岩石直接拉伸破坏过程及其分形特征的 三维数值模拟研究

通过建立带有残余强度的弹脆性拉伸损伤细观力学模型,运用并行有限元计算手段,模拟不同均匀程度的岩石试样在直接拉伸应力作用下的破坏演化过程,得到拉伸断裂位移-应力全过程曲线,并进行理论和试验对比分析验证.通过分析非均匀性对拉伸过程中非线性力学行为及断裂破坏形态,最后讨论了拉伸断裂破坏的分形特征.数值试验结果表明,非均匀程度对岩石直接拉伸破坏过程中的非线性行为有很重要的影响.岩石细观非均匀程度越高,宏观表现出的直接拉伸强度和初始弹性模量越高,破坏的脆性程度越强,但是残余变形能力和残余强度越低,断口表现出更为光滑的形态.三维空间的破坏分形分析表明,分形维数随着拉伸的进行而逐渐增加,当岩石完全拉伸断裂之后分形维数增加到一个恒定的最大值,而分形维数的变化情况同样反映了岩石的非均匀程度和脆性拉伸破坏程度.     

矿柱破坏过程及其声发射规律的数值模拟

运用一个岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,对矿柱的破坏过程进行了数值模拟研究．矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料．模拟结果再现了矿柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律．结果表明,劈裂是矿柱破坏的主要形式,并首先在矿柱表面出现,然后再形成由表及里的破裂扩展直至矿柱最后产生剪切破坏．     

圆钢管混凝土短柱力学性能三维数值模拟分析

用材料破坏过程分析系统RFPA3D(Realistic Failure Process Analysis)三维数值模拟方法对轴心受压的圆钢管混凝土短柱进行了数值模拟分析,研究了钢管混凝土短柱的力学性能及破坏模式.着重探讨了套箍系数对试件的承载能力、延性和破坏模式的影响.数值模拟结果证明了RFPA3D数值试验方法模拟钢管混凝土结构的有效性,可为工程设计提供参考.     

煤层底板下隐伏陷落柱的滞后突水机理

应用有限元数值计算方法,模拟研究了含隐伏陷落柱煤层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下陷落柱活化、裂隙萌生、裂隙扩张、突水通道贯通形成的全过程,通过对损伤场、变形场、应力场和渗流场的解读,对突水通道进行时空基准标定,并就陷落柱发育高度、承压水水压力大小对突水滞后时间的影响进行了分析探讨,从岩体在长期的环境影响、载荷作用下损伤演化、物理力学性能退化的角度,揭示了煤层底板下隐伏陷落柱的滞后突水机理.     

锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究

 通过对锦屏二级水电站引水隧洞施工期间大量岩爆记录的深入研究,分析总结出岩爆沿里程分布规律、岩爆围岩破坏方式、隧洞横断面岩爆位置规律、岩爆次数与距掌子面的距离关系、岩爆次数与开挖后暴露时间关系、岩爆烈度与其围岩破坏范围关系等岩爆特征规律。通过对这些规律及岩爆分布与地质构造之间关系的研究,总结地质构造和岩爆的相互作用规律。将微震监测技术用于引水隧洞工程施工,进行深埋隧洞的岩爆监测预警,实现对微震活动的全天候连续监测分析,并根据现场对岩爆的微震监测结果,对微震的时空演化与岩爆之间的关系进行初步探讨。研究结果表明：深埋岩体隧洞中,岩爆的时间、空间、强度等分布存在较明显的规律性,并且与地质结构、施工工法、施工扰动等影响因素之间有着必然的联系,其中地质结构对岩爆的发生起控制作用;岩爆发生之前普遍存在一个孕育过程,并伴随着大量微破裂的产生和微震能量的释放(微震前兆),微震活动对岩爆事件普遍具有时间优先性和空间一致性,可利用其指导安全施工。本文的工程实践验证了微震监测技术用于深埋岩体隧洞岩爆监测预警的可行性,并具有较高准确率,从而为隧洞的岩爆预测和安全施工提供新的研究思路。     

混凝土静态破碎的物理试验与数值试验

本文在对混凝土模型静态破碎进行物理试验的基础上应用RFPA2。软件系统对其进行了数值模拟,物理试验并口数值模拟结果表现为良好的一致性。通过数值模拟可以观察到物理试验难以观测到的裂纹的萌生、扩展直至贯通的过程。在此基础上对双孔混凝土静态破碎进行了数值试验,得到相同条件下使孔问主裂纹贯通的经济合理孔距,为混凝土等静态破碎施工中优化布孔提供了一种有效的方法。     

岩体中的湿度扩散与流变效应分析

由于湿度的作用与扩散的范围、时间有关,因此,湿度扩散造成的岩石力学性质劣化和变形随空间和时间而变化,这种变化是造成岩石流变的本源问题.从湿度扩散入手,通过引入湿度增加与材料力学参数弱化的物性关系,建立了湿度-应力-损伤耦合作用的岩石流变模型.试样蠕变和松弛效应的数值模拟结果再现了湿度扩散条件下岩石力学行为变化的时间效应.通过探讨本文的耦合作用流变模型与传统岩石流变模型之间的差异,进一步阐述了岩石流变行为的本源.     

Research on the closure and creep mechanism of circular tunnels

A numerical code called Rock Failure Process Analysis (RFPA2D) was employed to investigate the closure, damage and failure behavior of the horizontal tunnels. In this code the time-dependent deformation was described in terms of evolution of mesoscopic structure, leading to progressive degradation of elastic modulus and failure strength of material. In terms of material degradation, a series of numerical simulations were performed to study the convergence and subsequent failure in circular tunnels. The numerical results provide a complete illumination for the closure, damage and failure behavior with different loading conditions. It is shown that the depth and the ratio of far field stresses play an important role in the creep behavior of tunnels. Creep failure is expected to occur in the direction of the smallest far field stress component, which means that rheological failure of tunnels is influenced not only by the rock characteristic around the tunnels but also by the orientation and distribution of far field stress on a global scale. Supported by the “973” Program (2007CB209400); the National Natural Science Foundation of China(40638040); the Opening Foundation of State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology     

岩石破裂过程分析系统在矿山的实际应用

在矿山工程中,岩体或矿体因开挖或开采,会引起围岩的应力重新分布,造成应力集中而发生破坏,给矿山生产建设带来严重的安全问题。因此,针对矿山工程中因矿岩体的开挖或开采产生的围岩稳定性问题进行分析和研究,找出危险部位,制定防控措施是非常必要的。阐述了应用岩石破裂过程分析系统对唐钢石人沟铁矿采矿工程围岩稳定性进行的分析和研究,制定了安全采矿方案,成功地指导了矿山的生产实践。     

锚喷参数的回归正交有限元试验分析及其应用实例

把“回归正交试验分析法”这种在试验组织及试验数据处理中常用的分析方法引入到数值模拟中,结合本钢南芬铁矿岩石胶带运输系统１＾＃驱动站大洞室的锚喷支护参数优化问题,建立了洞室稳定性指标与锚喷参数之间的经验公式,为洞室工程的稳定性分析提供了理论依据,对实际工程施工也有重要的参考价值。