节理岩体卸荷各向异性力学特性试验研究

 针对节理岩体开挖卸荷所产生的各向异性力学难题,通过制作不同倾角单一预制节理试件,开展节理岩体三轴卸荷试验,研究卸荷条件下节理岩体的应力–应变关系、变形特征、强度特征和破坏模式。得到如下结论：(1) 进入卸荷阶段之后,0°,30°和90°倾角节理试件的应力–应变曲线依次出现屈服、软化和残余变形阶段,而45°和60°倾角节理试件只出现屈服阶段。(2) 节理试件的变形模量随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件的变形模量最小;随着围压升高,不同倾角节理试件之间的变形特性差异逐渐减小。(3) 0°,30°和90°倾角节理试件的抗压强度降低,而45°和60°倾角节理试件几乎未降低;节理试件的黏聚力随节理倾角呈U型变化,其中,60°倾角节理试件仍为最小;而内摩擦角随节理倾角增大而增大。(4) 0°,30°和90°倾角节理试件的破坏模式均为穿越节理的压剪破坏,且不受节理影响,而45°和60°倾角节理试件的破坏模式均为沿节理面滑动破坏。(5) 揭示节理岩体的卸荷力学特性分为受岩块强度控制和节理面强度控制。     

水作用下砂岩断裂力学效应试验研究

 消落带是库岸边坡稳定的敏感地带,在库水位反复升降作用下,岩石的断裂韧度变化规律对库岸边坡的稳定性十分关键。以三峡库区典型库岸边坡砂岩为研究对象,针对库岸边坡消落带的实际赋存环境,设计长期浸泡和浸泡–风干循环作用2种试验方案。试验结果表明：(1) 长期浸泡和浸泡–风干循环作用下砂岩试样有明显“变软”的趋势,其断裂韧度、抗拉强度和抗压强度劣化趋势基本一致,劣化幅度在试验初期较为明显,后期逐渐趋于平缓;(2) 各力学参数劣化的幅度差别较大,其中,断裂韧度劣化最快,抗拉强度次之,抗压强度劣化相对较慢;(3) 比较而言,在浸泡–风干循环作用下,砂岩的各力学参数劣化趋势更加明显,说明在模拟库岸边坡消落带水–岩作用时,浸泡–风干循环作用是不可忽略的因素。研究成果对大量存在的库岸边坡稳定性分析具有重要参考价值,同时,相关试验方法也可以为类似试验提供参考。     

坝肩开挖高边坡锚固方案优化分析

高边坡锚固工程中相关设计参数的选取,如锚固区域、锚索吨位、锚固角、锚索间距等将直接影响边坡加固的可靠性和经济上的合理性。以往的研究在预应力锚索锚固机理和锚固角优化等方面取得了较大的进展,但在高边坡锚固方案优化分析时较少综合考虑上述这些因素的影响。基于此,采用极限平衡和有限元相结合的方法,对某坝肩开挖高边坡的锚固方案进行了综合的优化计算分析,得到了优化的锚固方案。研究成果对于保证坝肩开挖高边坡的整体稳定,节约工程材料,降低施工成本具有重要意义,也可以供类似工程参考。     

MATLAB在反向地球化学模拟中的应用

为了研究地下水的地球化学演化,根据能量最低原则和化学热力学的基本原理建立了数学模型,利用MATLAB优化工具箱提供的函数linprog对模型进行了求解。MATLAB优化工具箱输入简单,可以准确、快速地求解线性规划问题的最优解和目标函数。     

最优加权组合模型在边坡变形预测中的应用

利用某岩质边坡2002年-2011年的变形监测资料,结合区域地质与气象背景,运用莱茵达准则选定有效的监测数据,分别建立了GM(1,1)模型和趋势曲线预测模型;最后,基于最优加权组合原理,建立了边坡变形的最优加权组合模型。运用组合模型对该岩质边坡的变形进行了拟合和变形预测,模拟变形趋势与实际变形趋势对比结果表明,组合模型的预测精度高于任何单一模型的拟合精度,证明该组合模型合理、可靠。     

Runge-Kutta法在瞬态温度场的应用

对瞬态温度场求解常用差分法,但差分法会随着迭代过程而出现震荡,精度下降,效率不高,而Runge-Kutta法是一种特殊的单步法,精度高,效率高,广泛应用于求解常微分问题。用MATLAB对瞬态温度场分布问题求解的Crank-Nicholson法和Runge-Kutta法进行编程及实现,通过结果对比发现,Runge-Kutta法的计算精度不仅比CrankNicholson法高,且模拟效率也较后者的有显著提高,其中模拟效率提高幅度最大,达到35%。     

非连通预制节理试件力学特性试验研究

为了研究节理几何特征的变化对岩石力学特性的影响,设计了具有不同节理连通率和不同节理倾角的试件,通过常规三轴压缩试验,分析了围压、节理倾角和节理连通率对试件强度以及变形和破坏特征的影响。岩样破坏形态分为穿越节理面的压剪破坏、沿节理面剪切滑动和节理端点处拉裂的混合破坏、完全沿节理面的剪切破坏。结果表明:围压、节理几何参数对试样的力学特性产生了不同程度的影响。通过节理参数的敏感性分析可以得出,节理倾角对试件强度的影响较节理连通率更为显著,节理连通率与破坏形态之间联系更为密切,围压对于试件承载力和变形参数值波动的影响较为明显。研究成果对认识非贯通节理岩体的力学特性有一定的参考作用。     

节理岩体声发射特性试验研究

天然岩体为特殊结构的不连续体,其声发射特性要比岩块复杂的多。以0°,30°,45°,60°,90°倾角节理试件为研究对象,开展了单轴压缩条件下的声发射试验。研究表明:受节理影响,不同倾角节理试件的应力应变关系有较大差异,这与其不同破坏模式有关;岩石变形破坏过程中的应力应变关系与其声发射特性一一对应,声发射过程中的撞击数和能量代表试件内部微小结构的破坏数量;节理试件的破坏模式不同,导致节理试件的声发射特性具有明显差异。     

混合编程在重力坝断面优化设计中的应用

针对重力坝断面优化设计,采用Visual Basic程序设计语言开发了主控程序和界面,Shell函数调用Fortran应用程序进行数值计算,通过混合编程将DOS环境下运行的Fortran应用程序升级成Windows环境.结果表明,该法易于掌握,可提高应用程序操作和人机交互能力.     

岩体粗糙裂隙网络渗流分析的子单元法

岩体粗糙裂隙的细部特征对区域整体渗流分析影响很大,以往渗流分析往往没有考虑粗糙裂隙细部特征以及其对整体渗流分析的影响。提出子单元法来分析岩体粗糙裂隙网络渗流,则可以较好的分析上述影响。子单元法将每一裂隙当成一个单元,裂隙内部则分成若干子单元,裂隙单元的总体水力特征受所有的子单元联合作用控制,而细部水力特征由单一子单元体现。根据单裂隙开度分布统计规律模拟裂隙开度分布,将单裂隙等长分段(子单元),根据模拟开度参数求得裂隙中任一子单元的平均隙宽,进一步推导裂隙的单宽流量公式和子单元结点的水头公式。利用岩体裂隙网络渗流理论,结合粗糙单裂隙等宽流量公式,求得各裂隙结点水头,进一步求得裂隙的单宽流量,进而求得裂隙子单元水头和流速。通过分析可得粗糙裂隙网络渗流与平滑裂隙网络存在明显不同:(1)裂隙网络中任一裂隙单宽流量计算公式不同,粗糙裂隙的等效水力隙宽小于平均隙宽;(2)裂隙内水头分布形式不同,光滑裂隙呈直线状分布,而粗糙裂隙呈阶梯状分布;(3)组成裂隙网络渗流传导矩阵的计算公式不同,粗糙裂隙网络考虑了裂隙细部水力特征对渗流的影响;(4)粗糙裂隙子单元法考虑了裂隙开度分布不均匀对裂隙过流能力的影响,更加合理。本研究可为实际工程提供参考。