D0I:10.13374/j.issn1001053x.1997.01.023 第19卷第4期 北京科技大学学报 Vol.19 No.4 1997年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1997 岩体工程系统失稳的能量突变 判断准则及其应用 蔡美峰 孔广亚 贾立宏 北京科技大学资源上程学院，北京100083 摘要在明确区分了岩石材料的破坏与岩石工程系统失稳破坏不同含义的基础上，提出了在用 有限元计算模拟地下岩石开挖工程和实际工程设计中，不应简单地将岩石材料的破杯与岩石工 程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点，运用系统能量的原理，借助突变理论的方法， 导出了岩体工程开挖系统失稳破坏的能量突变准则，并将其引人有限元程序中，用以判断岩体工 程系统失稳的可能性.通过对金川二矿区大面积无矿柱胶结允填采场稳定性的有限元模拟分析， 证明所提出观点和判断准则是正确的，具有一定的实用价值， 关键词岩体工程，破坏准则，能量原理，突变理论 中图分类号TD301 本文将以岩石材料破坏的判断准则为基础，以系统能量分析的方法，建立起岩体工程系 统的应变能突变破坏准则，用以分析研究岩体工程稳定性问题. 1工程岩体系统破坏失稳的能量突变准则 1.1岩石及岩体工程系统的破坏准则 一般认为：岩石破坏是一种与它的某种利用性质改变或消失对应的力学状态；而岩石工 程陂坏是一种与它的某种使用功能改变或消失对应的工程状态.工程系统的失稳的直接原因 是由于岩石材料的破坏，但岩石材料破坏不等于工程系 统就一定会失稳破坏m, 岩石破坏的判断可由加载岩块试件的应力、应变全 过程曲线看出，如图1所示.加载过程可分为2阶段：OA 段，岩石处于稳定变形状态，严格地说岩石处于内部裂 纹增加的微观破坏阶段；AB段，岩石处于不稳定变形阶 段，此时岩石产生宏观破坏现象，A点为危险状态点，或 强度极限，一般岩石达到A点便认为已被破坏 图1岩石应变全过程的o一e曲线 判断岩石破坏最常用的准则是摩尔一库仑准则和格里斯准则，其破坏时所对应的应力 关系式为f(g00)=0. 1996-04-09收稿 第-作若男54岁教授博上第 91卷 第 4期 19 9 7年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r a l o n U f n i v e r s i ty o f Sc i e e a n c n d T e e h n o l o g y e i B j i n g o l V . 19 o N . 4 A u g . 19 9 7 岩体工程系 统失稳 的能量突变 判 断准则及其应 用 蔡美 峰 孔 广亚 贾立 宏 北 京科 技 大学 资源 工 程 学 院 , 北 京 10 0 83 摘要 在明 确 区分 了岩 石材料的破坏 与岩石 工 程 系 统失稳破坏 不 同含义 的基础上 , 提 出了在 用 有限元计算模 拟地 下岩石 开挖 工程和 实 际 工 程 设计 中 , 不 应 简单地将岩石 材料 的破 坏与 岩石 工 程系统 的破 坏用同样的破坏 准则加 以判 断的观点 . 运用 系 统能量的原理 , 借助 突变理论 的方法 , 导出了岩体工程开 挖系统失稳破坏 的 能量 突变准则 , 并将其 引人 有限 元程 序 中 , 用 以 判 断岩体工 程 系统失稳的可 能性 通过 对金川二矿区 大 面积无矿 柱胶结 充填 采场稳定性 的有 限 元模拟分析 , 证 明所提出观点 和判断准则是正 确的 , 具有一 定的实用 价值 . 关键词 岩体工程 , 破坏准则 , 能量原理 , 突变理论 中图分类号 T D 3 0 1 本 文将 以 岩 石材 料破 坏 的判 断准则 为基 础 , 以 系 统能 量分 析 的方 法 , 建立起 岩 体 工程 系 统的应 变能 突变破 坏准则 , 用 以 分析研 究岩 体工 程稳 定性 问题 . 1 工 程 岩体 系 统破坏失稳的能量突 变准 则 1 . 1 岩 石及岩 体工程 系统 的破 坏准 则 一般 认 为: 岩 石破 坏是 一种 与 它 的某 种利 用性 质 改变 或 消失 对应 的 力学 状态 ; 而 岩石 工 程 破 坏是 一 种 与它 的某 种使 用功能 改变 或消 失对 应的 工程状 态 . 工 程系 统的失 稳的直 接 原 因 是 由于 岩 石材 料 的破 坏 , 但 岩 石材 料破 坏不 等于 工 程系 统 就一 定 会失稳 破坏 川 . 岩 石 破坏 的判 断 可 由加载 岩块 试件的应 力 、 应 变全 过程 曲线看 出 , 如 图 l 所示 . 加载 过程 可分 为 2 阶段 : O A 段 , 岩 石 处 于 稳 定变 形 状 态 , 严 格地 说 岩 石 处 于 内部 裂 纹 增加 的微 观破 坏 阶段 ; A B 段 , 岩石处 于 不稳定 变 形阶 段 , 此 时 岩石 产生 宏 观破 坏现 象 . A 点 为危 险状 态点 , 或 强度极 限 , 一般 岩石 达到 A 点 便 认 为已 被 破坏 2[] . 《) 图 l 岩石应变全过程的a 一: 曲线 判断 岩石破 坏最 常 用的准 则是 摩 尔 一 库仑 准则 和格 里 斯 准则 , 其破坏 时 所 对应 的应 力 关 系式 为f (a 1 . , a Z , a 卜 0 19 9 6 一 0 4 一 0 9 收稿 第一 作者 男 5 4 岁 教授 博 上 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. 04. 023