摘要：节理岩体的尺寸效应是其内在结构复杂性的体现,应归因于岩体内裂隙网络系统的存在。提出在岩体结构宏观分区的基础上研究表征单元体,应用分形几何的观点进行研究。结果表明,分区内岩体结构具有统计自相似性。进一步的计算表明,用于描述岩体结构特征的分形维数随岩石试样尺寸的增加而减小;但当尺寸增加到某特定值时,分形维数趋于稳定,将此特定值称为结构表征单元体,即尺寸大于结构表征单元体的样本其结构具有代表性。根据表征单元体的定义,尺寸大于表征单元体的岩体试样,其力学性质具有代表性;而结构相似是性质相似的前提,由此可以推知,结构表征单元体为表征单元体取值的下限。

摘要：裂隙岩体的表征单元体(REV)是岩体力学中的一个基础性概念,一直是学者们关注的焦点。结合近年来的研究成果,对裂隙岩体表征单元体最新研究进展进行全面、详细地介绍,从表征单元体研究角度与参数、研究方法以及量化方法3个主要方面进行阐述。将探讨裂隙岩体表征单元体的角度归纳为结构面及块体几何参数、岩体力学参数和水力学参数3个方面;研究方法主要包括统计学方法、解析法和数值分析法,对这些方法的研究现状进行介绍;最后对量化岩体REV尺度的常用方法进行概括总结,包括直观判断、误差及变异系数判别法、假设检验、曲线拟合法和灰关联分析。为相关研究提供一定的参考和指导。

摘要：岩体中的结构面对岩体等效物理力学参数有重要影响,当岩体体积大于表征单元体体积(REV)时,岩体等效参数趋于稳定。以新疆提依尔金矿为工程背景,使用Matlab软件,采用蒙特卡洛方法进行岩体结构面网络三维模拟,建立了与实际岩体具有相同统计特征的结构面三维模型;通过定义REV指标,综合确定岩体表征单元体为13m×13m×13m,约为最大节理迹长的3.7倍,为后续研究提供了基础数据。

摘要：柱状节理岩体地质成因特殊,地质结构特点与常见岩体有很大不同,成规则或不规则柱状排列,其裂隙统计及节理的随机模拟方法也与常见岩体采用的方法不尽相同。根据白鹤滩水电站柱状节理岩体的地质构造特点及现场统计资料,以其中最为常见的一类柱状节理为例,引入Voronoi方法对其进行随机模拟,并将随机模型导入3DEC,生成三维随机柱状节理模型进行数值试验,得出其表征单元体(REV)尺度约为典型节理迹长的3～4倍。同时数值试验结果表明,平行于柱轴向(y方向)与垂直于柱轴向(x-z方向)的弹性模量及泊松比值相差较大,柱状节理显示有强烈的各向异性。x-z方向弹性模量及泊松比值相差较小,在REV尺度下可近似认为x-z方向材料性质相同,将柱状节理视为横观各向同性体进行计算和分析。

摘要：节理岩体的力学特性与其赋存的应力状态密切相关,已有的岩体表征单元体确定方法均没有考虑围压对表征单元体尺寸的影响。以某公路隧道为工程背景,采用三维离散元数值方法,对此问题进行研究。基于现场大量节理量测,统计出研究区岩体的优势节理组,建立岩体结构模型及三维离散元数值模型,模拟岩体的压缩试验,研究不同围压条件下表征单元体尺寸及岩体变形和力学特性的变化规律。结果表明:当围压小于20 MPa时,表征单元体尺寸随围压增加呈正相关增大;当围压大于20 MPa时,表征单元体尺寸不受围压影响,保持不变。当围压小于60 MPa时,岩体承载力随围压增加呈正相关增大;当围压大于60 MPa时,岩体承载力不随围压增加而变化。岩体的轴向应变、横向应变和体积应变随围压的变化规律也表现出明显的围压效应。

摘要：多孔介质内部组成结构复杂,热质传递过程多变,如何针对多孔介质的微观孔隙分布特性,建立更加精准的分析模型,有待深入研究。基于表征单元体(representative elementary volume,REV)概念,提出了孔隙型多孔介质的两种微观物理模型,即空心骨架基元模型和实心颗粒基元模型,分别建立了相应的热导率计算公式。针对孔隙内的微观结构特征,采用分形方法,对两种基元模型进行了分形修正,更好地表征了微观孔隙结构。基于所建模型,进行了模拟计算,探讨了相关参数对多孔介质导热特性的影响。通过自主研发的实验装置进行了相关实验,验证了模型的准确性。

摘要：寒区土壤的导热特性与土壤的组成结构和孔隙数量、大小及其内部物质的相态等因素有关。本文以孔隙度作为代表性状态变量,给出了含冰非饱和土壤的表征单元体(REV)选取方法,建立了2个考虑冻融的条件的含冰非饱和土壤导热分析的REV模型:简化体积加权REV模型和精细体积加权REV模型,据此给出了宏观导热分析模型;并以冬季寒区土壤为例进行了土壤导热分析计算,讨论了含冰非饱和土壤导热系数与相关参数(孔隙率、含水率、含冰率和迂曲度等)的变化特性。本文所建模型,推动了表征非饱和土壤导热特性的方法的进步。

摘要：岩石中裂隙分布对岩石的宏-微观力学性质和微裂纹的发育演化规律具有重要影响。研究含有1组裂隙岩体的单轴压缩强度、起裂强度、损伤强度等岩体宏观力学参数,研究含有1组裂隙岩体的微裂纹发育数量和演化分布规律,揭示裂隙岩体在压缩作用下裂纹扩展的细观力学响应机制。表征单元体的尺寸是裂隙平均迹长的数倍,综合考虑岩石模型、裂隙分布和计算能力,选取裂隙岩体的计算范围为15 m×15 m。研究结果表明:裂隙的倾角、迹长都对裂隙岩体的宏观力学特性存在重要影响;只含有第1组、第2组裂隙的岩体存在明显的脆性特征,峰值强度较高,脆性破坏最终形成清晰的宏观裂纹,破坏带清晰;只含有第3组裂隙的岩体和包含3组裂隙的岩体存在明显的塑性特征,塑性破坏的剪切带不如脆性破坏清晰,模型呈多点粉碎性破坏;同时包含3组裂隙的岩体模型的特征与只含有第3组裂隙的岩体模型特征相近,说明第3组裂隙对岩体的影响最大。

摘要：现有等效方法难以考虑岩体力学参数的各向异性,基于统计优势结构面理论,提出研究岩体各向异性的等效“层理”方法。首先,在利用ShapeMetrix 3D测量系统进行现场结构面实测和室内常规试验基础上,采用真实破裂过程分析(RFPA)软件进行了岩体力学参数尺寸效应的研究,分析了表征单元体(Representative Elementary Volume, REV)力学特性的各向异性,确定了各向异性力学参数。然后,基于优势结构面理论,根据弹性主方向确定了等效“层理”方向。最后,采用横观各向同性弹性损伤理论和有限元方法,分析了不同等效层理下巷道围岩变形与破坏的特点。研究表明,节理角度不同,损伤分布区域存在明显差异,其分布情况基本上与岩体等效“层理”方向呈互相垂直的分布关系。等效“层理”方向同样会影响巷道顶板的最大主应力,因此,巷道支护设计考虑岩体的各向异性才能更好地保证矿山工程的安全性。

摘要：考虑到釉面膨胀系数对陶瓷表面微裂纹的影响,研究设计了一种陶瓷表面微裂纹扩展模拟方法。将釉面视为陶瓷基体材料中包裹的球状颗粒,基于球状颗粒半径趋于无穷大的情形,计算陶瓷材料与界面垂直的表面微裂纹的应力强度因子,然后分析热膨胀系数差对应力强度因子的影响并构建数字模型,建立符合Weibull分布的陶瓷表征单元体。从热传导和热膨胀系数等角度出发,模拟陶瓷表面微裂纹扩展情况。实验结果表明:裂纹扩展长度与膨胀系数成正比,当膨胀系数为10时,陶瓷试件表面微裂纹扩展迅速;陶瓷试件的水平方向应力随着膨胀系数的增加而增加;陶瓷表面微裂纹的长度与宽度与应力强度因子数值成正比。