岩石三维表面裂纹扩展机理数值模拟研究

岩石破坏的本质原因是由于内部裂隙的萌生、扩展与贯通过程。从三维的角度出发,采用细观损伤数值模拟方法,模拟单轴压缩下含预制三维表面裂纹的岩石试样的破坏过程。数值模拟得到了表面裂隙内部扩展、贯通过程,动态再现翼型裂纹、壳体裂纹的形态,探讨三维裂纹内部的受力机制,推测可能发生的断裂类型,进一步探讨三维裂纹扩展规律。研究结果表明：①反翼型裂纹并不一定萌生于预制裂纹端部,是由于翼型裂纹扩展后应力释放后的拉应力引起;②壳体裂纹的萌生与扩展阶段是由Ⅲ型加载断裂主导,而翼型裂纹扩展至一定长度之后停滞不前;③除了反翼型裂纹之外,还新发现了一种由壳体裂纹萌生出的次生裂纹,这种裂纹的扩展引起试样整体失稳崩溃;④岩石Ⅲ型加载（反平面剪切）难以获得Ⅲ型断裂破坏,壳体裂纹是由于Ⅲ型加载下的拉应力引起,实际上属于Ⅰ型与Ⅱ型复合裂纹;⑤非均匀性对岩石表面裂纹扩展影响很大,相对均匀岩石中难以出现曲线翼型裂纹或反翼裂纹。研究结果对于岩石三维裂隙扩展机理的物理力学实验与理论分析都具有参考意义。     

不同尺寸裂隙岩石损伤破坏特性光弹性试验研究

为了充分认识试件尺寸与裂隙倾角对裂隙岩石损伤破坏的影响,开展了不同试件尺寸、不同裂隙倾角的光弹性单轴压缩试验。利用反射式光弹仪直观形象地记录试件损伤破坏全过程的彩色条纹变化,基于光学-应力定律计算得到裂隙岩石损伤破坏过程中试件表面的全场应力应变,分析岩石裂隙扩展失稳的尺寸效应及裂隙倾角对岩石强度及破坏模式的影响,研究裂隙岩石损伤—扩展—破坏的力学机制。试验结果表明:裂隙岩石单轴压缩的应力应变曲线可分为弹性阶段,塑性阶段,峰后软化阶段,残余阶段不明显;裂隙岩石峰前阶段的弹性模量随着试件高宽比的增加而增大,随着裂隙倾角的增加而减小;单轴抗压强度随着高宽比的增加呈减小趋势;峰后的软化阶段受试件尺寸与裂隙倾角的共同影响,裂隙倾角与高宽比越大,岩石的破坏越具有突然性,即脆性越明显;岩石损失破坏时最大应变与应力分布在预制裂纹中心,损伤首先从预制裂纹处发生。随着加载的不断进行,最大应变与应力的位置转变为裂纹的两端,逐渐向平行于轴向加载方向发展直至试件端部。岩石损失破坏时,最大应变与应力分布在预制裂纹中心,损伤首先从预制裂纹处发生。随着加载的不断进行,最大应变与应力的位置转变到裂纹的两端,裂纹逐渐向平行于轴向加载方向发展直至试件端部。     

含2条断续贯通预制裂隙岩样破坏特性的三轴压缩试验研究

通过在类岩石模型材料中预制特定倾角和尺寸的断续贯通2条裂隙试样,以MTS常规三轴压缩试验为手段,研究2条裂隙试样的破坏特性。主要研究成果:(1)2条裂隙岩样的宏观破裂迹线由次生共面裂纹、反翼裂纹和翼裂纹3种类型组成;(2)2条预制裂隙之间的贯通有拉伸贯通、剪切贯通、一预制裂隙共面扩展裂纹与另一预制裂隙的反翼裂纹扩展连接贯通及两预制裂隙无贯通4种形式;(3)2条裂隙岩样在三向受力条件时,反翼裂纹为主要裂纹形式,它影响着试样的最终破坏形式;(4)2条预制裂隙的排列形式和围压大小决定着试样的破坏模式;(5)2条裂隙试样的轴向应力–轴向应变曲线表现出多峰值的特点,变形特性为从低围压下的脆性向高围压下的延性转化;(6)2条裂隙试样在高围压状态时,裂隙岩石的扩容现象不明显甚至完全消失;(7)2条裂隙试样的轴向应力–轴向应变曲线与裂纹的萌生、扩展、贯通具有密切的关系。研究成果能为含节理或断层的地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供理论参考。     

含交叉裂隙岩石试样单轴力学特性与破坏机理

为系统性地研究节理岩体在单轴压缩试验条件下其力学特性及破坏机理,利用MTS-815岩石试验装置对完整岩石试样、不同构型单裂隙和交叉裂隙岩石试样进行单轴压缩试验,分析了各构型试样的力学参数及能量演化规律。与完整岩石试样力学参数相比,含单裂隙岩石试样的强度和弹性模量相对较小,含交叉裂隙岩石试样各项参数值最小。在加载过程中,含交叉裂隙岩石试样用于裂纹产生及发展的耗散能远大于完整岩石试样和含单裂隙岩石试样。一般地,含交叉裂隙岩石试样裂纹从预制交叉裂隙尖端起裂,首先贯通同侧预制裂隙形成反翼型裂纹,最终呈拉伸劈裂型破坏。     

带裂纹花岗岩试件三点弯变形演化及破裂机制

为建立岩石工程灾害精准预测预报体系,开展含预制裂纹花岗岩试件的三点弯试验,研究岩石试样变形演化及破裂机制。以声发射技术和数字散斑相关方法作为试验观测手段,通过矩张量反演方法研究岩石破裂类型。通过对岩石预制裂纹扩展长度及声发射振铃计数、能量和体积参数进行分析,研究岩石试件变形演化特征和破裂机制。研究结果表明:(1)三点弯岩石试样裂纹扩展具有明显的阶段性和不连续性,其过程为某次裂纹扩展 微裂纹静默积累-裂纹再次扩展;(2)预制裂纹扩展与不同破裂类型裂纹的声发射指标具有相关性。预制裂纹扩展时,张拉裂纹体积参数、能量和振铃计数随之出现;预制裂纹扩展前后,3种类型裂纹体积参数、能量和振铃计数随机产生;在预制裂纹长度保持稳定不变时,没有声发射信号产生;(3)裂纹扩展后到下一次裂纹扩展前,先是在贯通裂纹尖端附近随机出现各种破裂类型的裂纹,随着微裂纹的积累,贯通裂纹所主导的裂纹类型占比开始增加,直至产生新的贯通裂纹。     

岩石类材料裂纹扩展贯通的近场动力学方法模拟

在连续体内引入预制裂纹的数学描述,运用近场动力学方法对含有预制裂隙(不同倾角的单裂缝和不同岩桥倾角的三裂缝)的岩石类材料试件的单轴压缩试验进行数值模拟。结果表明,随着裂缝倾角的增加,翼型裂纹出现的位置逐渐向预制裂隙的两端移动,次生共面剪切裂纹与次生倾斜裂纹出现的时间与形态也随之改变;不同倾角的岩桥呈现的断裂贯通形式有着明显的差异,但裂纹均是在预制裂缝尖端首先产生,随后逐渐扩展贯通,最终导致试件的整体失稳破坏。数值模拟与室内试验结果的对比分析表明近场动力学方法可以很好地模拟岩石类材料的裂纹扩展贯通形态,反映裂隙扩展的基本力学机制;作为一种新的非局部数值模型,其在岩石材料与岩体工程数值研究领域具有广阔的应用前景。     

冻结裂隙砂岩单轴压缩损伤特性CT试验

对含有预制双裂纹的冻结裂隙砂岩试样单轴压缩细观损伤破坏机理进行了CT动态试验，得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成和破坏等不同阶段的岩石损伤CT图像和CT数。研究结果表明，与无预制裂隙的冻结岩石试样相比，已有预制裂纹对冻结裂隙岩石中新裂纹的起裂侮置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响。预制裂纹的存在导致冻结裂隙砂岩试样的扩容量大于完整冻结试样破坏时的扩容量。     

单轴压缩下基于全局应变场分析的岩石裂纹扩展及其损伤演化特性研究

 采用自主开发的图像分析软件结合数字图像相关技术对含预制单裂纹的类岩石材料在单轴压缩下的变形破坏特性进行试验研究。基于试件全局应变场角度从细观层次量化分析、总结裂纹起裂、扩展的规律及岩石变形损伤演化特征。并采用断裂分析软件FRANC2D/L对相似模型进行数值模拟,分析在加载全程不同阶段的裂纹扩展路径及其应力场分布特征。结合试验与数值研究结果,细致地探讨裂隙岩石的细观力学机制与宏观力学响应之间的内在联系,该研究有助于提升人们对节理岩体工程灾变机制的认识。     

含多裂隙岩体裂隙扩展与贯通的室内试验研究

采用石膏配制类岩石材料,制作了含五裂隙的中尺寸试件进行室内单轴压缩试验。采用PMLAB DIC-3D系统进行试验过程的图像采集和试验后的数据分析,对最终裂隙扩展形式、裂隙宽度及起裂应力等方面开展研究,探讨了含多裂隙岩体在单轴加载条件下预制裂隙扩展和贯通规律。结果表明:所有试件在破坏时均产生主裂隙;预制裂隙的存在对新生裂隙的生成条件、宽度以及分布有很大的影响;虽然新生裂隙产生的先后次序规律并不明显,但是开裂荷载与对应峰值荷载的比值随着预制裂隙角度的增加而呈现出先增大后减小的趋势。     

预制裂纹几何与材料属性对岩石 裂纹扩展的影响研究

 采用岩石破裂过程的弹塑性细胞自动机模拟系统EPCA2D,研究含预制裂纹岩石试件裂隙的几何位置以及基质材料力学属性的差异对裂纹扩展和搭接的影响。模拟中采用弱化元胞单元来表征试件中存在的预制裂纹,用Weibull随机分布对岩石基质元胞单元的力学参数进行赋值,以反映作为岩石基质一部分的岩桥的非均质性。表征预制裂纹的弱化元胞单元服从理想弹塑性本构关系,基质元胞单元服从弹脆塑性本构关系。利用该方法对含有2或3条裂纹的岩石试件进行单轴压缩破裂过程模拟,再现裂纹起裂、扩展和搭接全过程的实验现象。结果表明,预制裂纹的倾角和岩桥倾角对裂纹的扩展和搭接有重要的影响。同时,考虑基质材料力学属性的差异,研究基质元胞单元力学性质的随机空间分布和不同的内摩擦角等情况下的裂纹扩展模式,结果表明,裂纹的扩展和搭接路径强烈依赖于材料的力学属性,从机制上解释了室内实验中裂纹扩展路径离散性的原因。     

“质的研究方法”文献综述

“质的研究方法”具有广泛的理论基础,与量的研究方法交相辉映,又与通常使用的定性研究方法有着一定程度的联系,因此不同学者对其有不同看法。对2000～2008年中文学术期刊在这方面的相关研究进行综述,了解其发展现状,有助于探析它在教育领域内的发展趋势。     

缓粘结预应力综合技术的研究和发展

缓粘结预应力技术是在克服后张有粘结和无粘结预应力技术自身缺点的基础上,发展出的一种全新的预应力技术,是预应力混凝土技术的又一次重大突破。通过对缓粘结预应力技术发展状况的总结,介绍国内外此项技术的研究成果、最新研究动态及工程应用情况,指出缓粘结预应力技术有待进一步拓展研究的方向。     

从《城市意象》中透析学术研究思维与方法

针对《城市意象》一书进行了批判分析,指出了凯文.林奇研究目的、内容及方法中的不足,同时肯定了林奇对城市意象研究的科学性及哲学高度,总结归纳了城市意象研究思路的启迪思想,对今后学术研究有积极的指导意义。     

市际经济学:一个新的研究课题

在我国城市经济社会协调发展进程中，应当重视对市际经济学的研究，作为城市经济学的一个分支学科，本文对其研究意义，对象，任务及近期研究内容进行了初步探讨，以弥补目前城市经济学对城市间系统的研究不足的缺憾。     

以研究为导向的建筑教育

不断细分的专业和分工、创新性的概念和新技术的流入、方兴未艾的全球化和互联网,这一切都已经改变了建筑实践,并且决定了建筑教育必须改革.欧盟同意彻底改革教育界,以便师生们在院校和国家之间流动.所有的普通课程都围绕学士/硕士模式来设立:3年制的学士、2年制的硕士,以及最后阶段3年制的博士课程.这个架构,为在本科阶段加强设计的科学性,以及在硕士阶段把研究和教学相结合的提供了可能性.在博士阶段,众多学校则能安排研究课程,来探索建筑学和建筑设计作为一门科学的可能性.     

古建筑、古园林研究工作浅议

我国历史悠久、幅员辽阔,古代物质文化遗存丰富。要保护就必须进行深入的研究,而研究的内容要涉及到古代历史、建筑理论、工程技术、造园技术、美学、绘画、雕塑以及宗教等多方面的知识。其中既有社会科学方面的知识,又有自然科学方面的知识;既有理论方面的探讨,又有设计、施工技术方面的研究。但我国真正的用现代科学理论对古代建筑进行研究的时间不长。古建筑、古园林研究工作的现状是研究的范围广,待研究的问题多,研究的历史短,研究的人员少。现阶段应集中研究古建筑史与理论、古建筑结构理论和结构力学、建筑“法式”、古建筑、古园林维修、传统工艺五大方面进行研究。     

The Potentials and Pitfalls of ‘Art in Research’ Methodologies: Foregrounding Memory and Emotion in Planning Research

ABSTRACT

The article draws on a two-month project with forty-four high school students in Reston, Virginia to suggest that ‘art in research’ methodologies might be useful to shift away from the problematic histories of planning as solely a technical endeavor based in masculinist conceptions of legitimate research. I propose that we can radically reimagine planning research and practice as an emancipatory endeavor for its participants, suggesting that the iterative and longer art-making process may usefully complement traditional qualitative planning research, specifically helping to uncover relevant memories and emotions of participants.     

轨道交通桥梁课程教学方法探讨

以轨道交通桥梁课程为平台,结合3年的教学经历阐述了立足科研讲述理论发展历史、质疑规范当前条文、总结工程经验教训和介绍创新应用实例的4种启发式教学模式。该教学模式可弥补研究型大学在直接教学上投入不足的问题,但对教师的研究水平及课堂掌控能力提出了更高要求,需在实践中逐步提高教学效果。     

综合管沟的应用与研究进展

综合管沟是一种集约化、可持续性的管线敷设方式,能够有效地解决传统直埋式市政管线在改造更新过程中引起的交通阻塞和环境污染等问题。本文概述了综合管沟的分类和特点,介绍了综合管沟在国内外的工程应用,并从可行性、工程设计与理论和施工技术与工艺等方面总结了综合管沟在国内外的研究进展,最后对我国综合管沟的发展趋势作了展望。     

Forum Linking theory back to practice

The Building Research & Information special issue ‘Developing Theories of the Built Environment’ (volume 36(3), 2008) explores the epistemology that underpins design research and the built environment. This commentary considers alternative models and processes of research that can assist with addressing the complexity and vast theoretical territory constituting the built environment. The continuing disciplinary fragmentation within universities and the separation of much university research from real data and from the needs of practice have been disastrous. A clear need exists for integrating knowledge across disciplinary boundaries and for crossing the chasm between university-based research and the users of research in practices. Important precedents provided by the Tavistock Institute, Space Syntax and Building Use Studies illustrate the virtues of combining field-based research, theory and practice, and demonstrate real benefits. Increasing recognition is necessary of the interdependence and linkage between the realms of practice and university-based research. It is vital to energize data that exist within practice through new, more flexible institutions and new, more inventive modes of research.

Ce numéro spécial de Building Research & Information consacré aux théories de développement du milieu bâti (volume 36(3), 2008) explore l'épistémologie qui étaye la recherche conceptuelle et le milieu bâti. Cet article considère d'autres modèles et processus de recherche capables d'aider à aborder la complexité et l'immense domaine théorique constituant le milieu bâti. La fragmentation disciplinaire permanente au sein des universités et la distanciation d'une grande partie de la recherche universitaire par rapport aux données réelles et aux besoins de la pratique ont eu des effets désastreux. Il est sans aucun doute nécessaire de faire traverser les barrières des disciplines à la connaissance et de combler le gouffre entre la recherche universitaire et les utilisateurs de la recherche dans la pratique. D'importants précédents fournis par le Tavistock Institute, Space Syntax and Building Use Studies, démontrent combien il est intéressant de combiner la recherche sur le terrain, la théorie et la pratique et font ressortir les avantages réels obtenus. Il faut de plus en plus reconnaître l'interdépendance et les liens entre les domaines de la pratique et la recherche universitaire. Il est essentiel de valoriser les données qui existent dans la pratique au moyen d'institutions nouvelles et plus souples et de modes de recherche nouveaux et ayant une plus grande capacité d'invention.

Mots clés: recherche conceptuelle, epistémologie, phronesis, raison pratique, sagesse pratique, pratique professionnelle, capacités de recherche, infrastructure de recherche, politique de recherche