节理接触面积和厚度对应力波传播特性 影响的颗粒流数值模拟

节理最重要的两个参数是接触面积和厚度，应用ＰＦＣ2Ｄ颗粒流软件开展了节理岩体动力特性的 数值模拟，研究了节理接触面积和节理厚度对应力波传播特性的影响。通过比较模拟参数和实际参数 证实ＰＦＣ2Ｄ有能力模拟应力波的传播特性。然后考虑到纵波在无节理情况下也存在衰减，进行了模拟分 析。最后将模型分成两组节理厚度，每组都有不同的节理接触宽度比例。最终通过对颗粒流模型的计 算分析得出:无节理情况下纵波在各向同性岩体中存在线性衰减特性；节理的接触宽度比例的减少会使 纵波的传播率减少；节理的厚度越大，纵波的传播率越小。     

大理岩球砾法向碰撞恢复系数及损伤破碎试验研究

落石与边坡的碰撞过程是准确模拟落石运动轨迹的关键。为了揭示碰撞中法向恢复系数复杂的尺寸效应和速度效应以及可能出现的损伤破碎现象,基于自行设计的试验装置开展大理岩球砾与板法向碰撞的室内试验。研究发现大理岩球砾存在3种损伤破碎模式:无宏观裂纹模式、有宏观裂纹模式和劈裂破坏模式,并且速度较高时,宏观裂纹的出现作为一种新的能耗机制使法向恢复系数显著降低;试验测得的法向恢复系数随速度的增加而减小,随尺寸的减小而降低,并且其速度效应同时受尺寸的影响;接触应力割线变化率与法向恢复系数具有良好的相关性,能够同时描述法向恢复系数的速度效应和尺寸效应;另外,通过黏弹性接触模型,法向恢复系数随直径减小而降低的尺寸效应得到证实。     

基于水下抽水试验的岩体渗透系数研究及应用

 通过分析水下岩体钻孔抽水试验的水力边界条件,运用势场叠加原理,将水力边界条件分解为水平补给和垂直补给2个部分。其中,水平补给原理与陆上承压水钻孔抽水补给原理相同;对于垂直补给部分,通过适当的简化假定,推导出垂直补给钻孔渗流量计算公式,从而得到适用于水下岩体钻孔抽水试验渗透系数计算的理论公式。利用该理论公式计算得出的渗透系数,采用数值方法模拟水下岩体现场抽水试验,计算结果与试验结果比较接近。为便于比较,利用基于陆上岩体抽水试验渗透系数计算公式得到的渗透系数,进行抽水试验的数值模拟。计算结果表明：相比基于陆上渗流理论的渗透系数计算公式,本文的理论计算公式能够更合理、更接近实际地反映水下岩体抽水试验的渗流特性。最后,根据本文渗透系数的计算公式,采用数值方法和经验公式预测某拟建海底隧道工程施工期的涌水量,两者结果比较一致,可为隧道选择设计方案和施工方法提供参考。     

基于格子Boltzmann方法的土石混合体的渗流特性研究

为了探究土石混合体的渗流特性，基于颗粒离散元法和三维离散元模型虚拟切片技术建立了土石混合体的三维随机孔隙结构模型并将其体素化，引入三维格子Boltzmann方法从孔隙尺度对其渗流开展了模拟，并据此分析了块石含量、相对密实度和块石粒径对土石混合体渗透率的影响，最后探讨了不同条件下块石含量对土石混合体渗透率存在不同影响的内在机制。研究结果表明：当相对密实度和块石粒径不变时，随块石含量增加，土石混合体的渗透率总体上是逐渐增大的，且增大的速率越来越大；相对密实度越高，土石混合体的渗透率越低；块石粒径对土石混合体的渗透率存在一定程度的影响，当块石含量小于临界值时，块石粒径越大则渗透率越小，而当块石含量高于临界值时，块石粒径越大则渗透率越大；当土石混合体中土体的密度保持不变时，其渗透率随块石含量增加先减小后增大。     

颗粒形状对断层摩擦强度影响的数值试验研究

为了研究断层破碎带颗粒形状对断层摩擦强度的影响,采用二维颗粒流程序,建立以不同形状颗粒为基本单元的断层破碎带数值试验模型,并采用形状系数对颗粒形状进行定量描述,研究了在不同法向应力和颗粒级配条件下形状系数对摩擦强度的影响。研究结果表明,异形颗粒间的咬合自锁作用大于圆形颗粒,致使异形颗粒填充的断层破碎带摩擦强度高于圆形颗粒填充的断层破碎带摩擦强度;断层破碎带残余摩擦系数与填充颗粒的形状系数之间有较好的线性关系。     

岩体基本质量分级模糊综合评价法研究

深入分析影响岩体基本质量的关键因素,根据国标岩体基本质量分级,采用岩石坚硬程度和岩体完整性系数作为评价指标.考虑权重的动态变化将主观权重和客观权重组合,修正正态分布隶属函数,构建岩体基本质量模糊综合评价法模型,最后在全域范围内与国标分级结果进行对比.结果表明:两种方法在全域上的吻合率为67.2%,最大相差等级为2级;相差一级和相差两级的比率分别为28.5%和4.3%.采用动态组合权重,相较于常权吻合效果更佳.研究发现,国标岩体基本质量分级和岩土工程中的风险矩阵分析较为类似,分级具有风险特征.在岩体基本质量分级时,国标方法分级不可能高于最差单因素评价的等级,最终分级由最差因素决定;模糊综合评价法的实质是加权平均,最终分级是所有因素的折衷结果.因此,模糊综合评价理论在运用于岩石力学问题评价中时,必须考虑工程的实际要求,确保分级合理可靠.     

基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟

为了有效模拟土石混合体室内大型三轴试验侧向柔性乳胶膜的力学行为,提出了一种可行的三轴试验侧向柔性薄膜边界的三维离散元模拟方法,即三维组合墙法。结合已开发的不规则块石及土石混合体三维离散元建模方法,建立了可考虑柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试样三维离散元模型。引入平行黏结模型以更好地模拟胶结土石混合体中颗粒间的胶结作用,通过开展大型三轴数值试验逐一全面地标定了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值模型的细观力学参数。分析了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值试样的变形破坏过程及特征,并与室内试验结果进行了对比。结果表明:所提出的三维柔性薄膜边界建模方法原理简单,参数较少,易于实现,且能节省计算资源;基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟能较好地再现土石混合体的应力–应变特征、无胶结土石混合体的鼓肚变形破坏特征、胶结土石混合体变形局部化的过程及其剪切带的细观结构特征。     

鲁布革水电站地下厂房锚喷支护效果的研究

为了研究鲁布革水电站地下厂房围岩采用锚喷支护的效果,我们曾进行了相似材料模型试验研究和有限元计算。模型试验和有限元计算分别对有支护和无支护的洞室围岩应力分布;围岩位移;以及洞室失稳的破坏荷载、破坏范围和破坏形态进行了研究。分析研究结果表明,锚喷支护能够改善洞室围岩的受力条件,增加围岩整体变形刚度和提高围岩的承载能力。洞室进行锚喷支护后,围岩拉、压应力值都有所降低;围岩周边最大变形减少20％左右,洞室破坏荷载可提高50％左右。本文对洞室围岩、喷混凝土层及锚杆的破坏机制亦进行了讨论。     

三峡库区基础设施建设中的几个工程问题初探

三峡工程建设已接近尾声,库区移民城镇建设已基本完成,但库区移民城镇均面临后期经济发展的问题.为此,国家已结合西部大开发战略在库区进行大规模的基础设施建设,尤其是骨干交通网的建设.由于三峡水库在运行期高达30m的水位频繁升降,给库区基础设施建设带来了一些必须予以重视的岩土工程问题.文章结合国家重点公路杭州至兰州线重庆巫山至奉节段大宁河特大桥两岸岸坡冲刷及稳定性研究,介绍了三峡库区基础设施建设中必须予以重视的地下水动水压力问题、岩溶问题以及库岸再造问题等岩土工程问题,以及研究这些问题的方法及其存在的不足,指出了需要继续研究的方向.     

轴对称压缩条件下岩石局部化剪切带数值模拟

在岩石室内试验中,可以很清楚地观察到试样在失稳过程中常常伴随着宏观剪切带(破裂面)的形成。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和试验条件,采用FLAC3D软件,对岩石试样在轴对称压缩(单轴或常规三轴)条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟,取得的结果与相关试验结果基本一致。