岩石中锚杆拔出试验的数值模拟

采用二维格构模型分析了岩石中锚杆拔出试验。格构模型将材料在细观尺度上离散为由梁单元组成的格构系统。单元采用简单的本构关系和破坏准则，假定单元的抗拉强度服从正态分布，以引入岩石的非均质性。在外载作用下对整体网格进行线弹性分，计算出格构中各单元的局部应力，超过断裂阈值的单元将破坏，材料的开裂过程通过单元的依次破坏来模拟。研究中考察了材料非均质程度、约束条件对开裂机理的影响 。数值结果表明，非均匀性导致了开裂形态的非对称性，而增加水平约束后，试件的荷载-位移反应由脆性变为柔性。     

基于二元介质模型的岩土类材料破损过程数值模拟

岩土类材料是非均质的具有微缺陷的天然材料,岩土破损力学将岩土材料抽象成由胶结元和摩擦元组成的二元结构体。本文在细观尺度上把胶结元看成理想弹脆性材料,把摩擦元看成硬化型弹塑性材料,计算时通过受荷过程中胶结元破损并逐渐向摩擦元的转化来模拟岩土材料的破损过程。最后进行平面应变受压应力状态下的数值计算,探讨不同侧向应力状态下岩土类材料的破损发展过程和相应的位移状态。结果表明,本文建议的模拟方法可以较好的模拟岩土类材料的破损过程和力学响应。     

基于FDEM的混凝土开裂破坏过程的数值模拟

为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method,FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的数值模型.主要结论如下:(1)有限-离散元法可以很好地模...     

节理岩体脆性破坏过程的有限元模拟

讨论节理岩体的变形破坏概化模型,分析其三种破坏模式:岩块破坏而节理未破坏;节理破坏 而岩块未破坏;节理与岩块同时破坏。根据所提出的破坏模式,建立对应的节理岩体屈服破坏本构关 系;并在此基础上,基于ＡＢＡＱＵＳ二次开发平台编制计算子程序。将所建模型应用于青松电站引水隧洞 围岩的变形破坏分析,证明其可以运用于实际工程,能较好反映脆性节理岩体的变形破坏情况。计算结 果表明该模型可以准确反映围岩的变形量及应力分布,验证了节理面对节理岩体屈服破坏的影响。     

椭圆形骨料混凝土弹性模量预测的格构模型

提出了椭圆形骨料混凝土弹性模量预测的格构模型。首先通过在正方形区域中模拟椭圆形骨料分布获得混凝土细观结构;再应用格构模型将混凝土连续体等效为离散体,把格构梁分为骨料、界面和水泥石基体3类单元,并根据三相组分的面积百分数对这3类单元的比例进行修正,较准确地描述了混凝土材料的非均匀性;最后用有限单元法获得混凝土弹性模量。通过与文献中的2组试验结果比较,验证了本文数值方法的有效性。     

水下岩体冲击破坏数值模拟RHT模型参数确定方法

水下岩体冲击破坏模拟过程中,岩体参数取值对破坏动态分析有重要影响,如何快速估算工程岩体RHT参数对工程施工具有重要意义.通过岩体纵波波速和Hoek-Brown准则,确定弹性模量、密度、抗压强度等岩体基本物理参数,并依据这些物理参数确定全部RHT模型参数,所得岩石参数能有效表达水下岩体物理特性,更能反映工程实际,为相关工...     

岩石锚杆界面滑移破坏的DEM数值模拟

锚固体与岩体之间界面滑移破坏是锚固系统失效的主要形式之一,开展岩石锚杆界面力学特性和破坏机制研究具有重要意义。基于岩石微观胶结接触模型,采用颗粒离散元(DEM)模拟了岩石锚杆的拉拔试验。首先分析了荷载-位移关系、轴力分布和界面剪应力分布规律,然后通过胶结破坏点的数目和组构研究了锚固段界面的微观破坏机制。主要结论有:模拟的荷载-位移曲线与室内试验结果基本一致;拉拔峰值荷载随锚固长度的增加而增大,界面平均粘结强度随着锚固长度的增加而减小;拉拔荷载值达到峰值后,锚固段界面产生渐进破坏;锚固段破坏在宏观上表现为界面滑移,在微观上主要表现为界面处的胶结拉伸破坏和沿轴力方向的微裂纹扩展。研究成果对开展岩石粘结锚杆的界面力学特性和破坏机制研究以及正确指导工程实践具有重要意义。     

花岗岩脆延破坏过程声发射与损伤特性模拟研究

为了研究花岗岩脆性和延性破坏过程的声发射特性和损伤演化机制,通过花岗岩单轴试验和颗粒流程序进行了不同围压试验,获得了花岗岩破坏过程中的声发射曲线并再现了内部损伤演化过程。试验结果表明:花岗岩脆延破坏分界围压约为100 MPa;花岗岩脆性破坏时最大声发射强度的滞后效应受围压影响显著,围压越大滞后效应越不明显,延性破坏时最大声发射强度与峰值应力同时出现,滞后效应消失。花岗岩脆性破坏声发射曲线为单峰型,延性破坏声发射为平缓曲线。脆性破坏花岗岩内部严重损伤区少且分布集中,损伤区裂隙发展方向单一,延性破坏内部损伤区多且遍布整个试样,损伤区裂隙主要沿2个相互正交方向发展;花岗岩破裂角随围压增大逐渐减小,由低围压下的破裂面转变为高围压下的破碎带,低围压脆性破坏花岗岩被破裂面切割成数块,高围压下延性破坏呈粉碎性状态。     

考虑裂纹闭合影响的岩石变形破坏过程模拟研究

岩石内部裂纹的分布对岩石损伤本构关系影响很大,然而目前的岩石损伤本构模型较少考虑裂纹的影响。为建立考虑裂纹闭合影响的岩石变形破坏模拟方法,引进裂纹闭合系数,假设岩石的微元强度符合Harris分布函数,建立了考虑Harris分布和裂纹闭合效应的新型岩石损伤本构模型。基于极值法确定了Harris分布参数,开展室内粉砂岩力学试验并借鉴其他岩石数据验证模型的合理性。结果表明,模型曲线与试验曲线匹配较好,提出的模型能揭示岩石的变形破坏规律,反映岩石的残余强度和延性特征及裂纹闭合效应的影响;对岩石破坏的损伤演化过程进行的分析符合“S”形曲线规律,能够较好地反映岩石的变形阶段划分。     

格构锚固体系承载机理及破坏模式的试验研究

通过开展格构锚固体系与滑坡体相互作用的室内物理模型试验,测得格构锚固体系的梁下土体抗力、格梁内力、位移及变形破坏等关键数据,进而得出滑坡防治中格构锚固体系的承载机理与破坏模式。结果表明在滑坡推力及锚索锚固力作用下,格梁节点处下部受拉、上部受压,跨中处下部受压、上部受拉,整体受力呈“S”曲线状;随着荷载的增加,格梁节点处向坡内弯曲变形、跨中处向坡外弯曲变形;格梁的主要破坏形式有跨中“弓”形弯折破坏、节点处受压碎裂破坏、格梁中间土体拱出破坏、格梁上方土体挤出破坏4种类型;格梁的主要破坏模式为塑性多绞弯折破坏。     

岩样变形和破坏过程的二元介质模拟

分别以弹簧、滑片和胶结杆来代表固体的基本特性即弹性、塑性和脆性，并在此基础上，提出了能客观地反映岩样变形和破坏过程的二元介质模型，多个算例结果表明，调整二元介质模型的参数，可以描述多种类型的应力应变曲线。     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究

针对反倾层状岩质边坡倾倒破坏机理认识的不足,采用平板玻璃作为相似材料,开展不同边坡坡角及岩层反倾角组合条件下的多组离心模型试验;结合图像量测技术,综合分析坡体在离心加载条件下变形倾倒特征,提出反倾层状岩质边坡典型倾倒破坏模式和倾倒破裂面位置的确定方法。研究表明:坡体倾倒变形主要发生在破裂面以上,坡趾岩层起到抗倾倒作用,变形过程分为位移量稳定增长和位移量加速增长两个阶段;坡体倾倒破坏模式经历坡趾岩层断裂、近坡顶张拉裂缝产生、岩层折断渐进式延伸及裂缝贯通瞬间倾倒4个阶段;边坡坡角及岩层反倾角影响坡体破坏时的临界坡高与破裂面位置,可通过计算位移矢量方向确定破裂面位置。上述研究成果,为反倾层状岩质边坡的破坏理论发展、工程地质灾害评价及防灾减灾提供参考。     

用Weibull理论研究脆性材料的损伤概率

本文从理论上推导出了脆性材料的累积损伤概率分式，建立了用损伤概率理论及计算机图形技术相结合的求解Ｗｅｉｂｕｌｌ参数的新方法，并详细研究了Ｗｅｉｂｕｌｌ参数之定一ｍ值，揭示出它是质量控制的关键参数，同时还研究了试件体积对损伤概率的影响。     

顺层岩质边坡抗滑桩弯折破坏模型及试验研究

悬臂式抗滑桩是边坡工程有效防护手段,由于岩土体介质及滑坡结构的特殊性,其在滑坡推力及锚固反力共同作用下的桩身力学行为有待进一步研究。基于顺层岩质边坡的地质结构特性及顺层滑移模式,对抗滑桩锚固段的桩后土体抗力进行分析,分别考虑土体抗力为矩形、三角形和梯形分布情况,建立悬臂式抗滑桩力学模型,研究抗滑桩在顺层边坡滑坡推力及土体锚固反力共同作用下的弯折破坏位置,得到了抗滑桩锚固段弯折破坏位置与抗滑桩的长度、埋深以及滑移面的剪切力的关系及其表达式。通过试验对模型进行验证,对抗滑桩的理论弯折破坏位置进行实际对比。结果表明:在此种滑移模式下,悬臂式抗滑桩的锚固反力按梯形分布计算时,理论模型计算结果与试验结论有较好的一致性,而在按照矩形或三角形分布计算时,理论结果与试验结论相差较大。所以,在施工设计过程中,应在计算得出的悬臂式抗滑桩弯折破坏位置布置较密的抗弯钢筋或按最不利条件计算最大弯矩,确保抗滑桩的承载能力满足要求。     

闸门流激振动水弹性模型材料研制及其应用

 根据水弹性相似律对模型材料的要求，通过采用复合材料加填增重剂和改变模型材料的配方及生产工艺，研制出一种水弹性模型材料。使其密度和弹性模量均满足不同几何比尺模型的要求。当几何比尺为20时，其动弹性模量为11 720.4MPa，密度为7.37g/cm3几何比尺为13.37时，其动弹性模量为16 822.0MPa，密度为7.39g/cm3。在无侧止水条件下，对用研制的材料制作的三峡深孔孤形闸门模型，进行了流激振动试验。通过测定闸门在运行过程中的振动加速度、支臂的动应力和门页上的水流脉动压力，分析评估了闸门的振动特性。     

平面网格结构拟膜分析法及其参数验证

建立了一种正交斜放网格结构的单胞模型,并将这种网格结构比拟成膜,利用能量等效计算出拟膜的弹性参数计算公式。同时,分析了将这种结构固结于各向同性基体材料中形成的复合材料的弹性参数的计算公式。用数值分析验证了公式的正确性。     

单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟

为了研究不同张开度裂隙岩体单轴压缩过程中的力学特性,以裂隙试样室内试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同张开度裂隙试样压缩破坏过程进行数值模拟。结果表明:试件峰值强度随着裂隙张开度的增大表现出先增大后减小,最后维持稳定的规律;根据微裂纹起裂位置,将不同张开度裂隙岩体破坏模式总结为3类,并得出最终失稳破坏本质上都是由张拉所致的结论;随轴向应变增加,试件内部微裂纹的发育速度逐渐提高,但剪切裂纹数量远小于张拉裂纹;最后通过位移场演化规律从细观层面揭示了微裂纹开裂的力学机理。     

硬脆性岩石卸荷流变特性及本构模型研究

依托某在建大型水电站,采用保持轴向应力不变、分级卸围压方式,对硬脆性花岗岩进行蠕变试验,分析了硬脆性岩石的卸荷蠕变变形特性及宏观和微细观破裂形式。结果表明,硬脆性岩石的卸荷流变过程可分为减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个阶段,并且存在卸荷流变门槛值。岩样屈服前后,轴向应变和侧向应变关系分别符合线性函数关系和对数函数关系。低围压下岩石主要发生沿轴向的张拉性劈裂破坏,高围压下则发生沿斜截面的剪切破坏。基于对蠕变损伤演化的分析,建立了硬脆性岩石非线性粘弹塑性损伤流变模型,以便描述硬脆性岩石不同阶段的蠕变特性。