岩锚吊车梁仿真材料模型试验研究

水电站地下厂房岩锚吊车梁是一种先进的结构形式,已在我国水电工程建设中发挥了重要作用,并且还将会发挥越来越重要的作用.通过某大型水电站地下厂房中大吨位岩锚吊车梁的仿真材料模型试验研究,指出了设计和施工中值得注意的几个问题.     

块石含量对土石混合体边坡稳定性影响的数值研究

为克服有限元法和颗粒流方法在模拟土石混合体边坡稳定性存在的不足,提出了一种新的土石混合体有限元数值模型随机生成技术,运用此技术生成土石混合体边坡数值模型,并运用强度折减法开展块石含量对边坡稳定性影响的分析。结果表明:随着块石含量的增加,土石混合体边坡内部应力场分布不均匀及多剪切滑动面的特征逐渐加强;土石混合体边坡的安全系数随块石含量的增加整体上逐渐提高,在边坡块石含量不超过40%时,安全系数提高较为缓慢,边坡块石含量在40%~55%之间时得到快速提高,随后基本上保持不变。     

单轴压缩下层状岩体的各项异性研究

层理对岩体强度和各向异性特征都有重要影响,为了详细的研究层理间距和倾角对岩体强度 各向异性特征的影响,通过对类层状岩体标准试样的单轴压缩试验,得出了试样的强度和弹性模量随层 理间距、倾角的变化规律,并深入分析了试样的破坏形态,最后通过理论计算对试验结果进行了验证。 研究结果表明:岩体强度随层理面倾角的增加近似呈“Ｕ”型变化的规律,并在60°左右达到最小值;岩体 的弹性模量随层理面倾角的变化规律总体上是以45°为分界点,近似呈“Ｖ”型变化;岩体的强度、弹性模 量、破坏机制和各向异性比受层理面间距的影响均较小,层理间距为10ｍｍ的试样各向异性比为4．72, 层理间距为20ｍｍ的试样各向异性比为4．46,均属于高各项异性水平;试样破坏机理主要是剪切滑移和 张拉破坏,以及两者的组合。     

土石混合路基填料动回弹模量试验研究

采用美国国家公路与运输协会标准路基土和混合集料试验方法（ＡＡＳＨＴＯ:Ｔ307—99（2012））,通 过循环动荷载三轴试验,得到两种岩石骨料（块状花岗岩和微风化片状石灰岩）、不同土石含量（ＲＢＰ）以 及饱和与烘干状态下土石混合体的动态回弹模量。研究表明:不同含石量的土石混合料Ｍｒ随着应力水 平变化表现出不完全一致的规律;低围压下Ｍｒ值随着偏应力峰值增加有明显降低趋势;高围压、高含石 量下的Ｍｒ值随着偏应力峰值增加具有明显增加趋势,并且骨料为花岗岩的试样和烘干试样的Ｍｒ相对 较高,与此同时,随着含石量的增加,Ｍｒ平均值亦有所增加。     

大理岩球砾循环加卸载接触力学特性试验研究

为研究岩石颗粒在循环加卸载条件下的接触力学性质,采用直径60 mm的大理岩球砾开展系列压缩破碎试验、准静态循环加卸载试验和动态循环加卸载试验。试验结果表明:在压缩荷载作用下大理岩球砾的弹性变形阶段较短,弹塑性变形阶段处于主导地位;随准静态循环加卸载次数增加,大理岩球砾的累计塑性变形、接触刚度-位移曲线斜率以及等效恢复系数都逐步增大,但增幅逐渐减小,最后趋近于稳定值;动态循环加卸载试验中球砾的累积塑性变形随循环次数演化曲线可以划分成初始阶段、等速阶段和加速(破坏)阶段,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾在初始阶段产生的塑性变形越大,累计塑性变形曲线进入等速阶段所需循环次数也越多;动荷载作用下的阻尼比随循环次数增加而逐渐减小,最后渐趋于稳定,上限荷载越大、荷载幅值越大,大理岩球砾循环加卸载初期的阻尼比越大,随循环加卸载次数增加,上限荷载和荷载幅值对阻尼比的影响逐渐减弱。研究成果可为分析堆石料、铁路道砟等岩石颗粒材料受力变形特征提供理论依据。     

层理面细观参数对层状岩体强度特性影响的研究

为了从细观角度研究不同层理面的细观参数对层状岩体强度特性的影响,利用颗粒流建立数值模型,从细观角度将层理面力学参数分为黏结强度、摩擦作用和咬合作用3个方面,通过开展不同层理倾角下层状岩体单轴压缩试验的数值模拟,初步探讨了层理面力学参数对层状岩体强度的影响。结果表明:当层理黏结强度与基岩相差很大时,其影响可以忽略,而当其与基岩黏结强度比较相近时,其影响很大;层理摩擦作用对岩体整体强度的影响很小;层理咬合作用由层理厚度体现,是影响岩样整体宏观强度的重要因素,在试验颗粒级配条件下,当层理厚度取大约3倍最小颗粒半径时比较合理。     

无黏结材料颗粒流模型的宏细观参数关系研究

基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结颗粒材料为例,采用4因素3水平正交试验方法设计了9类试样,并各自在3种侧压下进行双轴试验,以探求细观参数不同组合对介质宏观特性的影响,从而避免了控制变量法固定某些参数的局限,更加科学地分析了细观参量对宏观特性影响的敏感程度,并据此提出该类材料宏细观参数匹配的调整原则。最后利用人工神经网络实现了该类材料宏细观参数之间的互演计算,以供PFC模型在实际岩土工程计算时参考。     

不规则颗粒及其集合体三维离散元建模方法的改进

以土石混合体中的不规则块石和含石量为40%的土石混合体室内大三轴试样为例,研究了如何针对当前岩土材料建模方法的不足进行改进以建立尽可能真实的不规则颗粒及其集合体的三维离散元模型。为了模拟块石的真实形态特征,明确了块石几何模型建模方法的控制参数及其确定方法,建立了与真实块石球度相同、棱角度相似的三维半真实离散元模型。为了计算模型的体积以用于模型密度优化及颗粒集合体孔隙率的计算,提出了一种三维离散元模型虚拟切片技术,结合数字图像处理技术可快速准确计算块石三维半真实离散元模型的体积。为了使得土石混合体大三轴试样三维离散元模型的密实度与室内试样保持一致并兼顾建模效率,提出了基于拟振动压实法和分层复制法的土石混合体大三轴试样三维离散元建模方法。研究结果表明:所提出的不规则块石几何模型建模方法控制参数较少且可分别对球度和棱角度进行单独控制;当块石离散元模型填充球体数较少时,其体积与对应几何模型体积相差较大,不能直接采用对应几何模型的体积;所建立的土石混合体数值试样与室内试样的细观结构特征基本相同,即块石随机散布于土体基质中。     

土石混合体单轴压缩试验的三维颗粒流数值模拟

为探究不同含石量土石混合体在单轴压缩荷载下的变形破坏机理,在不规则颗粒三维离散元精细建模技术的基础上,提出了一种不规则块石三维离散元模型随机生成技术,并建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维颗粒流数值模型。进行了低、中、高不同含石量(0,10%,30%,50%,70%,90%)的土石混合体单轴压缩试验颗粒流数值模拟,获得了各种含石量的土石混合体在单轴压缩荷载下的应力应变特征和变形破坏特征,并对其变形破坏的细观机理进行了深入的分析探讨。结果表明:随着含石量的增加,土石混合体试样单轴抗压强度和弹性模量随之减小;中低含石量(0,10%,30%,50%)土石混合体的应力-应变曲线表现出典型的应变软化特征,而高含石量(70%,90%)土石混合体在达到峰值应力后表现出一定程度的塑性流动特征;中低含石量土石混合体试样中形成的微裂纹主要是张拉裂纹,宏观上表现出来的是拉裂破坏,而高含石量土石混合体试样中微裂纹很少,主要是剪切裂纹,宏观上表现出来的是剪切破坏。     

复杂节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响研究

基于三维块体离散元软件3ＤＥＣ程序,考虑存在三组节理的复杂节理岩体的情况,通过对10个 不同尺寸的岩体块体进行直剪试验模拟,探讨岩体尺寸对于剪切强度特性的影响效果。由于剪切面相 对节理面位置的不同,块体分为两组（第Ⅰ、Ⅱ组）,得出了法向应力作用下的剪切应力与水平位移的关 系曲线图。通过计算可得出剪切强度参数———黏聚力和摩擦角及其与块体尺寸的关系曲线。由此可 见,两组的差异较大,故在进行选择参数时应根据剪切面的位置分别进行考虑。最后对岩体的剪切强度 特性的尺寸效应进行了理论分析,认为节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响的关键原因是节理结构面 的存在,节理的相对位置、组数、间距、材料属性等都是重要的影响因素。