土石混合体宏细观力学特性和变形破坏机制的三维离散元精细模拟

为了更加精细的模拟土石混合体宏细观力学特性和变形破坏机制,针对已有三轴试验侧向柔性薄膜边界模拟方法进行改进,提出三维组合墙法实现了柔性薄膜边界的三维离散元模拟。结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体大型三轴数值试样,开展数值试验标定土石混合体数值模型的细观力学参数并与室内试验结果进行了对比验证。深入分析不同含石量下土石混合体的宏细观力学特性和变形破坏机制。结果表明:三维组合墙法原理简单、参数较少、易于实现且应用效果较好;大型三轴试验数值模拟能够较好地再现土石混合体宏观的应力–应变特征、强度特性和破坏模式;随含石量增加,土石混合体的骨架结构效应越来越显著;剪切带内土颗粒旋转量较大而块石颗粒旋转量较小,表明剪切面绕过了较大的块石颗粒。     

超长嵌岩钻孔灌注群桩承载特征与受力机理研究

基于考虑了阶段施工影响的3D有限元分析模型,分析了天兴洲大桥3号主墩的超长钻孔灌注嵌岩群桩的承载特性和受力机理.有限元分析与离心机模型试验荷载沉降曲线的一致性验证了该模型的有效性.在此基础上着重从荷载沉降曲线、桩身轴力分布和桩侧阻力分布等方面研究了加载和卸载条件下超长嵌岩钻孑L灌注群桩的承载特性和受力机理.研究结果表明:群桩沉降在加载和卸载阶段均与荷载成近似线性增加关系;桩侧阻力在加载时是从上往下逐渐发挥的且极限摩擦阻力沿深度增加,而在卸载阶段桩侧阻力局部存在残余摩擦而整体上呈现疲劳现象.     

土石混合体细观力学参数对宏观力学特性影响研究

为了系统地研究土石混合体细观力学参数对其宏观力学特性的影响,首先在不规则块石体三维离散元模型的基础上,建立了符合宏观统计规律的含石量为50%的土石混合体三维离散元模型;然后进行了不同石-土颗粒法向刚度的比值、不同石-土颗粒法切向刚度比的比值、不同石-土颗粒摩擦系数的比值和不同石-土颗粒间黏结强度与土-土颗粒间黏结强度的比值等情形下的土石混合体大三轴试验三维颗粒流数值模拟,分析了各种情形下土石混合体的宏观力学响应;最后从微裂纹演化、摩擦功、块石颗粒转动特征等多个角度对各细观力学参数影响的细观机理进行了揭示.结果表明:随着石-土颗粒法向刚度比值的增大,试样初始模量增大,破坏应变和峰值强度均减小;石-土颗粒法切向刚度比的比值和石-土颗粒间黏结强度与土-土颗粒间黏结强度的比值对土石混合体的宏观力学行为影响不显著;石-土颗粒摩擦系数的比值越大,峰值强度和残余强度越大.     

岩石材料破坏形式的分叉分析

采用不连续发叉理论，分析了轴对称状态下岩石材料的破坏形式，并采用一组大理岩的实验结果进行了模拟计算。分析结果认为，岩石材料在单轴压缩状态下的脆性破坏总是张破裂的，而在常规三轴压缩状态下的脆性破坏是剪切破坏的，并且随着围压的增加，其剪切带方位角逐步降低，破坏形式由剪切破坏逐步向塑性破坏过渡。此外，岩石材料的剪切带分叉发生在峰值应力之后，随围压增加而逐步远离峰值点。     

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.     

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。     

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。     

岩石试件端面摩擦效应及参数敏感性研究

试件端面摩擦效应直接影响试件内的塑性等效应变、剪切带的分布。运用ANSYS中的接触单元模拟了平面应变状态下端面摩擦效应对塑性等效应变、剪切带的影响 ,得到了不同摩擦系数时塑性等效应变及剪切带的渐进变化形式。当接触面摩擦较小时 ,塑性等效应变图案为上下两个X形网络 ;当接触面摩擦增大时 ,塑性等效应变网络向中部靠拢并且明显增多 ;当试件端面侧向位移被限制 ,即摩擦力很大时 ,塑性等效应变网络变为一个X形局部化带。剪切带图案与塑性等效应变图案相似 ,变化过程一致。还进行了接触刚度和剪胀角的敏感性分析。