Predicción de la Resistencia al Corte en Planos Estructurales Anisotrópicos Considerando Efectos de Tamaño
Autores: Ma, Wei-Bin; Zou, Wen-Hao; Zhang, Jin-Long; Li, Gan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Predicción de la Resistencia al Corte en Planos Estructurales Anisotrópicos Considerando Efectos de Tamaño
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Comportamiento mecánico
Planos estructurales anisotrópicos
Resistencia al corte
Pruebas numéricas
Prueba de laboratorio
Corte directo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Es esencial elucidar el comportamiento mecánico de corte de los planos estructurales para evaluar el riesgo a las masas rocosas y protegerlas de fallos por corte. La investigación actual sobre el comportamiento mecánico de corte se centra en planos estructurales isotrópicos con la misma litología a ambos lados. Sin embargo, los planos estructurales anisotrópicos, comúnmente encontrados en la naturaleza, pueden exhibir un comportamiento mecánico único que difiere de los planos estructurales isotrópicos. Por lo tanto, es necesario estudiar los factores que afectan la resistencia al corte de los planos estructurales anisotrópicos. En este documento, se llevaron a cabo pruebas numéricas de corte directo en planos estructurales anisotrópicos utilizando el código de elementos discretos tridimensional (3DEC) basado en la prueba de laboratorio. Los resultados de las pruebas numéricas ilustran que el error entre la resistencia al corte máxima de la prueba numérica y la prueba de laboratorio está básicamente dentro del 10%. Las curvas de esfuerzo cortante-desplazamiento de las pruebas numéricas y de laboratorio son similares, lo que verifica la precisión de la prueba numérica. De acuerdo con las secciones estándar de Barton, se establecieron modelos de planos estructurales anisotrópicos con diferentes rugosidades y tamaños, y se llevaron a cabo pruebas numéricas de corte directo con diferentes esfuerzos normales. Para predecir la resistencia al corte máxima de los planos estructurales anisotrópicos, se seleccionaron ciento ochenta y una series de datos de pruebas numéricas de corte directo. Se utilizaron como parámetros de entrada el esfuerzo normal, la rugosidad, la resistencia a la compresión de las masas rocosas blandas y duras, el ángulo de fricción básico de las masas rocosas blandas y duras, y el tamaño del plano estructural para establecer un modelo de red neuronal de retropropagación (BP). Los resultados de la investigación muestran que, bajo condiciones idénticas, la resistencia al corte de los planos estructurales anisotrópicos disminuye a medida que aumenta el tamaño del plano estructural. Por el contrario, la resistencia al corte aumenta con el aumento de la rugosidad del plano estructural y el esfuerzo normal. Para el modelo de predicción de la red neuronal BP, el error cuadrático medio (RMSE) y el coeficiente de determinación (R) del conjunto de entrenamiento son 0.441 y 0.957. Para el conjunto de prueba, el RMSE es 0.489 y R es 0.947, lo que indica que los valores predichos están en buena concordancia con los valores reales.
Descripción
Es esencial elucidar el comportamiento mecánico de corte de los planos estructurales para evaluar el riesgo a las masas rocosas y protegerlas de fallos por corte. La investigación actual sobre el comportamiento mecánico de corte se centra en planos estructurales isotrópicos con la misma litología a ambos lados. Sin embargo, los planos estructurales anisotrópicos, comúnmente encontrados en la naturaleza, pueden exhibir un comportamiento mecánico único que difiere de los planos estructurales isotrópicos. Por lo tanto, es necesario estudiar los factores que afectan la resistencia al corte de los planos estructurales anisotrópicos. En este documento, se llevaron a cabo pruebas numéricas de corte directo en planos estructurales anisotrópicos utilizando el código de elementos discretos tridimensional (3DEC) basado en la prueba de laboratorio. Los resultados de las pruebas numéricas ilustran que el error entre la resistencia al corte máxima de la prueba numérica y la prueba de laboratorio está básicamente dentro del 10%. Las curvas de esfuerzo cortante-desplazamiento de las pruebas numéricas y de laboratorio son similares, lo que verifica la precisión de la prueba numérica. De acuerdo con las secciones estándar de Barton, se establecieron modelos de planos estructurales anisotrópicos con diferentes rugosidades y tamaños, y se llevaron a cabo pruebas numéricas de corte directo con diferentes esfuerzos normales. Para predecir la resistencia al corte máxima de los planos estructurales anisotrópicos, se seleccionaron ciento ochenta y una series de datos de pruebas numéricas de corte directo. Se utilizaron como parámetros de entrada el esfuerzo normal, la rugosidad, la resistencia a la compresión de las masas rocosas blandas y duras, el ángulo de fricción básico de las masas rocosas blandas y duras, y el tamaño del plano estructural para establecer un modelo de red neuronal de retropropagación (BP). Los resultados de la investigación muestran que, bajo condiciones idénticas, la resistencia al corte de los planos estructurales anisotrópicos disminuye a medida que aumenta el tamaño del plano estructural. Por el contrario, la resistencia al corte aumenta con el aumento de la rugosidad del plano estructural y el esfuerzo normal. Para el modelo de predicción de la red neuronal BP, el error cuadrático medio (RMSE) y el coeficiente de determinación (R) del conjunto de entrenamiento son 0.441 y 0.957. Para el conjunto de prueba, el RMSE es 0.489 y R es 0.947, lo que indica que los valores predichos están en buena concordancia con los valores reales.