FLAC原理、實例與應用指南第四講(簡)

1、2022年年3月月24日日FLAC 實 例例 題（a1a）基本概念基本概念結(jié)構(gòu)面性質(zhì)結(jié)構(gòu)面性質(zhì)結(jié)構(gòu)面類型（按地質(zhì)成因分類）結(jié)構(gòu)面類型（按地質(zhì)成因分類）1.1.原生結(jié)構(gòu)面原生結(jié)構(gòu)面巖體在成巖過程中形成的結(jié)構(gòu)面。n沉積結(jié)構(gòu)面是沉積巖在沉積和成巖過程中形成的，有層理面、軟弱夾層、沉積間斷面和不整合面等。n巖漿結(jié)構(gòu)面是巖漿侵入及冷凝過程中形成的結(jié)構(gòu)面，包括巖漿巖體與圍巖的接觸面、各期巖漿巖之間的接觸面和原生冷凝節(jié)理等。n變質(zhì)結(jié)構(gòu)面在變質(zhì)過程中形成，分為殘留結(jié)構(gòu)面和重結(jié)晶結(jié)構(gòu)面。2.構(gòu)造結(jié)構(gòu)面構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 是巖體形成后在構(gòu)造應力作用下形成的各種破裂面，包括斷層、節(jié)理、劈理和層間錯動面等。3.次生結(jié)構(gòu)面次生

2、結(jié)構(gòu)面 是巖體形成后在外營力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)面，包括卸荷裂隙、風化裂隙、次生夾泥層和泥化夾層等。成因類型地質(zhì)類型主 要 特 征工程地質(zhì)評價產(chǎn) 狀分 布性 質(zhì)原生結(jié)構(gòu)面沉積結(jié)構(gòu)面1層理層面2軟弱夾層3不整合面、假整合面4沉積間斷面一般與巖層產(chǎn)狀一致，為層間結(jié)構(gòu)面海相巖層中此類結(jié)構(gòu)面分布穩(wěn)定，陸相巖層中呈交錯狀，易尖滅層面、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面較為平整；不整合面及沉積間斷面多由碎屑泥質(zhì)物構(gòu)成，且不平整國內(nèi)外較大的壩基滑動及滑坡很多由此類結(jié)構(gòu)面所造成的，如奧斯汀、圣弗朗西斯、馬爾帕塞壩的破壞，瓦依昂水庫附近的巨大滑坡巖漿巖結(jié)構(gòu)面1侵入體與圍巖接觸面2巖脈巖墻接觸面3原生冷凝節(jié)理巖脈受構(gòu)造結(jié)構(gòu)面控制，而原

3、生節(jié)理受巖體接觸面控制接觸面延伸較遠，比較穩(wěn)定，而原生節(jié)理往往短小密集與圍巖接觸面可具熔合及破碎兩種不同的特征，原生節(jié)理一般為張裂面，較粗糙不平一般不造成大規(guī)模的巖體破壞，但有時與構(gòu)造斷裂配合，也可形成巖體的滑移，如有的壩肩局部滑移變質(zhì)結(jié)構(gòu)面1片理2片巖軟弱夾層產(chǎn)狀與巖層或構(gòu)造方向一致片理短小，分布極密，片巖軟弱夾層延展較遠，具固定層次結(jié)構(gòu)面光滑平直，片理在巖層深部往往閉合成隱蔽結(jié)構(gòu)面，片巖軟弱夾層具片狀礦物，呈鱗片狀在變質(zhì)較淺的沉積巖，如千枚巖等路塹邊坡常見塌方。片巖夾層有時對工程及地下洞體穩(wěn)定也有影響構(gòu)造結(jié)構(gòu)面1節(jié)理（X型節(jié)理、張節(jié)理）2斷層（沖斷層、捩斷層、橫斷層）3層間錯動4羽狀裂隙、

4、劈理產(chǎn)狀與構(gòu)造線呈一定關(guān)系，層間錯動與巖層一致張性斷裂較短小，剪切斷裂延展較遠，壓性斷裂規(guī)模巨大，但有時為橫斷層切割成不連續(xù)狀張性斷裂不平整，常具次生充填，呈鋸齒狀，剪切斷裂較平直，具羽狀裂隙，壓性斷層具多種構(gòu)造巖，成帶狀分布，往往含斷層泥、糜棱巖對巖體穩(wěn)定影響很大，在上述許多巖體破壞過程中，大都有構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的配合作用。此外常造成邊坡及地下工程的塌方、冒頂次生結(jié)構(gòu)面 1卸荷裂隙2風化裂隙3風化夾層4泥化夾層5次生夾泥層 受地形及原結(jié)構(gòu)面控制分布上往往呈不連續(xù)狀，透鏡狀，延展性差，且主要在地表風化帶內(nèi)發(fā)育一般為泥質(zhì)物充填，水理性質(zhì)很差在天然及人工邊坡上造成危害，有時對壩基、壩肩及淺埋隧洞等工程亦

5、有影響，但一般在施工中予以清基處理 結(jié)構(gòu)面類型（按結(jié)構(gòu)面類型（按成因分類）成因分類）1 1、張性結(jié)構(gòu)面、張性結(jié)構(gòu)面是由拉應力形成的，如羽毛狀張裂面、縱張及橫張破裂面、巖漿巖中的冷凝節(jié)理等n特點：張開度大、連續(xù)性差、形態(tài)不規(guī)則、面粗糙，起伏度大及破碎帶較寬,易被充填,常含水豐富，導水性強n2 2、剪性結(jié)構(gòu)面、剪性結(jié)構(gòu)面是剪應力形成的，破裂面兩側(cè)巖體產(chǎn)生相對滑移，如逆斷層、平移斷層以及多數(shù)正斷層等。n特點：連續(xù)性好，面較平直，延伸較長并有擦痕鏡面等。結(jié)構(gòu)面的規(guī)模n級 指大斷層或區(qū)域性斷層?？刂乒こ探ㄔO(shè)地區(qū)的地殼穩(wěn)定性，直接影響工程巖體穩(wěn)定性；n級 指延伸長而寬度不大的區(qū)域性地質(zhì)界面。n級 指長度數(shù)

6、十米至數(shù)百米的斷層、區(qū)域性節(jié)理、延伸較好的層面及層間錯動等。 、級結(jié)構(gòu)面控制著工程巖體力學作用的邊界條件和破壞方式，它們的組合往往構(gòu)成可能滑移巖體的邊界面，直接威脅工程安全穩(wěn)定性n級 指延伸較差的節(jié)理、層面、次生裂隙、小斷層及較發(fā)育的片理、劈理面等。是構(gòu)成巖塊的邊界面，破壞巖體的完整性，影響巖體的物理力學性質(zhì)及應力分布狀態(tài)。 級結(jié)構(gòu)面主要控制著巖體的結(jié)構(gòu)、完整性和物理力學性質(zhì)，數(shù)量多且具隨機性，其分布規(guī)律具統(tǒng)計規(guī)律，需用統(tǒng)計方法進行研究。n級 又稱微結(jié)構(gòu)面。常包含在巖塊內(nèi)，主要影響巖塊的物理力學性質(zhì)，控制巖塊的力學性質(zhì)。結(jié)構(gòu)面連續(xù)性分級表 描述跡長（m）很低連續(xù)性20結(jié)構(gòu)面間距分級表描述間距（

7、mm）極密集的間距6000巖塊的變形與強度性質(zhì)巖塊的變形與強度性質(zhì)常見巖石的變形模量和泊松比巖石名稱變形模量（104MPa）泊松比巖石名稱變形模量（104MPa）泊松比初始彈性初始彈性花崗巖265100.20.3片麻巖181100.220.35流紋巖285100.10.25千枚巖、片巖0.25180.20.4閃長巖7107150.10.3板巖25280.20.3安山巖5105120.20.3頁巖13.5280.20.4輝長巖7117150.120.2砂巖0.581100.20.3輝綠巖8118150.10.3礫巖0.58280.20.3玄武巖6106120.10.35灰?guī)r185100.20.3

8、5石英巖6206200.10.25白云巖48480.20.35大理巖19190.20.35常見巖石的抗壓強度 巖石名稱 抗壓強度（MPa） 巖石名稱 抗壓強度（MPa）巖石名稱抗壓強度（MPa）輝長巖180300輝綠巖200350頁巖10100花崗巖100250玄武巖150300砂巖20200流紋巖180300石英巖150350礫巖10150閃長巖100250大理巖100250板巖60200安山巖100250片麻巖50200千枚巖、片巖10100白云巖80250灰?guī)r20200巖石名稱 抗拉強度（MPa） 巖石名稱 抗拉強度（MPa）巖石名稱抗拉強度（MPa）輝長巖1536花崗巖725頁巖210

9、輝綠巖1535流紋巖1530砂巖425玄武巖1030閃長巖1025礫巖215石英巖1030安山巖1020灰?guī)r520大理巖720片麻巖520千枚巖、片巖110白云巖1525板巖715結(jié)構(gòu)面的變形與強度性質(zhì)結(jié)構(gòu)面的變形與強度性質(zhì)巖體的變形性質(zhì)巖體的變形性質(zhì)幾種巖體用不同試驗方法測定的彈性模量巖體的變形模量比巖塊的小，而且受結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度及風化程度等因素影響十分明顯。不同地質(zhì)條件下的同一巖體，其變形模量相差較大。試驗方法不同、壓力大小不同，巖體變形模量不同。巖體的強度性質(zhì)巖體的強度性質(zhì)計算模型網(wǎng)格 邊界條件 煤層開采前的應力分布 煤層開采前的應力分布 煤層開采前的應力分布 二、計算方案三、計算結(jié)果分

10、析上分層開挖后的變形 上分層開挖后的應力y 在上分層右下角應力集中最明顯，壓應力y由開挖前13.08MPa，開挖后升高為79.98MPa，是開挖前的6.115倍。 2下分層開挖后的變形 下分層開挖后的應力y 3模擬綜采對應力、變形影響應力y 壓應力y最大值在上分層邊界右側(cè)23米處，應力值高達111.5MPa。 從上分層邊界至綜采區(qū)留八米煤柱（無支架）的附近局部圖可以看出，煤柱已有較大區(qū)域破壞。 從上分層邊界至綜采區(qū)留八米煤柱（無支架）的附近局部圖可以看出，煤柱有較大的側(cè)向位移 4模擬綜采對應力、變形影響變形圖 應力y圖 壓應力y最大值發(fā)生在綜采區(qū)邊界左側(cè)1.01.5米處，應力值高達117.5M

11、Pa。 局部應力y圖 局部變形圖 局部位移圖 例 題 1分析與思考例 題 2分析與思考例 題 3分析與思考例 題 4分析與思考例 題 5分析與思考例 題 6分析與思考例 題 7分析與思考例 題 8分析與思考例 題 9例 題 10分析與思考例 題 11分析與思考初始條件對這種潛在問題，例1提供了一套命令來假定初始應力并和指定的邊界應力相平衡。均勻材料考慮應力梯度例2 考慮重力梯度的初始應力狀態(tài)謹慎使用INITIAL命令指定變量例3 APPLY和INITTAL命令的格式非均勻材料考慮應力梯度例4 在非均勻材料中初始化應力梯度非均勻網(wǎng)格的應力初始化程。非均勻網(wǎng)格的內(nèi)部壓實改變模型后的初始應力速率的初

12、始化加載和順序建模在需要改變荷載或者定義順序分析的階段時，應遵循下列原則：對順序建模的推薦方法材料開挖對地面響應的影響本構(gòu)模型的選擇本構(gòu)模型概述材料特性固有的可變形特性這些值應該同排水常量K和 做比較，以估計運算收斂率的影響。FLAC中使用排水特性進行機械力流動的耦合計算，記住這一點是重要的。巖石強度準則。經(jīng)典強度準則莫爾庫侖準則的破壞機理22sin3131ctg（1） 莫爾庫侖準則的不變量表示：c31sin1sin1sin1cos2Cc03tctc/,031222)245()245(sin1sin1tgtgctg2450由式（1）推出：（2）其中為塑性指數(shù) ；當時，c1；為拉壓指數(shù)。破壞方向角破壞方向角1n（） 優(yōu)點優(yōu)點 同時考慮了拉剪和壓剪應力狀態(tài)；可判斷破壞面的方向。強度曲線向壓區(qū)開放，說明 與巖石力學性質(zhì)符合。tc莫爾強度理論莫爾強度理論（Mohr 1900年提出，莫爾強度準則）莫爾包絡線基本思想基本思想以（脆性材料、鑄鐵） 試驗