节理岩体的一维动态等效连续介质模型的研究

基于黏弹性理论,提出平行节理岩体的一维动态等效连续介质模型,该模型适用于纵波(P波)垂直通过一组等间距平行节理岩体的动力学问题.该模型包含黏弹性介质模型和虚拟波源概念.黏弹性介质模型主要描述应力波通过节理的衰减和时间的滞后;而虚拟波源的概念则描述应力波在平行节理之间的多次反射.根据已有解析解可以确定黏弹性介质模型中的未知参数.通过和位移不连续方法的比较,验证平行节理岩体的一维动态等效连续介质模型的正确性;该模型可有效地应用于研究通过一组平行节理岩体的P波传播问题.结果表明,该研究可以简化应力波传播问题的复杂性.     

贯穿节理岩体变形等效本构及各向异性研究

在各向异性材料的弹性本构的基础上,基于应变迭加原理推导了贯穿节理岩体变形的等效弹性本构模型。应用该等效本构模型,分析了含有一组节理、两组节理和三组节理正交的空间各向异性。结果表明,层状节理岩体变形特性在空间上关于节理法线方向轴对称,柱状节理岩体变形特性在空间上关于平面对称,含三组正交节理的岩体特性在空间上关于平面对称。该等效本构模型未能考虑节理与节理之间、节理与岩块之间相互交错的影响,因而对于复杂节理岩体变形特性的研究有一定的欠缺。模型工程概念明确,获得的柔度张量可以表征岩体变形的各向异性,可以直接作为ANSYS软件的输入参数进行结构分析,为节理岩体变形各向异性引起的结构效应初步分析提供了一种较便捷的方法和手段。     

节理岩体边坡破坏路径的等效计算研究

节理岩体的破裂路径一直是岩石力学及工程地质领域的一个热点及难点问题,如何快速、准确地计算岩体的破裂路径,具有重大的理论及工程意义。引入流场理论,将应力在岩体中的传递过程等效为流体的流动,提出一种基于流场理论的节理岩体破裂路径等效分析计算方法。首选,基本等效分析原理,从理论上验证了流场理论应用于节理岩体应力场计算的可行性;然后,利用绕流理论,对节理应力场的分布进行流场分析,表明节理端部存在流场的扰流区域及反向流动区域,从流场的角度验证了节理端部的应力集中及拉应力区的形成;最后,根据流场集中区分布,提出了节理破裂路径的确定方法,并通过试验验证了基于流场理论的节理岩体破裂路径计算方法。     

节理岩体正交各向异性等效变形参数研究

将节理岩体变形视为线弹性的岩块变形和非线性弹性的结构面变形之和,在分析已有结构面变形特点的基础上,提出了一种新的结构面法向变形计算公式,该公式可以考虑岩体初始应力状态对变形的影响。然后,利用岩体裂隙网络和等效连续应变理论,研究节理岩体等效应变的计算方法,并根据正交各向异性的弹性本构模型,将岩体作为正交各向异性连续材料计算其等效变形参数。最后,编制相应的计算程序,通过计算实例验证了研究成果的合理性。     

椭圆形节理岩体单元受压时的结构力学分析

多节理岩体的力学计算是岩体力学中最困难的问题之一,将该问题简化为椭圆形节理岩体单元受压力作用问题,用传统的结构力学方法进行分析,得出了节理岩体单元的应力分布规律,为进一步分析复杂岩体问题提供了参考。     

应力波在充填节理岩体中传播规律的数值研究

通过离散元数值模拟对应力波在含一组平行充填节理岩体中的传播规律开展研究,并应用等效介质模型对应力波在含多条小间距充填节理岩体的传播规律进行分析。首先,通过数值模拟结果与理论结果的对比,验证UDEC模拟应力波在单个充填节理处的传播规律的可行性。然后将UDEC模型进行扩展研究应力波在含一组平行充填节理的岩体中的传播规律,并对充填厚度、节理间距、节理数量展开参数分析。研究发现,随着充填厚度的增加,对于不同的节理间距和数量,透射系数均减小,而节理数量对透射系数的影响与节理间距有关。存在2个临界值将节理间距对透射系数的影响规律划分为3个不同区间,当节理间距足够大时,透射系数趋于稳定,且稳定值与节理数量呈指数函数关系。最后,当节理间距较小时,采用一维等效介质多条充填节理进行分析,并对入射波频率、充填材料特性、充填厚度以及节理数量展开了参数分析对比,结果表明一维等效介质可用于简化应力波在多个小间距的充填节理中的传播计算。     

多组贯穿节理岩体的扩展遍布节理模型研究

天然岩体中常含有多组密集的贯穿节理,它的存在极大地弱化岩体的力学性质,对围岩的稳定有着重要的影响。针对含多组密集节理岩体,将其看成等效均质的复合材料,建立了扩展遍布节理模型。岩体和节理均是弹性-理想塑性本构关系,都服从带抗拉强度的Mohr-Coulomb屈服准则。提出了屈服类型判断方法,并成功推广用于多组节理屈服类型判断,为选择哪种塑性势函数进行应力修正提供理论依据。采用C++语言,基于VStudio2005开发平台,将该模型成功嵌入到FLAC^3D软件中,并通过两组节理岩体的单轴压缩试验和三轴压缩试验验证了模型的正确性。     

节理岩体断裂损伤模型在三峡坝基岩体力学参数模拟和预测中的应用

基于节理岩体的断裂损伤模型，建立基于等效柔度张量及特定破坏准则等效体力学参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用于三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中，通过与节理刚度模型、包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测的方法，对节理岩体的等效力学参数进行了计算机模拟和预测，并将其应用三峡工程坝基岩体的等效弹性参数的预测中。通过与节理刚度模型，包体模型进行比较，证明所采用模型在参数预测中较为适用，为三峡工程的坝基岩体稳定分析提供了参考。     

各向异性岩体内地下洞室广义平面问题的边界元分析

本文用边界元法分析了地下洞室的各向异性问题，推出了广义平面应变下边界积分的基本解。借助于节理及层状岩体的等效模量计算公式，将层状节理岩体内地下洞室问题转化为均匀各向异性问题求解，讨论了各向异性对地下洞室围岩应力及洞边位移的影响，并利用所编程序对自贡市十字口隧道进行了计算分析。显然，本文提出的解法可以推广应用于分嵖榫实母飨蛞煨晕侍猓阅Ｄ舛粗芰诮奈а姨匦院涂诘挠跋臁     

含优势断续节理组的工程岩体等效遍布节理模型强度参数研究

岩体经历的成岩和构造改造等作用通常使其优势节理组发育,使得工程岩体呈现各向异性特征。本文首先说明当大尺度工程岩体含断续节理组时,岩桥对各向异性强度特征的影响突出。进而指出在采用遍布节理模型描述含优势随机节理的岩体各向异性时,模型中结构面参数为贯通节理的参数,不能直接采用现场断续节理的测试结果,需要进行大尺度岩体各向异性参数等效。然后,提出基于连续方法FLAC3D遍布节理的参数变化吻合非连续方法3DEC揭示的宏观岩体各向异性特征的途径,完成由连续方法间接描述非连续节理岩体各向异性力学行为的等效过程。研究表明,在无法应用解析法估算含随机断续节理岩体宏观参数时,数值试验成为了更有效的途径。采用遍布节理模型描述断续节理岩体各向异性强度特征时,节理强度参数值受断续节理与岩桥的综合影响,等效节理参数高于节理真实参数。此外,在进行等效连续过程中,为保证等效贯通节理导致的岩体强度凹陷与断续节理作用的方向一致,遍布节理模型中节理走向取值应与断续节理走向呈( － )/2夹角。     

考虑空间影响的两种非连续变形分析方法

提出了改进的平面模型法和等效初应力法两种考虑空间影响的方法 ,并结合非连续变形分析方法建立了两种利用平面模型解空间问题的方法 ,给出了算例并与忽略空间影响时的计算结果进行了对比     

模拟高边坡初始地应力场的边界位移法

岩体初始地应力的确定是地下洞室、边坡等岩土工程设计和施工的必要条件。从实用的角度出发提出了分析岩石高边坡初始地应力场的一种分析方法——边界位移法,即根据地质构造特点,在边坡计算模型边界上施加远场位移,来模拟由地质构造运动形成的初始地应力场。应用实例结果表明:该方法能很好地模拟岩体的初始地应力场,并能为后续开挖过程的有限元分析,提供一种与初始地应力场等效且方便的加荷途径,具有良好的实用性;该方法还适用于弹塑性的岩体材料和多种岩体材料。     

Non-linear vibration of initially stressed plates with initial imperfections

Non-linear partial differential equations of vibration for isotropic plates having initial imperfection are derived. The derivation based on the classical plate theory aims to describe non-linear vibration of imperfect plates in a general state of arbitrary initial stresses. Galerkin method is used to reduce the non-linear partial differential equations to ordinary non-linear differential equations. Runge-Kutta method is used to obtain the non-linear and linear frequencies of vibration. A numerical example is presented to discuss the performances of perfect and imperfect plates. The initial stress is taken to be a combination of pure bending stress plus an extension stress in the plane of the plate. It is found that the existence of initial vibration amplitude, initial stress and geometric imperfect may result in a drastic change on the non-linear vibration behavior. The effects of various parameters on the non-linear free vibrations are discussed.     

巷道围岩应力的套筒致裂法测试及原岩应力的推算

为了解决高岩体应力的套筒致裂法测试的难题，提出了高应力场的应力测试方法及原岩应力的计算方法。介绍了平行钻孔一套筒致裂岩体应力测试法及其基本假设与公式，给出原岩应力的计算方法，讨论与分析了岩体应力的量测结果。     

火灾下变截面钢构件的温度内力研究

采用有限元方法,对火灾下楔形变截面钢构件的温度内力进行了分析。讨论了变截面钢构件温度内力的变化规律,得出了等效截面系数表达式,并在对等截面构件的温度内力公式进行修正的基础上,提出了火灾下变截面钢构件的温度内力公式,可供工程设计人员参考。     

索穹顶结构的初始形状确定

本文对索穹项结构的初始态确定进行了问题分类。对于曲面几何和结构预应力分布均未定的情况，给出了采用动力松弛法确定结构初始态的方法。算例表明本文方法可成功应用于索穹顶结构的初始态确定。     

基于优化算法的岩体初始应力场随机识别方法

根据隧道开挖后其周围地应力变化的观测数据，建立了基于优化算法的岩体初始应力场识别方法。将地应力场参数识别反问题转化为优化问题，然后采用BFGS方法求解。最优估计的岩体初始应力场是通过比较观测到的应力变化与预计值的差异而得到的，数值算例中考虑了观测误差对参数识别结果的影响。采用所建立的反演方法，地应力场的主应力的大小和方向可以被准确识别出来。数值计算结果表明，所建立的地应力场反演方法是十分有效的，并且具有良好的抗观测噪音的能力。     

用“等效应力法”计算钢筋混凝土截面应力

对于钢筋混凝土构件在正常使用状态下的截面应力计算,用传统的“等效截面法”计算十分复杂。“等效应力法”采用全新的思路,以“混凝土受拉区应力归零”为目标进行迭代计算,理论清晰,方法简单,可广泛用于任意形状截面、在任意弯压荷载组合下的钢筋和混凝土应力计算。不仅非常适合于计算机计算,而且使手算成为可能。介绍了“等效应力法”的适用范围和基本假定,基本思路和计算步骤,并用计算实例验证了用“等效应力法”对钢筋混凝土截面应力计算的良好效果。     

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。     

基于等效结构应力的钢框架焊接梁柱节点低周疲劳评估

在地震作用下钢框架梁柱焊接节点会发生低周疲劳现象,进而导致结构发生破坏。本文基于等效结构应力法提出一种高层钢框架梁柱焊接节点低周疲劳评估方法。首先,结合有限元多尺度模拟方法,建立包含翼缘及腹板焊缝细节的钢框架梁柱焊接节点多尺度模型。其次,利用不同单元尺寸多尺度模型,验证结构应力的网格不敏感特性,进而通过等效结构应力法评估钢框架梁柱焊接节点的疲劳寿命。结果表明,采用等效结构应力法可消除网格的敏感性,在往复荷载作用下,靠近工艺孔焊缝应力水平高于远离工艺孔焊缝,翼缘中心焊缝寿命最低,裂纹最先产生于翼缘焊缝中心处,评估方法为实际工程提供技术支持。