节理倾角对单节理岩样变形破坏影响的数值模拟

采用FLAC模拟了节理倾角对各向异性岩样峰值强度、力学行为及剪切带图案的影响。节理由实体单元模拟。对于节理之外的岩石,采用莫尔库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后本构关系选择线性应变软化模型;对于节理,采用理想弹塑性的莫尔库仑准则。结果表明,无节理密实岩石的峰值强度最高。节理岩样的剪切应变或集中在节理上,或集中在新剪切带上,峰值强度随节理倾角而改变。新剪切带启动于节理的端部,然后沿其固有方向传播。当节理倾角适中时,节理岩样的峰值强度较低,岩样的行为受控于节理。当节理倾角较高或较低时,可观测到应变软化行为。若节理倾角较低,新剪切带的长度随节理倾角的降低而增加,这导致了陡峭的峰后应力-应变曲线。若节理倾角较高,由于节理倾角对新剪切带的厚度和倾角几乎没有影响,因此,峰后斜率不依赖于节理倾角。     

三维岩样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟

采用三维拉格朗日元法，对三维岩样在单轴压缩及不同端面约束条件下，试样端面上压应力的分布及演化规律、试样的破坏过程及空间局部化区域的形态进行数值模拟研究。在峰值强度之前及之后，岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值结果表明，对于粗糙端面，由于强烈的端面约束，试样的弹性区是以两端面为底面的锥体；锥体一旦形成，随着时间步的增加，其体积基本保持不变；压应力集中于端面的四个边上。对于光滑端面，弹性区被塑性区所包围，随着时间步的增加，弹性区逐渐缩小，直到消失；压应力集中于端面的中心。在平面应力状态下，未观测到明显的局部化剪切带图案。无论粗糙还是光滑端面，三维岩样都发生了明显的剪切破坏。三维岩样内部的剪切应变局部化带有主有次，占主导地位的剪切带尺寸较大，应变率集中程度较大。     

应变软化模型中内聚力对模拟结果影响的数值模拟研究

为评价应变软化模型中内聚力对模拟结果的影响,利用FLAC 3 D软件建立标准尺寸的圆柱体模型,采用单向加载方式开展数值模拟研究.结果表明:采用摩尔库伦模型时,内聚力大小与峰值强度呈线性相关.在应变软化模型中,仅改变应变软化参数,峰前特性与摩尔库伦模型表现一致;其他条件相同时,峰后塑性应变的标志点越小,或峰后应变软化参数...     

平面应变条件下含孔洞土样受内压作用的变形破坏过程

在不同加载速率下,利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加,土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前,操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄,以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场,利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便,根据清晰剪切带位置,布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时,拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带,而当加载速率较高时,未出现上述现象;当纵向应变较高时,在孔洞表面附近,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降;当纵向应变较高时,在离孔洞表面较远处,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。     

缺陷岩样的变形局部化及剪切面的反射与折射

平面应变岩样在单方向施加栽荷条件下,采用拉格朗日元法(FLAC)模拟了端面约束对具有初始随机材料缺陷的岩样破坏过程及应力-应变曲线的影响.对于粗糙端面试样,可在试样中部观测到剪切带;靠近试样两端面的弹性区域的形状类似三角形,其高度随着轴向应变的增加而降低,直到达到常数.对于光滑端面情形,未观测到剪切带的停滞及折射现象,而反射现象较常见.对于粗糙端面试样,剪切带不能贯穿试样的两端面;很少观测到反射现象;可见到剪切带的停滞现象;剪切带的折射现象较常见;通常,一条较长的剪切带可以贯通试样;剪切带发生折射之后,其倾角有所降低.粗糙端面时的应力峰值比光滑端面时高.端面约束不同时的峰后刚度及应力峰值所对应的轴向应变没有明确的规律.不同端面条件下,试样中部剪切带花样既有一定的类似性(由于微弱的端面约束与相同的初始随机材料缺陷分布),又有不同的一面(端面约束的不同及两端面附近的剪切带传播至试样中部).     

AZ31B镁合金和6065铝合金动态压缩行为数值模拟

为了研究帽状试样AZ31B镁合金和6065铝合金在动态压缩变形过程中的温度、应力与应变演变规律,采用Johnson-Cook本构方程和累积塑性损伤方程进行了数值模拟,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了AZ31B镁合金和6065铝合金帽状试样的动态变形过程.结果表明,两种合金的裂纹萌生和扩展过程相似,局域化变形带内塑性应变由内向外对称分布.相比于AZ31B镁合金,6065铝合金的塑性应变影响区域更为狭小,其应变和应变率硬化效果更强.6065铝合金的变形温度能够达到其动态再结晶临界点,因而易于绝热剪切带的形成.     

岩石材料局部化渐进剪切破坏特性及模型分析

为研究岩石材料局部化渐进剪切破坏过程和机制,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机,对典型岩样进行三轴压缩试验,分析了岩石全应力应变过程,重点探讨应力软化、残余应力稳定2个峰后阶段,研究了岩石的破坏形式及机理.结果表明,应力在峰后阶段呈现渐进式跌落,并逐渐趋于稳定而达到残余强度.同时,基于局部化剪切带的形成过程,依据岩石应变软化机制,构建能模拟岩石渐进剪切破坏的力学模型.最后,对所建立的模型进行试验验证,模型计算与试验结果吻合较好,证明了该模型的合理性.     

层状岩体受压力学特征结构面效应数值分析

煤层底板岩体是沉积岩,具有显著的层状结构特点。为研究层状岩体压缩强度的结构面效应,通过FLAC3D数值软件,结合改进的遍布节理本构模型,建立层状岩体压缩数值模型,分析单轴、三轴压缩情况下的应力应变响应以及强度特征。研究结果表明：层状岩体压缩强度具有显著的结构面倾角效应。随着倾角的增大,层状岩体的压缩强度呈现先减小后增大的趋势。当结构面倾角为40＆#176;～80＆#176;时,岩体强度整体较低,破裂面主要沿结构面展开。数值试验和理论分析反映的岩体强度随结构面倾角变化规律一致。层状岩体弹性模量沿平行于结构面方向最大,而垂直于结构面方向最小,并随结构面与水平面之间夹角的增加而增大。     

单轴压缩作用下岩石混凝土一体两介质体破裂过程数值模拟

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA2D系统,结合实验室试验对岩石混凝土一体两介质体单轴压缩作用下的破坏过程进行了数值模拟研究,其模拟结果再现了岩石混凝土一体两介质体破坏的全过程及其声发射分布规律。结果表明:一体两介质模型表现为一体特性,强度低的混凝土材料首先出现裂缝,裂缝逐渐扩展穿越混凝土与砂岩两种介质的界面,两介质协同横向变形,最终一起破坏。     

岩石边坡平面滑动时的临界滑面倾角的探讨

在岩石边坡中，当出现平面滑坡时，如果边坡内没有确定的滑面，滑面的临界倾角不仅仅是边坡倾角和破坏面摩擦角的函数，而且还应该是滑体高度、破坏面的黏聚力和岩体重度的函数．通过推导和计算得知，滑面的临界倾角与边坡倾角呈线性关系，与破坏面摩擦角呈二次函数关系，与滑体高度呈对数关系，与破坏面的黏聚力呈负指数关系，与岩体重度呈二次函数关系．此外，当边坡中有张裂缝和水时，滑面的临界倾角还与张裂缝的深度和水位高度有关.     

广义Hoek Brown破坏准则平面应变问题的滑移线场理论

根据弹塑性力学平面应变问题的特点,推导广义Hoek-Brown破坏准则平面应变问题应力分量的双参数表达式。代入静力平衡微分方程,得到双曲型一阶拟线性偏微分方程组。运用行列式方法,在适当的变量代换后,获得应力偏微分方程组的特征方向和特征上的微分关系。特征方向表明塑性区中的共轭斜交剪切滑移面形成两族非正交滑移线,其共轭角随极限应力状态和Hoek—Brown岩体材料物性参数而变化。由于对称初始应力场条件下圆形硐室理想弹塑性围岩塑性区内最大主应力方向为环向,而滑移线切线方向与最大主应力方向的夹角是最小主应力（径向应力）的函数,结合圆形硐室理想弹塑性围岩的应力分布的分析解,获得滑移线的极坐标曲线所满足的微分方程,进而得到其极坐标曲线方程。