坚硬岩体中马蹄形洞室岩爆破坏平面应变模型试验

为了探讨马蹄形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机理,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取了合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了长800 mm×宽800 mm×厚200 mm的马蹄形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行高应力条件下平面应变物理模型试验。试验结果表明:在高地应力条件下,马蹄形洞室坚硬脆性围岩岩爆破坏主要在洞壁围岩初始破坏裂纹产生后,在极短的时间与极窄的加载区间产生的破坏,破坏具有突发性;洞室围岩在发生岩爆破坏后,围岩应力要进行重新调整,在相对较长时间与加荷区间内围岩表现相对稳定。岩爆破坏过程的物理模拟结果与工程实际基本一致。     

岩样直剪应力-应变全程曲线研究

基于直剪试验机–岩样系统加载过程中各组成部件不同受力特点,运用功能原理,建立联合作用下的一维剪切实测应力–应变曲线全过程的参数方程,推导岩样失稳破坏判据和系统回跳条件,指出试验机–岩样系统弹性区段的存在是造成实测剪应力–剪应变曲线与岩样真实直剪本构曲线不一致和产生岩样失稳破坏、系统回跳现象的主要原因。通过算例分析剪切带宽度和试件高度对实测直剪应力–应变全程曲线的影响关系。分析结果表明,加载系统弹性受力区段越长,局部化剪切带宽度越小,实测软化段曲线就越陡,加载系统就越不稳定,越容易出现系统回跳现象,且在加载过程中岩样就会越早发生脆性破坏。     

准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究

试图建立由细观物理元件系统组成的物理模型,根据该模型的运动状态模拟准脆性材料的单轴受拉损伤破坏全过程。修正平行杆模型是基于准脆性材料单轴受拉破坏的宏观表现,考虑损伤材料名义应力和有效应力之间的等价关系,建立的考虑均匀损伤的物理模型。在此基础上,考虑破坏过程中局部软化阶段的尺寸效应,假设拉伸破坏过程发生在宽度一定的断裂过程区内,建立非局部的损伤物理模型——双本构物理模型,推导整个受力过程的本构关系。详细描述整个受力过程所经历的任意损伤状态,从一个新颖的视角对细观非均质材料的破坏机制进行探讨。通过该模型区分开实际试验过程中对应的峰值应力状态和出现宏观裂纹的临界状态,并且根据此临界状态将整个受力过程分为均匀损伤阶段和局部破坏阶段。算例表明,该模型可以较真实地反映准脆性材料在准静态单轴拉伸损伤破坏的整个过程中所表现出来的宏观特性。提出新的材料破坏理论——材料内在力学性能发挥机制理论,认为准脆性材料的整个受力破坏过程受这个内在规律支配。     

水压–应力耦合作用下砂岩应力松弛特性试验研究

基于三维数字图像相关技术,采用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,开展孔隙水压–应力耦合作用下砂岩应力松弛特性试验研究。结果表明：(1)径向应变场中局部微裂纹损伤发育并相互贯通是引起脆性岩石应力松弛时效失稳破坏的主控因素。(2)松弛应力水平位于岩石微裂纹稳定发育和微裂纹不稳定发育阶段时,孔隙水压的增加,能显著提高岩石的应力松弛量和径向应变变化量,缩短岩石时效破坏寿命。(3)松弛破坏试样应力–时间曲线和径向应变–时间曲线呈“阶梯式”变化趋势,及两者的速率–时间曲线呈现“漏斗形”演化趋势,其实质均反映了岩石应力松弛过程中微裂纹损伤发育扩展和相互贯通。(4)松弛破坏试样破裂面裂纹发育以沿晶裂纹为主,且相互之间汇集、贯通,胶结基质破碎严重,胶结结构丧失,脆性岩石应力松弛时效破坏实质是受裂纹发育扩展所控制。     

基于应变局部化的岩样单轴压缩本构模型研究

应变局部化是加载过程岩样内部变形自组织的结果。基于岩样变形局部化的客观存在性,提出以变形局部化带的力学行为描述加载过程,并用参数方程表示岩样单轴压缩本构关系的方法。根据能量守恒原理,建立变形局部化过程的准静态增量平衡方程,推导峰值前后应力–应变曲线的参数方程、变形局部化与峰值应力及应变关系、II类岩石变形行为存在条件以及岩石失稳破坏判据。根据系统失稳临界条件,导出系统应力跌落量的表达式。研究结果表明,若应变局部化带的本构关系软化段曲线存在拐点,则系统发生应力跌落现象,否则发生脆性破坏。基于模型理论,证明II类岩石的破坏是不稳定的或是自持续的,以及常应变率下伺服式加载系统不能得到II类岩石软化段曲线的试验事实。通过对模型中力学参数的对比研究表明,岩石变形破坏不但在软化段具有尺寸效应和II类变形行为,而且硬化段也存在尺寸效应,表现出峰值对应的应变随着试件的增长而变小的规律。     

软化模量对岩样全部变形特征的影响

采用FLAC内嵌语言编制了计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数。研究了软化模量对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别为线弹性模型及莫尔–库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。结果表明,随着软化模量(脆性)的增加,剪切带倾角由Arthur向Coulomb倾角转变,Coulomb、Roscoe及Arthur理论对此不能解释,可能是未考虑渐进破坏;剪切带宽度降低,这可采用基于梯度塑性理论且考虑剪胀的剪切带宽度的公式予以定性的解释;岩样可以达到的最小体积增加;岩样失稳破坏的前兆越来越明显;峰后的轴向应力–轴向应变曲线、轴向应力–侧向应变曲线、侧向应变–轴向应变曲线、泊松比–轴向应变曲线及体积应变–轴向应变曲线均有稍微变陡峭的趋势,可采用基于梯度塑性理论的单轴压缩岩样受到剪切破坏时的解析解对前2种曲线的数值解的合理性进行定性的解释。     

陷落柱骨架砂岩三轴压缩渗流特性及声发射特征试验研究

为研究陷落柱骨架砂岩在不同围压及渗透压条件下的力学性质、渗流特性和声发射基本特征,采用岩石三轴渗流实验系统及AE21C声发射监测系统,开展三轴压缩条件下渗流试验,得到砂岩变形过程全应力–应变及渗透率演化曲线,同时获得砂岩变形、渗透率及声发射信号演化规律。研究结果表明:(1)陷落柱骨架砂岩具有明显的脆性特征。渗透压相同时,砂岩应力峰值强度、弹性模量及峰值应变随着围压的增大而增大;围压对砂岩宏观破坏特征影响明显,破坏形式由多裂纹剪切破坏逐渐变为单斜面剪切破坏。(2)砂岩总体呈现低渗透特性。砂岩渗透率演化规律与三轴加载应力–应变关系具有密切的相关性。渗透率总体呈现出逐渐减小,平稳发展,迅速增加的三阶段变化特征。(3)声发射变化特征与应力–应变及渗透率曲线特征基本一致。初期阶段,振铃计数率随围压升高而减小;裂隙发育扩展阶段,声发射振铃计数率呈现密集活跃状态并逐渐增大;失稳破坏阶段,振铃计数率迅速增大后又快速回落。试验结果对于研究岩溶陷落柱的稳定性及渗透性变化规律具有重要参考价值。     

坚硬脆性岩体中圆形洞室岩爆破坏的平面应变模型试验研究

为了探讨圆形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机制,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了尺寸为800mm×800mm×200mm(长×宽×厚)、中心为φ160mm的圆形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行平面应变物理模型试验。试验结果表明:在保持物理模型试件水平荷载与垂直荷载相等并同步提高过程中,围岩由弹性状态进入塑性状态,σθ-(r/r0)曲线表现峰值后移,σr-(r/r0)曲线形状变化不明显。当对物理模型试件同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为600kN时,洞壁出现葱皮状剥落。同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为630kN时,围岩在极短的时间与极窄的加载区间内围绕洞壁出现大规模突发性破坏,继续同步施加Ph与Pv,在相对较长时间与荷载区间内,围岩应力调整,出现相对稳定期。     

岩石材料变形的稳定性分析及破坏形式的分叉分析

材料的非稳定性分析及局部化剪切带分叉分析是当前固体力学研究的前沿课题.本文试图将二者引入到岩石力学研究中,从理论上解决两个问题第一是岩石材料在峰值点后的变形稳定性问题;第二是岩石材料在单轴压缩及常规三轴压缩应力状态下的破坏形式问题.为此,首先建立了岩石材料的应变软化损伤模型,用于这两个问题的分析;其次运用经典稳定性问题的能量准则分析了获得岩石材料应力-应变全过程曲线的条件及岩石材料在峰值点后的损伤变形稳定性问题;最后,采用弹塑性材料的不连续分叉准则分析了岩石材料在单轴压缩及常规三轴压缩应力状态下的破坏形式.根据上述内容,全文分为3个部分,各个部分的主要工作及成果如下第一部分分析了岩石的基本变形性质,引用Frantziskonis和Desai损伤模型的概念,建立了能够反映岩石材料基本变形性质尤其是应变软化特征的损伤本构模型,并与实验结果进行了对比,证明该模型是适用的.第二部分介绍了结构及材料的稳定性问题的基本概念及基本理论和岩石力学中的稳定性问题及其研究现状.运用稳定性的能量准则,分析了获得岩石材料应力-应变全过程曲线的条件.除了在刚性压力机上,采用位移控制的加载方式,获得岩石材料的应力-应变全过程曲线外,在普通压力机上,如果采取适当的措施,无论是何种加载方式,均能获得岩石材料的应力-应变全过程曲线.运用稳定性的能量准则,分析了岩石材料在峰值点后的变形稳定性问题.证明了岩石材料的峰值点仅是一个分叉点而非失稳点,并提出了分叉点和失稳点的判别方法.模拟计算结果说明上述结论是正确的.第三部分介绍了岩石材料脆性破坏的基本特征及在单轴压缩和三轴压缩应力状态下的破坏形式和弹塑性材料分叉研究的基本理论以及岩土材料分叉研究的现状.采用不连续分叉理论,对岩石材料轴对称问题进行了局部化剪切带分叉分析.结果表明,单轴压缩应力状态下的岩石材料的脆性破坏形式是张破裂的;而常规三轴应力状态下岩石材料的脆性破坏形式是剪切破裂的,不存在张破裂的形式,剪切带方位角随围压的增加而降低.模拟计算结果表明在单轴压缩及低围压三轴压缩状态下,岩石材料的局部化剪切带发生于峰值应力之后,峰值应力点附近.但随着围压的增加,局部化剪切带分叉点将逐步远离峰值点,岩石材料的破坏逐步呈现塑性破坏的特征;当围压增加到一定值时,局部化剪切带将不会发生,此时岩石材料的破坏为塑性破坏形式.     

应变时效对Q345钢力学性能影响研究

针对Q345钢和对接焊缝试件开展了应变时效试验研究,分析了应变时效对钢材及焊缝力学性能的影响,采用Ramberg-Osgood模型对应变时效试件应力-应变曲线进行拟合。研究结果表明:预应变为12. 5%、时效为7 d标准试件的抗拉强度提高10%,断裂应变降低33%,增大了结构发生脆性破坏的可能性。应变时效提高了对接焊缝试件强度,降低了塑性和韧性。预应变为20%时,对接焊缝试件的断裂应变下降可达50%,应变时效后对接焊缝试件的变形能力显著降低,更易发生脆性破坏。采用Ramberg-Osgood模型可以较为准确地拟合应变时效后的应力-应变曲线,与试验结果吻合较好,适用于不同应变时效处理后的应力-应变曲线。其中,预应变和时效增加均能引起特征指数n增大,预应变对特征指数n的影响更显著。与时效影响相比,预应变对Q345钢和对接焊缝试件力学性能的影响更加显著。     

对“开放住宅”设计策略的探讨

"开放住宅"是基于开放建筑理论的住宅建造新理念,它顺应了身处高速变革时代的住宅可持续发展要求,使住宅能够更灵活地应对家庭生活的需求和变化、能够与环境更友好、使用寿命更长。"开放住宅"的理论已在许多国家推广和应用,在我国住宅产业化进程中也备受关注。但是目前我国尚未形成系统的设计理论和方法。结合对"开放住宅"理念和案例的理解,探讨了在我国当前条件下为实现住宅的"开放",作为建筑设计者应主动运用的若干建筑设计策略。     

关于“砂土液化动稳态强度分析”的讨论

拜读了王星华、周海林先生的“砂土液化动稳态强度分析”(发表于《岩石力学与工程学报》2003年第1期,以下简称“文[1]”)一文,受益颇多。针对文[1]所提出的动稳态强度问题,谈谈自己的看法,供大家参考。文[1]有如下阐述:“中砂、中密砂或密砂在周期振动力作用下,会发生液化和应变软化,最终达到一个稳定的残余强度。在此,残余强度在不同的振动周期,砂土的孔隙水压幅值不再增加,应力路径相互重叠,但是应变幅值却以恒定的速率不断增加,借助单调荷载中的稳定状态概念,称这种振动力作用下的相对稳定状态为动稳态。”在我国工程界,所谓液化定义为:…     

对“大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验 研究”的讨论

1 引言 笔者于2008年3月份学习了尤明庆教授等[1]在<岩石力学与工程学报>2007年第26卷第12期上发表的 "大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究"一文(以下简称"原文"),对其中的一些试验现象及解释存有困惑,不揣浅陋,特提出来向各位同行请教.     

“主办城市”的世界文化影响力传播

奥运会、世博会、世界杯乃至亚运会等作为享誉世界声誉的“城市巨事件”,对主办城市最显著的影响在于城市规划、建筑设计、市政设施、文化生活的发展及变迁。遗产除了现代人继承古人的宝贵财富外,也包括大自然对人类的馈赠（包括自然遗产与文化遗产）。本文以城市与建筑为载体,借鉴主办城市展开了建筑文化遗产意义上的分析,重点描述了作为现代建筑媒体如何传播北京奥运会、上海世博会及广州亚运会,反之,主办城市又是如何通过城市文化的创意与传播,扩展自身的世界影响力。     

关于《砌体结构设计规范》的几点思考

在我国,多层砌体结构是应用最为广泛的结构形式之一,其设计的重要性也值得关注.GB50011 -2001《建筑抗震设计规范》给出了抗震区砌体结构的设计准则,GB 50003-2001《砌体结构设计规范》是抗震区与非抗震区砌体结构的设计指导准则,与前者相比,GB 50003-2001涵盖的非抗震区砌体结构在限制结构的高度、...     

面向“节约型”社会的住宅建筑节地研究

通过对我国土地资源和城市住宅建筑用地的现状分析,阐明了住宅建筑节地的必要性,并从城市住宅的规划、设计、建设和使用的各个环节出发,提出了住宅建筑节地的对策和措施。     

关于“对‘大理岩孔道试样的强度及变形特性的 试验研究’的讨论”的答复

1 引言 感谢杨圣奇博士对拙稿"大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究"[1](以下简称"原文")和缑勇等[2]一文的仔细阅读,并指出其中错误、欠妥或可能引起误解的地方.笔者认真学习讨论稿后,又阅读相关论文,核对原始试验数据,对杨圣奇[3](以下简称"讨论稿")提出的问题逐条答复如下.错误、欠妥之处,还请大家继续批评指正.     

关于“节理岩体拉剪断裂与强度研究”一文的一点看法

《岩石力学与工程学报》1998年第3期刊登了“节理岩体拉剪断裂与强度研究”一文(以下简称“原文”)[1],在其结语中提出“原文”的主要贡献是“建立Hoek-Brown准则中材料常数m,s与岩石的断裂韧度KIc,KIIc的关系”。笔者阅后认为,此关系的推导前提存在缺陷,现提出来希望引起作者和读者重视。比较熟悉断裂力学基础理论的都知道[2],应力强度因子(KI,KII)是表征裂纹尖端应力奇异性强度的参数,由KI,KII表达的裂尖应力场,即原文的(3),(4),(5)三式,都只能适用于裂纹尖端附近的局部区域,用r表示到裂尖的距离,这些公式应用的条件是r→0。“原文…     

“秦制”初探——以秦人都城营造为基础

通过对秦人都城营造相关史料的分析,结合对考古发掘资料的梳理,探讨了秦人都城营造的历史及特征.     

对"基于Hoek-Brown准则的开挖扰动引起围岩变形特性研究"的讨论

1 引 贵刊2010年第7期刊登了题为"基于Hoek-Brown准则的开挖扰动引起围岩变形特性研究[1]"的文章(以下称之为"原文").笔者拜读后,觉得文中某些观点、思路、结论等似乎不太可信,对Hoek-Brown 准则及其参数或许有所误解.