计算机模拟试验技术优化方案

在目前的工程设计中,为获取工程岩体介质的力学参数,通常要进行现场岩体力学试验。然而由于地质体结构的复杂、试验技术与条件的限制等因素,现场试验成果往往数量有限,它既难于全面反映岩体工程中的地质信息,也难于认识岩体力学特征的规律性。计算机摸拟试验技术是近几年发展起来的新技术,并在三峡船闸高边坡岩石力学参数的研究上获得应用。

(1)岩块单轴抗压与抗拉试验的计算机摸拟。所采用的摸拟方法与软件是3D-FLAC2.0,通过建立岩石的σ-δ 本构关系,由应变直接计算应力,从而在计算机上获取岩块的σ-δ 曲线。通过与岩石在RMT 试验机上所完成的实验结果进行比较,证明了计算机摸拟试验所获得的岩石应力应变全过程曲线是有效的和可靠的。

(2)不同结构形式岩体的现场承压板试验计算机摸拟。现场承压板试验的实质是将各向异性的岩体等效为各向同性的岩石介质,按照半无限体受均布荷载问题的理论进行试验,以得到工程上方便实用的弹性(或变形)模量。根据现场承压板试验的尺寸,在计算机上构件10m×10m×10m 的立方体试件模型(其加荷面积与现场试验相当),试件的长、宽、高均在加荷范围的9倍以上。为方便结果分析,按照船闸边坡的惯例,取轴线方向为X 向、垂直轴线方向为Y 向、铅直向为Z 向,对模型试件进行有限元网格剖分,采用8节点单元,共剖分结点531个,单元400个。通过有限元计算,获取模型试件的σ-δ 曲线,求得模型试件的弹性(变形)模量。(www.xing528.com)

(3)不同结构形式岩体三轴抗压试验的计算机摸拟。同现场承压板试验一样,三轴抗压试验的计算机摸拟试验仍然是将各向异性的岩体等效为各向同性的岩体介质,采用各向同性理论去指导计算机模拟试验。选取30m×30m×30m 的立方体作为试件,其坐标系的选择与承压板试验相同,对试件采用6×6的有限元网格剖分,单元总数216,结点总数343,在试件的底部采用法向约束。对岩体结构的三个方向,依次选其中的一个方向作为轴压方向,其他方向作为围压方向。模拟试验时,首先施加2MPa的围压,然后再分四级施加4MPa、6MPa、8MPa、10MPa的轴压,根据应力路径,采用模拟试验软件求得各级荷载下的位移与应力,利用计算机技术绘制应力差与变增量的关系(Δσ-Δδ)曲线,然后根据该曲线计算弹性模量。如此共进行了9个方案的摸拟试验,获取了三轴压缩摸拟试验三个方向的应力应变曲线。

计算机摸拟试验技术对三峡工程中岩石力学参数研究有重要的辅助作用,无论是岩块应力应变全过程的计算机摸拟,还是现场承压板试验的计算机摸拟,它既促进了工程师对三峡工程花岗岩岩体力学特性的认识,也有效地推动了计算机摸拟试验技术的工程应用。