基于偶应力理论的无网格Galerkin方法及尺度效应数值模拟研究

Cosserat介质理论又称为偶应力理论,它较传统连续介质力学更精确,在研究具有微结构介质的力学行为时具有优势.文中将偶应力理论和无网格方法结合在一起,建立基于偶应力理论的无网格方法的基本算法,导出离散模型的计算列式.首先以圆孔孔边应力集中问题和薄梁的弯曲问题为例,确定这一方法的基本参数,解决算法实施的关键技术.进而研究平面裂隙破裂问题,结果表明, 裂隙破裂的尺度效应明显,偶应力对裂隙始裂的破裂方向、破裂步长和破裂载荷有较大影响.     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

以小浪底工程为背景的洞室开挖位移系统分析

采用FLAC3D程序,以小浪底工程为背景对其开挖过程在多因素影响下进行了大量计算工况的二维数值模拟。对毛洞开挖主厂房边墙关键点最大水平位移进行了系统分析,包括相对位移与相对载荷、埋深及弹性模量之间关系的分析,可供大型地下洞室群稳定分析时作参考。     

真三轴荷载条件下大型地质力学模型试验系统的研制及其应用

 为研究深埋、高地应力条件下地下洞群围岩稳定性,新研制大型真三轴加载地质力学模型试验系统,该系统主要由三维钢结构台架装置和液压加载控制系统组成,可实现全三轴应力状态下在侧向施加梯级荷载。在各加载面上研制和布设组合型滚珠式滑动墙,实现新型超低减摩技术。用该系统开展洞群开挖支护的模型试验,在试验技术和模型制作工艺上有了创新和重大改进：采用预制模块堆砌黏结成型的工艺方法制作模型,提高全模型在力学性能上的一致性;采用数字照相变形量测技术、基于光纤Bragg光栅的棒式位移传感器和新研制的高精度光栅尺型微型多点位移计进行围岩内变形量测;新研发施作注浆锚杆和预应力锚索的独到工艺技术;还开展大埋深条件下的超载试验,观察到围岩破坏的发展过程,试验结果还与数值分析进行对比。研究的方法技术及结果将对类似工程研究有一定的指导和借鉴意义。     

地下洞群主厂房边墙裂缝带监测与研究

在我国,许多已建或在建的水电站地下洞群工程中经常发现洞室高边墙有陡倾角脆性劈裂带或大裂缝。为了探究大型地下厂房边墙裂缝带的分布情况、发育程度和形成原因,作者以瀑布沟工程地下厂房群为研究对象,在4号母线洞两侧的岩柱打了四个贯穿于主厂房与主变室的观测钻孔,采用钻孔电视成像仪和数字式全景钻孔摄像系统进行观测,得到主厂房下游边墙的裂缝分布状况。观测结果表明,大角度裂隙带的较密集部位,主要出现在距主厂房下游边墙约10m-15m和30m-35m范围之间的岩柱内,且随着时间的推移裂缝条数逐渐在增多。     

裂隙岩体与地下结构共同作用下的稳定性分析

提出了用岩体能量粒散理论评估岩体稳定性的分析方法,该方法能有效地反映地下洞室变形和破坏状况及裂隙岩体与地下结构的共同作用,为评估地下洞室分期开挖的优劣和优化施工开挖过程提供了一种新途径.     

考虑开挖卸荷劈裂效应的脆性裂隙围岩位移预测新方法

 针对中国西南地区大型地下水电站厂房高边墙洞室脆性围岩开挖卸荷过程中出现的劈裂破坏这一特殊的工程地质现象,采用直线型滑移裂纹组劈裂简化模型,运用断裂力学、能量分析和裂纹扩展等分析方法,考虑围岩中原生裂隙的存在和在应力条件改变时,原生裂隙产生次生裂纹,继而形成近似平行洞室边墙的陡倾角劈裂裂缝的作用,获得洞室周边围岩的劈裂破坏判据和反映劈裂张开性变形的围岩位移预测新方法。并将新方法应用到锦屏一级水电站地下洞室群实际工程中进行验证,其劈裂破损区和位移预测值均与工程现场监测结果具有较好的一致性。此预测方法将为类似工程优化设计和优化开挖等提供科学依据。     

裂隙岩体渗流耦合模型及在三峡船闸分析中的应用

根据岩体实际性状，提出了基于块裂介质和拟连续介质的裂隙岩体三维渗流耦合数学模型，并编制了三维有限元程序，最后以三峡高坡为工程算例，验证了所提出的数学模型基本上是合理、可信的。     

类节理岩体单轴压缩损伤演化的CT试验研究

采用自制与CT机配套的专用加载装置,对含单裂纹试件进行了单轴压缩破坏的CT(Computerized Tomography)实时试验,对试件被压密→新损伤区产生→裂纹扩展的全过程进行了监控,得到了各阶段清晰的CT图象及CT数.通过分析,提出了岩石的损伤演化率和损伤门槛值概念,从细观和三维上初步掌握了类节理岩体损伤演化特性.     

岩锚吊车梁轮压作用下的三维稳定性分析

应用FLAC3D软件,结合实际工程,考虑混凝土、围岩和锚杆3者变形对岩锚吊车梁受力状况的影响,计算分析了岩锚吊车梁及附近围岩在运行期轮压作用下的工作性态和稳定性,分析了岩锚吊车梁锚杆的受力情况以及吊车梁与岩壁接触面的稳定性,论证了三维有限差分方法用于研究水电站地下厂房岩锚吊车梁的合理性.