖體工程當中，隨著等效巖體技術的全面實施，進而促進了企業對于巖體工程的順利開展，也在一定程度上為企業能夠更好的挖掘礦產提供了保障，進而促進了企業的經濟效益，為企業的不斷發展奠定了堅實的基礎。

參考文獻

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