大断面小净距隧道水力耦合围岩稳定性数值模拟

以在建富水区大断面小净距公路隧道为工程依托,通过自主开发的弹塑性应力-渗流-损伤耦合有限元计算模型对水力耦合作用下大断面小净距隧道围岩稳定性进行计算。采用差异进化算法进行损伤参数反演,在所得反演参数的基础上,对不同净距下,所选开挖断面处围岩的塑性区分布、损伤场演化规律和不同注浆圈参数对隧道周边损伤值及洞内涌水量的影响规律进行计算结果分析。     

基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型及其应力回映算法研究

为了克服一般弹塑性损伤模型不能反映岩体结构、岩块强度、应力状态的影响以及非线性破坏特征等问题,该文基于广义的Hoek-Brown（HB）屈服准则,考虑损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立了岩体弹塑性损伤本构模型,给出了损伤变量定义及演化方程。针对该模型在数值求解过程中存在的奇异点问题,从主应力空间推导了弹塑性损伤模型的完全隐式返回映射求解算法,包括弹性预测、塑性修正和损伤修正三个步骤。通过ABAQUS软件的用户子程序接口Umat,实现了弹塑性损伤模型的数值求解过程。采用单轴、三轴压缩试验和隧道算例对模型算法进行验证和分析,结果表明,所建立的HB损伤本构模型能够很好地描述岩体材料的力学特性,在实际岩体工程的损伤模拟中效果令人满意,计算结果对工程有指导意义。     

轻骨料混凝土的强度影响因素分析

由于轻骨料混凝土的强度影响因素较多,在实际工程中往往对配合比的控制比较困难,为了便于控制实际工程的各种参数,对不同水胶比、筒压强度、不同粒径范围的粗骨料以及不同减水率的减水剂进行了大量的试验。结果表明,上述四种参数对轻骨料混凝土的强度具有很大的影响。轻骨料混凝土与普通混凝土相似,强度随着水胶比的增加而降低;当混凝土7 d的抗压强度达到28 d强度的70%左右时,试块的抗压强度并不与粒径范围成正比;陶粒的筒压强度对试块的强度具有较大的影响,在进行工程应用时,应严格控制粗骨料的质量;在相同的水泥用量的条件下,减水剂的减水率对于试块的抗压强度有很大的影响。     

考虑爆破效应的隧道开挖损伤区及渗流场分析

针对爆破效应对围岩力学参数及渗透系数的劣化问题,根据岩石弹塑性力学、连续损伤力学、有效应力原理及渗透系数演化方程,提出了基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型,并给出了模型的有限元数值求解算法.以甄峰岭隧道为工程依托,对所选断面开挖损伤区进行数值分析,通过声波检测手段确定爆破扰动范围及损伤值,修正计算力学参数和渗透系数.结果表明,考虑爆破效应后的开挖损伤区,位移值和涌水量均大于不考虑爆破效应时的数值,进行工程稳定性评价时应充分考虑爆破因素的影响.     

基于钻采管材断口图像特征的图像预处理方法研究

分析钻采管材断口宏观图像可以为管材材料的性能及服役行为等许多方面的研究提供重要信息,准确分析钻采管材断口宏观形貌需要对断口宏观图像进行剪切、灰度化、直方图均衡化、去噪、滤波和边缘检测等预处理。图像分块后,通过子块的灰度均值、方差以及方向图识别噪声子块,利用噪声子块邻近的纹理子块沿纹理方向滑动对噪声子块进行修复,实现图像去噪。对去噪后的图像进行Gabor滤波处理、边缘检测等操作。实验结果表明,通过上述预处理方法可以获得较为理想的断口宏观纹理图像,为后续特征提取、断口类型识别等奠定基础。     

考虑损伤渗流边坡稳定性数值离心加载法分析

为分析损伤-渗流耦合作用下边坡工程的稳定性,建立了基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型。从主应力空间的角度出发推导了损伤作用下Mohr-Coulomb准则的应力回映算法,解决了数值实施过程中应力更新的“奇异点问题”;基于分布迭代法编制了岩石弹塑性损伤-渗流耦合有限元计算程序。将离心加载法与所编程序结合,求解了多场耦合作用下的边坡安全系数,再现了边坡渐进破坏过程中损伤场演化规律,证明了所建数值模型能够较好的描述应力、渗流和损伤作用下,岩石材料的宏观破坏现象。最后对实际边坡工程进行了数值模拟,计算结果为工程安全性评价提供了参考。