FLAC原理、实例与应用指南第四讲(简)

1、2022年年3月月24日日FLAC 实 例例 题（a1a）基本概念基本概念结构面性质结构面性质结构面类型（按地质成因分类）结构面类型（按地质成因分类）1.1.原生结构面原生结构面岩体在成岩过程中形成的结构面。n沉积结构面是沉积岩在沉积和成岩过程中形成的，有层理面、软弱夹层、沉积间断面和不整合面等。n岩浆结构面是岩浆侵入及冷凝过程中形成的结构面，包括岩浆岩体与围岩的接触面、各期岩浆岩之间的接触面和原生冷凝节理等。n变质结构面在变质过程中形成，分为残留结构面和重结晶结构面。2.构造结构面构造结构面 是岩体形成后在构造应力作用下形成的各种破裂面，包括断层、节理、劈理和层间错动面等。3.次生结构面次生

2、结构面 是岩体形成后在外营力作用下产生的结构面，包括卸荷裂隙、风化裂隙、次生夹泥层和泥化夹层等。成因类型地质类型主 要 特 征工程地质评价产 状分 布性 质原生结构面沉积结构面1层理层面2软弱夹层3不整合面、假整合面4沉积间断面一般与岩层产状一致，为层间结构面海相岩层中此类结构面分布稳定，陆相岩层中呈交错状，易尖灭层面、软弱夹层等结构面较为平整；不整合面及沉积间断面多由碎屑泥质物构成，且不平整国内外较大的坝基滑动及滑坡很多由此类结构面所造成的，如奥斯汀、圣弗朗西斯、马尔帕塞坝的破坏，瓦依昂水库附近的巨大滑坡岩浆岩结构面1侵入体与围岩接触面2岩脉岩墙接触面3原生冷凝节理岩脉受构造结构面控制，而原

3、生节理受岩体接触面控制接触面延伸较远，比较稳定，而原生节理往往短小密集与围岩接触面可具熔合及破碎两种不同的特征，原生节理一般为张裂面，较粗糙不平一般不造成大规模的岩体破坏，但有时与构造断裂配合，也可形成岩体的滑移，如有的坝肩局部滑移变质结构面1片理2片岩软弱夹层产状与岩层或构造方向一致片理短小，分布极密，片岩软弱夹层延展较远，具固定层次结构面光滑平直，片理在岩层深部往往闭合成隐蔽结构面，片岩软弱夹层具片状矿物，呈鳞片状在变质较浅的沉积岩，如千枚岩等路堑边坡常见塌方。片岩夹层有时对工程及地下洞体稳定也有影响构造结构面1节理（X型节理、张节理）2断层（冲断层、捩断层、横断层）3层间错动4羽状裂隙、

4、劈理产状与构造线呈一定关系，层间错动与岩层一致张性断裂较短小，剪切断裂延展较远，压性断裂规模巨大，但有时为横断层切割成不连续状张性断裂不平整，常具次生充填，呈锯齿状，剪切断裂较平直，具羽状裂隙，压性断层具多种构造岩，成带状分布，往往含断层泥、糜棱岩对岩体稳定影响很大，在上述许多岩体破坏过程中，大都有构造结构面的配合作用。此外常造成边坡及地下工程的塌方、冒顶次生结构面 1卸荷裂隙2风化裂隙3风化夹层4泥化夹层5次生夹泥层 受地形及原结构面控制分布上往往呈不连续状，透镜状，延展性差，且主要在地表风化带内发育一般为泥质物充填，水理性质很差在天然及人工边坡上造成危害，有时对坝基、坝肩及浅埋隧洞等工程亦

5、有影响，但一般在施工中予以清基处理 结构面类型（按结构面类型（按成因分类）成因分类）1 1、张性结构面、张性结构面是由拉应力形成的，如羽毛状张裂面、纵张及横张破裂面、岩浆岩中的冷凝节理等n特点：张开度大、连续性差、形态不规则、面粗糙，起伏度大及破碎带较宽,易被充填,常含水丰富，导水性强n2 2、剪性结构面、剪性结构面是剪应力形成的，破裂面两侧岩体产生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等。n特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面等。结构面的规模n级 指大断层或区域性断层。控制工程建设地区的地壳稳定性，直接影响工程岩体稳定性；n级 指延伸长而宽度不大的区域性地质界面。n级 指长度数

6、十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好的层面及层间错动等。 、级结构面控制着工程岩体力学作用的边界条件和破坏方式，它们的组合往往构成可能滑移岩体的边界面，直接威胁工程安全稳定性n级 指延伸较差的节理、层面、次生裂隙、小断层及较发育的片理、劈理面等。是构成岩块的边界面，破坏岩体的完整性，影响岩体的物理力学性质及应力分布状态。 级结构面主要控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，数量多且具随机性，其分布规律具统计规律，需用统计方法进行研究。n级 又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。结构面连续性分级表 描述迹长（m）很低连续性20结构面间距分级表描述间距（

7、mm）极密集的间距6000岩块的变形与强度性质岩块的变形与强度性质常见岩石的变形模量和泊松比岩石名称变形模量（104MPa）泊松比岩石名称变形模量（104MPa）泊松比初始弹性初始弹性花岗岩265100.20.3片麻岩181100.220.35流纹岩285100.10.25千枚岩、片岩0.25180.20.4闪长岩7107150.10.3板岩25280.20.3安山岩5105120.20.3页岩13.5280.20.4辉长岩7117150.120.2砂岩0.581100.20.3辉绿岩8118150.10.3砾岩0.58280.20.3玄武岩6106120.10.35灰岩185100.20.3

8、5石英岩6206200.10.25白云岩48480.20.35大理岩19190.20.35常见岩石的抗压强度 岩石名称 抗压强度（MPa） 岩石名称 抗压强度（MPa）岩石名称抗压强度（MPa）辉长岩180300辉绿岩200350页岩10100花岗岩100250玄武岩150300砂岩20200流纹岩180300石英岩150350砾岩10150闪长岩100250大理岩100250板岩60200安山岩100250片麻岩50200千枚岩、片岩10100白云岩80250灰岩20200岩石名称 抗拉强度（MPa） 岩石名称 抗拉强度（MPa）岩石名称抗拉强度（MPa）辉长岩1536花岗岩725页岩210

9、辉绿岩1535流纹岩1530砂岩425玄武岩1030闪长岩1025砾岩215石英岩1030安山岩1020灰岩520大理岩720片麻岩520千枚岩、片岩110白云岩1525板岩715结构面的变形与强度性质结构面的变形与强度性质岩体的变形性质岩体的变形性质几种岩体用不同试验方法测定的弹性模量岩体的变形模量比岩块的小，而且受结构面发育程度及风化程度等因素影响十分明显。不同地质条件下的同一岩体，其变形模量相差较大。试验方法不同、压力大小不同，岩体变形模量不同。岩体的强度性质岩体的强度性质计算模型网格 边界条件 煤层开采前的应力分布 煤层开采前的应力分布 煤层开采前的应力分布 二、计算方案三、计算结果分

10、析上分层开挖后的变形 上分层开挖后的应力y 在上分层右下角应力集中最明显，压应力y由开挖前13.08MPa，开挖后升高为79.98MPa，是开挖前的6.115倍。 2下分层开挖后的变形 下分层开挖后的应力y 3模拟综采对应力、变形影响应力y 压应力y最大值在上分层边界右侧23米处，应力值高达111.5MPa。 从上分层边界至综采区留八米煤柱（无支架）的附近局部图可以看出，煤柱已有较大区域破坏。 从上分层边界至综采区留八米煤柱（无支架）的附近局部图可以看出，煤柱有较大的侧向位移 4模拟综采对应力、变形影响变形图 应力y图 压应力y最大值发生在综采区边界左侧1.01.5米处，应力值高达117.5M

11、Pa。 局部应力y图 局部变形图 局部位移图 例 题 1分析与思考例 题 2分析与思考例 题 3分析与思考例 题 4分析与思考例 题 5分析与思考例 题 6分析与思考例 题 7分析与思考例 题 8分析与思考例 题 9例 题 10分析与思考例 题 11分析与思考初始条件对这种潜在问题，例1提供了一套命令来假定初始应力并和指定的边界应力相平衡。均匀材料考虑应力梯度例2 考虑重力梯度的初始应力状态谨慎使用INITIAL命令指定变量例3 APPLY和INITTAL命令的格式非均匀材料考虑应力梯度例4 在非均匀材料中初始化应力梯度非均匀网格的应力初始化程。非均匀网格的内部压实改变模型后的初始应力速率的初

12、始化加载和顺序建模在需要改变荷载或者定义顺序分析的阶段时，应遵循下列原则：对顺序建模的推荐方法材料开挖对地面响应的影响本构模型的选择本构模型概述材料特性固有的可变形特性这些值应该同排水常量K和 做比较，以估计运算收敛率的影响。FLAC中使用排水特性进行机械力流动的耦合计算，记住这一点是重要的。岩石强度准则。经典强度准则莫尔库仑准则的破坏机理22sin3131ctg（1） 莫尔库仑准则的不变量表示：c31sin1sin1sin1cos2Cc03tctc/,031222)245()245(sin1sin1tgtgctg2450由式（1）推出：（2）其中为塑性指数 ；当时，c1；为拉压指数。破坏方向角破坏方向角1n（） 优点优点 同时考虑了拉剪和压剪应力状态；可判断破坏面的方向。强度曲线向压区开放，说明 与岩石力学性质符合。tc莫尔强度理论莫尔强度理论（Mohr 1900年提出，莫尔强度准则）莫尔包络线基本思想基本思想以（脆性材料、铸铁） 试验