岩石力学实验报告_岩石力学实验报告
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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、auto CAD 2006;
3、matlab 6.5软件；
4、microsoft office 2003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auto CAD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、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 σx 7.402573 5.352823 4.553373 3.119851 2.883026
σy 5.89742731 5.967177408 5.146626914 6.09014932 3.22697392
τxy 1.96052 0.76029 0.04486 0.42586 0.56961
x坐标-16.2352-8.7352 1.7393 7.3222-0.3815
y坐标 14.604 14.604 14.0014 13.0728 20.9622
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:0.22 G =5.1230e+003 l =4.0252e+003 a =1.4271e+004 即求得理塘G =370.3704；l =864.1975；a =1.6049e+003
5.3、在利用auto CAD 的测量距离方法，得出理塘、雅江、呷巴、长河坝、乾宁的坐标，求得的数据如表2：
地名 E(MPa)μ λ G α x坐标 理塘 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-121764 雅江 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-65514 呷巴 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08 13044.75 长河坝 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08 54916.5 乾宁 12500 0.22 4025.1756 5122.95082 14271.08-2861.25
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=[ α 0 2*α*X 0 a*Y 0 λ 0 2*λ*Y λ*X λ 0 2*λ*X 0 λ*Y 0 α 0 2*α*Y α*X 0 1 0 2*Y X 1 0 2*X 0 Y ];b=[σx;σy;τxy/G];
y坐标 109530 109530 105011 98046 157217 A*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, 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
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, 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-09 5.6、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=σx λ*A1+2λX*A3+λY*A5+α*B2+2αY*B4+αX*B5=σy B1+2X*B3+Y*B5+A2+2Y*A4+X*A5=τxy/G 求得的实验数据见表3：
X σy Y σx τxy-270030.1-300000 26.10190827 23.443972-3.3845051-248837-300000 26.01878553 22.919628-3.1933399-236123.4-300000 25.96892114 22.60508-3.0786621-196566.8-300000 25.81377387 21.6264-2.7218553-184185.2-300000 25.76521133 21.320064-2.6101715-153965.8-300000 25.64668607 20.572399-2.3375878-123746.4-300000 25.52816081 19.824733-2.0650041-93526.95-300000 25.40963555 19.077067-1.7924204-60145.15-300000 25.2787069 18.25116-1.4913115-26763.34-300000 25.14777826 17.425253-1.1902025 6618.4692-300000 25.01684961 16.599346-0.8890936 45416.512-300000 24.86467765 15.639435-0.5391294 73948.703-300000 24.75276995 14.933514-0.2817648 104011.98-300000 24.6348571 14.189711-0.0105895 134075.26-300000 24.51694425 13.445909 0.26058577 164138.53-300000 24.3990314 12.702106 0.53176105 175764.95-300000 24.35343079 12.414454 0.63663307 217176.63-300000 24.19100772 11.389878 1.01017268 258588.32-300000 24.02858465 10.365302 1.38371229-300000 267798.0381-0.913855697 6.8671631-3.0855215-300000 235596.0762 0.624976383 7.8493492-3.1178096-300000 203394.1143 2.163808463 8.8315352-3.1500977-300000 158059.4885 4.330209902 10.214278-3.1955536-300000 124366.9978 5.940269739 11.241926-3.2293362-300000 90674.50712 7.550329576 12.269575-3.2631188-300000 56982.01644 9.160389413 13.297223-3.2969014-300000 42538.32465 9.850608735 13.737767-3.3113838-300000 10072.42382 11.40205364 14.728004-3.3439365-300000-22393.477 12.95349854 15.71824-3.3764892-300000-49054.7592 14.22755869 16.531431-3.4032218-300000-75716.0413 *** 17.344622-3.4299544-300000-113096.701 17.28792486 18.484762-3.4674351-300000-150477.361 19.07423088 19.624903-3.5049157-300000-187858.021 20.8605369 20.765043-3.5423964-300000-225238.68 22.64684292 21.905184-3.579877-300000-262619.34 24.43314895 23.045324-3.6173577-300000-300000 26.21945497 24.185465-3.6548383
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：maximum shear strain图
图3：strength factor 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，处理实验数据花了一定的时间，利用公式xy2(xy2)2x2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，auto CAD 2006，matlab 6.5软件以及microsoft office 2003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。
