基于滑体与受灾体共同作用的冲击能计算模型

滑坡冲击能计算是准确评估受灾体易损性的重要依据。对滑坡致灾过程能耗机制分析发现,滑体在下滑及冲击受灾体过程中,由于内部崩解碰撞将会耗散部分能量。基于滑体与受灾体冲击过程能耗机制提出冲击能计算方程组。结合实际,采用斜率为滑体变形模量的斜线逼近滑体真实变形曲线,将受灾体简化为弹性悬臂梁,从而在冲击能计算方程的基础上推导出滑体冲击能简化计算模型。同时提出一种能直观反映冲击能大小的指标,称之为冲击效应系数。该系数反映出冲击能和滑体内部耗能是由受灾体与滑体变形特性共同决定的。受灾体相对滑体越坚固,冲击效应系数越大,则冲击能越小,滑体内部耗能越大;受灾体相对滑体越脆弱,冲击效应系数越小,则冲击能越大,滑体内部耗能越小。结合工程实例,介绍冲击能简化计算步骤。最后通过实例表明冲击过程中滑体内部将会耗散绝大部分能量,与前期模型实验反映的规律在定性上是一致的。     

岩体滑坡冲击能计算及受灾体易损性定量评估

 滑体下滑及对受灾体冲击过程中,由于滑体内部的崩解碰撞将会耗散部分动能,而工程中通常采用简化的方法计算滑体冲击能,没有考虑内部耗能的影响。采用离散元法模拟得到滑体对受灾体的冲击力–时间曲线,根据冲量定律和能量守恒定律换算得到滑体冲击能。以实际工程为例,详细分析滑体下滑过程与冲击受灾体过程中的能耗规律。结果表明：同时考虑下滑和冲击过程中滑体内外部耗能的计算方法与只考虑滑体外部摩擦耗能的计算方法相比,冲击能计算结果相差较大,说明滑体内部耗能不可忽略。另外,还对冲击能和受灾体易损性影响因素进行分析。分析结果表明：在几何条件一定的情况下,冲击能对滑体内摩擦角最敏感,其次是受灾体与滑坡源的相对位置,再次是滑体节理间距、滑体密度与冲击面宽度,对滑体黏聚力最不敏感。另外滑体冲击方向会同时影响冲击能和抗冲击能。     

滚石坡面冲击回弹规律研究

 在山区滚石灾害防护工程中,滚石拦截系统恰当位置的选择及其拦截高度的确定非常关键,它直接关系到拦截系统的成败。而影响拦截系统设计的因素很多,其中滚石在坡面上的运动轨迹是关键。以弹塑性接触理论为基础,研究滚石法向回弹系数、切向回弹系数的计算方法,运用运动学的基本方程研究滚石在坡面上的运动特征,推导相关的公式。通过具体算例的分析,显示了理论的合理性。     

不同地应力下爆炸应力波在节理岩体中传播规律模型试验研究

 通过模型试验研究不同地应力下应力波在节理岩体中的传播规律,同时考虑节理数量的影响,并推导地应力作用下应力波在多条非线性节理处的传播方程。首先,通过导爆索产生爆炸应力波,监测不同位置的应力,研究地应力下节理岩体中应力波传播的衰减组成,并分析地应力以及节理数量对应力波衰减的影响,其次,考虑地应力对非线性节理模型的影响,结合时间递归分析法,得出地应力作用下应力波在多条非线性节理处的传播方程,并将计算结果与试验数据进行对比分析。研究结果表明,高地应力下,爆炸应力波在节理岩体中传播时,其衰减主要由岩石材料和节理两部分分别引起的衰减叠加组成,随着地应力增加,节理岩体对应力波的衰减增强,其中岩石材料对应力波的衰减作用加强,而节理引起的衰减减弱。     

煤系岩石的成分、结构与其冲击倾向性关系

煤岩体的冲击倾向性是发生冲击地压的固有属性和必要条件,且影响煤岩体冲击倾向性的因素很多;而煤岩体的物质成分、岩性组构是煤岩体的内在属性,是决定煤岩冲击倾向性的内在因素。从煤岩的微观结构出发,研究煤岩的受力情况、强度特征、变形破坏过程,构建煤岩的微观组构与煤岩的宏观力学性质之间的关系模型;分析煤岩蓄能和耗能的作用机理,从而构建煤岩体的物质成分、岩性组构与煤岩的冲击倾向性大小之间的定性、定量关系。试验研究与理论分析结果表明,随着碎屑颗粒(石英)含量的增加,岩石的强度和刚性增强,受载过程中积蓄的弹性应变能增大而耗散的永久变形能减少,发生应变型冲击地压的可能性增加。随着碎屑颗粒粒径的减小,粗粒的粒柱状矿物(石英、长石等)逐渐减少,而细粒的片状矿物(云母、绿泥石、蒙脱石和高岭石等)增多,岩石的刚性减弱,在集中应力作用下,产生塑性变形所耗散的永久变形能增加,发生脆性破坏的可能性减小,岩石的冲击倾向性减小。     

岩石非均质性与冲击倾向的相关规律研究

岩石冲击倾向指标E／λ值是反映岩石发生冲击地压难易程度、冲击类型与强度的重要参数，通过对细观非均质岩石的全过程应力．应变曲线的大量数值实验进行分析，揭示出冲击倾向指标E/λ非均质参数m遵循负指数关系且E／λ随m增大而减小。     

SHPB试验中高温下岩石变形破坏过程的能耗规律分析

利用带高温装置的φ100 mm分离式Hopkinson压杆试验系统进行不同高温下大理岩的SHPB试验,分析岩石在冲击破坏过程中的能量耗散特征,探讨冲击加载速率、入射能等对高温下大理岩能耗特征的影响,分析冲击破碎分维及破碎块度与能量耗散的内在联系。研究结果表明：同一高温下大理岩破碎的比能量吸收随着加载速率、入射能的增加均近似线性增加;破碎分维随比能量吸收的增加近似线性增长,而平均破碎块度随比能量吸收的增加逐渐减小,大致呈指数关系。同一高温下岩石的冲击破坏过程中,比能量吸收愈大,岩石的平均破碎块度就愈小,分形维数就愈大,岩石的破碎程度也就愈剧烈。从能量耗散的角度可以较合理地反映岩石变形破坏的全过程。     

黏性土爆炸成坑和地冲击传播的离心模型试验研究

 以往研究结果表明化爆是一种体积效应引起的热力学现象,根据这一现象可以确定爆炸离心模型试验的能量比尺为1/N3(N为离心机加速度)。采用清华大学50 g•t土工离心机进行黏性土爆炸成坑和地冲击传播规律的离心模型试验,给出试验过程中实测加速度波形,对测试结果进行分析,得出黏性土中爆炸成坑和地冲击传播的一些认识：弹坑形成过程基本不受科氏加速度影响,但弹坑抛出物以及分布形态受科氏加速度影响;弹坑体积大小明显与重力加速度有关,小比尺模拟必须增加重力加速度来模拟。结果证明对于研究爆炸相关问题,土工离心机是一个非常有效的试验工具。     

数字化近景摄影测量在模型试验变形测量中的应用

讨论模型试验中目前主要采用的各种位移量测技术的优缺点，阐述了数码像机数字化近景摄影测量的基本原理和方法，对该方法进行了误差分析，并首次将该技术应用到模型试验变形测量中。该方法具有非接触、设备简单、对环境要求低、能直接提供内方位元素、无软片压平误差、自动化程度高、精度高等优点。研究结果表明，该方法所测位移场规律性好，与试验过程中各种现象符合很好，与对应点百分表测值相差在30％以内。     

冲击荷载对煤岩内部微结构演化及表面新生裂隙分布规律的影响

 利用自制落锤式煤岩冲击加载试验装置,配合超声波检测设备,对型煤在不同冲击荷载作用下内部微结构及表面新生裂隙的发展演化规律进行系统的试验研究,并分析冲击荷载对型煤内部微结构演化产生影响的机制。结果表明：型煤内部微结构演化与冲击荷载作用次数、单次冲击能量大小、冲击能量施加顺序、冲击能量的累计效果等因素有关;型煤内部微结构的扩展和表面新生裂隙的出现、发展均表现出明显的各向异性,沿冲击荷载方向上比垂直冲击方向上变化显著;相同的冲击荷载作用下,型煤内部微结构总数量随着冲击次数的增加呈现出“高速增加→平缓发展→急速增加”的趋势;不同冲击荷载作用时,随着单次冲击能量的增加,型煤内部微结构总数量呈指数函数关系增大,型煤表面新生裂隙局部化分布特点更为显著;型煤内部微结构演化对冲击能量由大到小进行施加更为敏感;冲击荷载对型煤内部微结构影响的累计效果也呈非线性规律,表现为先增大后减小趋势,其不可简单等效为冲击能量的增加;型煤对冲击能量的吸收率随着单次冲击能量的增加呈减小趋势,表现为大于一定值的较小冲击能量的累计效果要大于等值单次较大冲击能量对型煤造成的影响。     

冲击载荷作用下岩石损伤的能量耗散

利用一级轻气炮进行平面撞击实验，测量砂岩试件组成的靶板中的应力-时间历程曲线；基于RaIlkinc-Hugoniot守恒方程，计算得到不同冲击荷载下岩石试件中的损伤能量耗散密度，为建立新的岩石动态损伤模型创造了条件。     

节理岩石的应力波动与能量耗散

应用SHPB试验和分形方法研究节理岩石的应力波动与能量耗散关系，分析节理面不规则结构对应力波穿越节理时的波动性质、非弹性变形和能量耗散的影响。研究结果表明：节理面不规则结构明显地影响应力波的传播性质。在相同入射波条件下，粗糙节理岩样的应力波衰减程度大于平直光滑节理岩样的衰减程度，粗糙节理的实际变形大于平直节理的变形。节理岩石的能量耗散比WJ/WI随节理面分维值D增大而增加，两者呈非线性关系；但当分维值小于临界值时，粗糙节理岩样的能量耗散比WJ/W与平直节理面的能量耗散比基本相同，并给出节理岩石能量耗散随节理面分维值D变化的表达式。     

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究

通过以微震和百分表位移为主要试验量测手段的地质力学模型试验,对三峡库区千将坪滑坡进行滑坡机制和利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性研究。试验结果表明,蓄水前的强降雨对滑坡稳定性影响微弱或基本无影响,水库蓄水引起的浮托力作用仅使滑坡产生蠕滑变形,滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因。试验记录的微震事件较清晰地反映滑坡变形破裂破坏过程,并揭示滑带破裂贯通总体上具有自滑坡前缘逐步向滑坡中部发展的规律,从试验角度论证利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性。     

能量损伤锚固模型在滑坡地质灾害治理中的应用

根据能量损伤加锚机理,提出能量损伤锚固模型模拟系统锚杆支护效果,在深入分析大南山山体滑坡成因后,将建立的模型用于指导深圳市迄今为止规模最大的山体滑坡地质灾害治理设计中,取得了显著经济效益。     

基于能量耗散与释放原理的岩石强度与整体破坏准则

讨论了岩石变形破坏过程中能量耗散、能量释放与岩石强度和整体破坏的内在联系。指出岩石变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果。能量耗散使岩石产生损伤,并导致岩性劣化和强度丧失;能量释放则是引发岩石整体突然破坏的内在原因。定义了单元耗散能、可释放应变能、强度丧失和整体破坏的概念。给出了基于能量耗散的强度丧失准则和基于可释放应变能的整体破坏准则,分析了各种应力状态下岩石单元整体破坏的临界应力。并应用上述准则讨论了隧洞围岩发生整体破坏的临界条件。     

岩石变形破坏过程中的能量耗散分析

岩石作为一种复杂的非均质地质材料，其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。岩石在变形破坏过程中始终不断地与外界交换着物质和能量，是一个能量耗散的损伤演化过程。采用损伤演化方程可以从宏观上描述损伤变量以及与其相伴的广义热力学力——损伤能量释放率的变化规律。进一步通过细观损伤力学的研究，可以揭示岩石变形破坏过程中能量耗散的内在机制。围绕这一基于能量耗散的岩石力学研究思路及其相关进展，最终将建立基于损伤演化及能量耗散的宏．细．微观多层次耦合的岩石力学体系，这有助于更准确地解决岩石工程领域中更多的力学分析问题。     

充填体与岩体三维能量耗损规律及合理匹配

 根据灰砂配比为1∶4,1∶8,1∶10和1∶12的4种胶结充填体力学试验结果,揭示不同配比充填体三维损伤耗能规律。针对矿床开采岩体应力转移并释放能量特征,探索矿床开采过程中岩体三维能量释放规律。研究结果表明,矿体埋藏越深,开挖岩体释放能量越高;岩体弹性模量越高或泊松比越低,岩体释放能量越小。根据充填体与岩体耦合作用的三维能量耗损特征,探讨充填体与岩体的合理匹配,并用该匹配模型验证安庆铜矿采用最低充填配比1∶12开采矿石是可行的。研究发现,充填体与岩体的匹配系数K和三维原岩应力、岩体及充填体力学参数相关,不同开采技术条件必须设计合适的充填体抗压强度才能实现与岩体匹配。     

滑移隔震结构阻尼耗能敏感性的研究

采用正交试验的方法,以能量法为基础,以滑移隔震结构的阻尼耗能为反应指标,分别探讨在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类场地条件下,滑移隔震结构相关参数对结构阻尼耗能的影响趋势,并对其敏感性做相应的分析。研究表明:滑移隔震结构的阻尼耗能对摩擦系数和上部结构的固有周期均较为敏感,而对质量比均较为不敏感,上部结构的阻尼耗能与隔震层的阻尼耗能对其他参数的敏感性较为不同,参数的敏感性次序可能会不一致。     

盐岩裂隙渗流-溶解耦合模型及试验研究

根据盐岩溶解机制，对盐岩裂隙的溶解过程进行合理简化和假设；在此基础上，考虑盐岩裂隙溶解和渗透性变化的耦合条件，建立盐岩裂隙渗流溶解耦合模型。利用自行设计研制的盐岩裂隙渗流-溶解耦合试验装置对特定条件下的盐岩裂隙渗流-溶解耦合过程进行试验研究，并应用盐岩裂隙渗流-溶解耦合模型进行模拟分析与验证，计算结果与试验结果非常吻合，表明所建立的盐岩裂隙渗流-溶解耦合模型可以很好地描述盐岩裂隙的渗流-溶解耦合机制。该研究成果为进一步研究盐岩的应力-渗流溶解耦合机制奠定重要的理论和试验基础。     

砂岩拉伸过程中的能量耗散与损伤演化分析

岩石作为一种非均质的复杂地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。借助先进的试验测试系统,可以对岩石进行直接拉伸试验,从而在现有大量压缩试验的基础上进一步完善对岩石基本力学行为的研究。通过砂岩的循环拉伸试验研究发现,拉伸过程中外载所做的总功除了引起岩石弹性变形能的增大外,还有一部分被耗散掉从而导致岩石发生不可逆的损伤。在对能量耗散进行分析的基础上,可以建立岩石的损伤演化方程,并通过试验测定相应的参数指标。试验研究和理论分析表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。