岩石力学-实验报告

岩石力学-实验报告

岩石力学与工程 实验报告 一、实验目的

1、熟悉运用岩石力学的phase软件；

2、运用岩石力学的基本理论，来计算某地的地应力值。 二、实验软件

1、岩石力学phase软件； 2、autocad2006; 3、matlab6.5软件；

4、microsoftoffice2003软件。 三、实验方法与步骤

1、选取九龙河溪古水电站地质构造带作为实验基础，并用运用autocad软件绘制将该地区的断层、节理等地质构造单元；

2、在phase软件中导入已绘制各种边界（断裂边界、材料边界、boundry）；

3、进行网格划分；

4、定义材料，并将所计算的模型设置正确的材料颜色； 5、运用matlab软件进行数据处理和计算；

5.1、已知理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的最大主应力及最小主应力，利用工程力学的力学计算方法，将已知应力点的σ

—1—

1、σ

3、最大主应力方向转换成σx、σy、τxy、τyx.可得出如表1所示的的实验数据：

地名理塘雅江呷巴长河坝乾宁σx7.4025735.3528234.5533733.1198512.883026

σ

y5.897427315.9671774085.1466269146.090149323.22697392

τxy1.960520.760290.044860.425860.56961 x坐标-16.2352-8.73521.73937.3222-0.3815 y坐标14.60414.60414.001413.072820.9622 表格1：将σ 1、σ3转化为σ x、σy的数据表

5.2、运用matlab软件编程，求出各个地区的ν、λ、α值令e=e;v=ν；l=λ；a=α；yanshi1的源程序：

e=input（'请输入e的值：'）;v=input（'请输入v的值：'）;g=e/[2*（1+v）]l=e*v/[（1+v）*（1-2*v）]a=l+2*g对于⑤古生代到三叠纪的变质分布有：e=12500mpa，0.22运行matlab程序：yanshi1请输入

e

的值：12500

请输入

v

的值：

0.22g=5.1230e+003l=4.0252e+003a=1.4271e+004即求得理塘g=370.3704；l=864.1975；a=1.6049e+003

5.3、在利用autocad的测量距离方法，得出理塘、雅江、呷

—2—

巴、长河坝、乾宁的坐标，求得的数据如表2：

地名

e（mpa）μλgαx

坐标理塘

雅呷长乾河

江巴坝宁

125000.224025.17565122.9508214271.08-121764125000.224025.17565122.9508214271.08-65514125000.224025.17565122.9508214271.0813044.75125000.224025.17565122.9508214271.0854916.5125000.224025.17565122.9508214271.08-2861.25

表格2：各个地区的x，y坐标

5.4、建立matlab的矩阵模型，求出系数a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，b3，b4，b5

matlab的矩阵模型如下：

a=[α02*α*x0a*y0λ02*λ*yλ*xλ02*λ*x0λ*y0α02*α*yα*x0102*yx102*x0y];b=[σx;σy;τxy/g];

y坐标10953010953010501198046157217a*x=b； 即可得如下的系数矩阵：

a=[14271，0，-3475388088，0，1563111392，0，4025.2，0，881760312，

-490124453

14271，0，-1869900588，0，1563111392，0，4025.2，0，881760312，

-263706953

14271，0，372324682，0，1498604846，0，4025.2，0，

—3—

845376529.2，

52507929

14271，0，1567426743，0，1399214466，0，4025.2，0，789309518.4，221049896

14271，0，-81667225，0，2243636672，0，4025.2，0，1265655712，-11517305

4025.2，0，-980248906，0，440880156，0，14271，0，3126205260，-1737694044

4025.2，0，-527413906，0，440880156，0，14271，0，3126205260，-934950294

4025.2，0，105015858，

0，422688265，0，14271，0，2997209691，186162341 4025.2，0，442099792，

0，394654759，0，14271，0，2798625024，783713372 4025.2，0，-23034610，

0，632827856，0，14271，0，4487273343，-40833612 0， 1，

0，219060，-121764，1， 0，-243528， 0， 109530

—4—

0， 1，

0，219060，-65514， 1，

0，-131028， 0， 109530 0， 1，

0，210021，13044.8，1，0，26089.6， 0， 105010.5 0， 1，

0，196092，54916.5，1，0，109833， 0， 98046 0， 1，

0，314433，-2861.3，1，—5—

0，-5722.6， 0， 157216.5];

b=[-5.89743;-5.96718;-5.14663;-6.09015;-3.22697;-7.4026;-5.3528;-4.5534;-3.1199;

-2.883;0.000382689;0.000148407;0.000008756;0.000083127;0.000111185];5.5、利用以上模型来求解，从中任意选取10组可求a1，a2，a3，a4，a5和b1，b2，b3，b4，b5的值分别如下：

a1=-0.0007，a2=0，a3=-1e-10，a4=-1e-09，a5=3e-09，b1=0.00013，b2=-0.0003，b3=-2e-09，b4=6.5e-10，b5=1.7e-095.6、根据以上的系数a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，b3，b4，b5可将研究区域的不同坐标值找出，利用以下式子求出σx，σy，τxy值：α*a1+2αx*a3+αy*a5+λ*b2+2λy*b4+λx*b5=σxλ*a1+2λx*a3+λy*a5+α*b2+2αy*b4+αx*b5=σyb1+2x*b3+y*b5+a2+2y*a4+x*a5=τxy/g求得的实验数据见表3：

x

σ

yy

σ

x

τ

xy-270030.1-30000026.1019082723.443972-3.3845051-248837-30000026.0187855322.919628-3.1933399-236123.4-30000025.9689211422.60508-3.0786621-196566.8-30000025.8137738721.6264-2.7218553-184185.2-30000025.7652113321.320064-2.6101715-153965.8-30000025.6466860720.572399-2.3375878-123746.4-30000025.5281608119.824733-2.0650041-93526.95-30000025.4096355519.0

—6—

77067-1.7924204-60145.15-30000025.278706918.25116-1.4913115-26763.34-30000025.1477782617.425253-1.19020256618.4692-30000025.0168496116.599346-0.889093645416.512-30000024.8646776515.639435-0.539129473948.703-30000024.7527699514.933514-0.2817648104011.98-30000024.634857114.189711-0.0105895134075.26-30000024.5169442513.4459090.26058577164138.53-30000024.399031412.7021060.53176105175764.95-30000024.3534307912.4144540.63663307217176.63-30000024.1910077211.3898781.01017268258588.32-30000024.0285846510.3653021.38371229-300000267798.0381-0.9138556976.8671631-3.0855215-300000235596.07620.6249763837.8493492-3.1178096-300000203394.11432.1638084638.8315352-3.1500977-300000158059.48854.33020990210.214278-3.1955536-300000124366.99785.94026973911.241926-3.2293362-30000090674.507127.55032957612.269575-3.2631188-30000056982.016449.16038941313.297223-3.2969014-30000042538.324659.85060873513.737767-3.3113838-30000010072.4238211.4020536414.728004-3.3439365-300000-22393.47712.9534985415.71824-3.3764892-300000-49054.759214.2275586916.531431-3.4032218-300000-75716.041315.5016188417.344622-3.4299544-300000-113096.70117.2879248618.484762-3.4674351-300000-150477.36119.0742308819.624903-3.5049157-300000-187858.02120.860536920.765043-3.5423964-300000-225238.6822.6468429221

—7—

.905184-3.579877-300000-262619.3424.4331489523.045324-3.6173577-300000-30000026.2194549724.185465-3.6548383

表格3：不同坐标的应力值5.7、在phase中设定边界应力值导入所求的模型，即可得到所需的实验模型。模型如图1所示：

图1：实验模型图 四、实验成果

由以上的模型，在phase软件中经过计算，可建立如下图所示的成果：

图2：maximumshearstrain图 图3：strengthfactor图

五、实验中遇到的问题及心得体会

本题是岩石力学的基本实验之一，旨在通过学习了一些岩石力学的基本知识，来实地计算某地的地应力。本题以九龙河溪古水电站地质构造为实验数据的基础，来对该地区的地应力值进行了定量的计算。实验的过程中，由于是第一次接触岩石力学phase软件，也遇到了一定的问题。具体来说可以概括如下：

1、工程力学基础知识学得不是特别的扎实，致使在已知了理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的最大主应力及最小主应力后，

x

x

y2）2

y2

x2花费了一定的时间，此题可用应力圆的方

法来计算，使问题得到一定的简化。

2、由于知识的局限性，所学的matlab知识也不是特别的熟

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练。此题本来也可以excel来解决问题，求解线性方程组也有一定的方便，但关于这方面的知识自己学得不是特别的精通，致使用了matlab软件来解决。本题在一定的程度上也反映matlab的局限性，如在求解的过程中，可从中选取任意15个线性方程组中的10组数据来解决需要求的系数a1，a2，a3，a4，a5，b1，b2，b3，b4，b5。但matlab不能够显示数据过于小的数据，因此在运行的过程中，会遇到显示-inf的情况，此方式就表示了在matlab的情况下，不能正常的显示数据。如果采用excel来解决问题，或许不会遇到这样类似的问题。

3、实验过程中，对计算模型的思路不清晰。致使在做题的过程中，在得出一些实验数据之后，不能进行下一步的正确操作。只有在等到老师讲解了一些相关的步骤之后，才会有一定的思路。同是，对模型也不是特别的清楚，由于phase软件全部是英文的命令，所以在操作的过程中，也有了一定的难度。在实验时，我不仅遇到了一些难题，而且还转了一定的圈子。比如在添加在phase软件中设定边界应力值时，由于不知道实验的条件，所以给模型的四周都设定了边界的应力值，但之后在计算时，却出现了一定的问题。之后经过老师的讲解，才知道另外两边的值是不需要加的。这不仅给计算的过程带来了冗杂，而且也浪费了不少的时间。

通过本次实验，我也深刻的认识到了自己所学的知识的局限性。岩石力学phase软件，autocad2006，matlab6.5软件以及

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microsoftoffice2003软件这些有用的学习软件，在以后学习的过程中我一定要抽空来熟练这些软件的。同时，我也深刻地认识到了计算机软件对工程类的巨大作用。通过对一些实验数据的收集，在软件中解决这些实际的问题，的确给我们的学习和工作带来了一定的方便。特别是对于这研究地质类的软件来说，我想如果可以的话，还可以考虑地震力的作用，来研究和预测地震，这些都是有极大地帮助。或者将所研究的模型来通过进一步的研究，并考虑其他的因素，来分析不同地质深度的地应力的变化情况，以对研究地质构造将有极大的帮助。

通过本次实验，我也只是分析和计算了岩石力学实验的一些初级东西。由于phase软件的强大性，我想通过一定的方式，还可以从模型中研究出一些新的东西，这对于学习本软件和岩石力学更深的知识，都是有极大的帮助的。当然，这些也只有通过以后进一步的学习了。

最后，感谢王老师给我们这样的一次实验机会，也感谢她在实验过程中给我的指导和帮助。

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