浑成孔方韵横生壶中趣——从《孔方壶》解析紫砂艺术的形与意

晋代鲁褒《钱神论》有云：“为世神宝，亲之如兄，字日‘孔方’。失之则贫弱，得之则富昌。”这便是孔方的典故来源。众所周知，孔方即是钱币的代称。我国作为历史上最早使用货币的国家之一，对于钱币的使用和制造已经有长达五千年的历史了。人们无论是工作、学习、生活，都离不开钱币这一媒介物质。     

某水电站引水隧洞突水数值模拟

 离散元软件 UDEC 可以用来模拟裂隙岩体的开挖以及进行水力全耦合分析。采用 UDEC 来模拟裂隙岩体开挖后在水力耦合作用下渗流流量与其对应水压力的变化过程并预测可能发生的突水灾害。结果表明开挖洞室以后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量三者相互作用、相互依赖。裂隙隙宽的减小使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加。裂缝隙宽增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低。在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。西南某水电站在深部裂隙岩体中开挖引水隧洞,该处地应力高且外水压大,容易引起突水灾害,对其进行了突水数值模拟,提示了一些可能发生突水的位置。     

乌东德水电站水工闸门动力安全评价

乌东德水电站泄洪洞工作闸门为弧型闸门,具有孔口尺寸大、水头高、流速大、局部开启运行的特点,研究闸门在流激振动下的动力特性具有重要意义。运用数值模型和物理模型相结合的方法进行了仿真模拟和试验研究,综合评估了闸门的流激振动安全性。结果表明：两种模型得到的7阶以内闸门自振频率较为接近,且振型相同,相互验证了彼此的可靠性;物理模型试验应力结果与数值计算结果较为接近,闸门支臂和横梁等主要构件的动静叠加应力不超过157 MPa,闸门下支臂与支铰连接部位腹板处测点应力较大,但未超过局部承压容许应力值。     

基于地震时程曲线的块体动安全系数计算

基于块体理论分析方法中的矢量分析方法,编制计算程序研究地震时程曲线下的块体稳定性。具体的研究思路是：首先输入所需的结构面与临空面信息,然后根据有限性定理和可动性定理判断有限性和可动性,在块体可动的基础上,再找出块体在自重以及地震荷载共同作用下的滑动模式（单面滑动或双面滑动）,最后求出块体在该滑动模式下的安全系数,得到动安全系数时程曲线。将画块体程序加入其中,以便于为考虑黏聚力时提供接触面面积以及块体体积等相关信息。     

考虑复合滑动边坡内部剪切约束机制的刚体极限平衡方法

有别于平面滑动与圆弧滑动,具有复合底滑界面的滑坡体在滑移过程中,滑体各部位滑移方向因必须适应底滑界面的倾角而各不相同。滑体经过底滑界面转折部位时其滑移方向会产生突变,这种突变诱导滑体内部产生剪切破裂面,滑体内部的抗剪阻力则阻碍这种剪切破裂面的形成,从而有利于滑体的整体稳定。针对前缓后陡的复合滑动边坡,提出了考虑滑体内部剪切破裂面的三滑面刚体极限平衡分析方法,从而反映滑体内部抗剪阻力对边坡稳定的约束机制。以Vajont滑坡为例进行了详尽的案例分析,结果表明,复合滑坡体存在客观的内部剪切约束机制,三滑面刚体极限平衡分析可以充分反映这种机制,该方法可为具有复合底滑界面的边坡稳定性分析提供新的思路和方法。     

地震作用下不定位块体动安全系数计算与评价方法的探讨

用块体理论分析方法中的矢量分析方法计算块体动安全系数,具体的研究思路是：首先输入构成不定位块体所需的结构面和临空面信息,然后根据有限性定理和可动性定理判断块体的有限性和可动性,在块体可动的基础上,再找出块体在自重和地震荷载共同作用下的滑动模式（脱离、单面滑动或双面滑动）,并求出块体在该滑动模式下的安全系数,通过循环所有的地震时刻,得到了动安全系数时程曲线。考虑到不同区间安全系数的权值,提出了一种新的动安全系数评价方法,对动安全系数的评价指标做了探索工作。     

非均质性对岩石宏观力学特性的影响机制

岩石材料具有材料强度分布不均匀性和材料空间组构随机性的双重特性,从本质上看两种特性都属于岩石材料的非均质性,都对岩石力学性质有深刻影响。在以往的研究中,通常使用有限元法和Weibull分布函数模拟岩石材料强度的非均质特点,用变异系数定义非均质度的大小,得到非均质度与岩石强度力学特性之间的关系,缺少了对材料组构随机性的探索。使用DDA方法和正态分布函数建立非均质脆性岩石单轴压缩数值实验模型,研究了非均质度和材料组构对岩石强度的影响。研究结果表明:随着岩石非均质度的增大,岩石的极限承载力减小;岩石中两接触单元的弹性模量差异越大,应变差异越大,接触面成为易发生破坏的力学薄弱环节。在相同非均质度的岩石样本中,不同组构的样本力学薄弱环节分布不同,导致岩石破裂路径和力学特性也不相同。     

高阶扩展数值流形法在裂纹扩展中的应用

 为正确预测工程材料体中裂纹扩展趋势,提出改进的数值流形法。该方法在每个物理片上采用位移函数的一阶泰勒展开形式,使得物理片上的自由度均具有明确的物理意义;且在裂纹尖端附近的物理片上增加扩充位移函数,用于模拟裂纹尖端的应力奇异性,可更为准确地预测裂纹扩展方向。同时,也提出裂纹扩展过程中适用于大小变形的物理覆盖系统的更新算法。针对典型的线弹性断裂问题,给出用该方法求解的数值算例。结果表明,预测的裂纹扩展路径与已有研究结果一致,从而证实方法的有效性及正确性。     

裂隙岩体渗透性影响因素的研究

采用UDEC离散单元法中关于裂隙岩体开挖模拟及水力全耦合分析模型,分析裂隙岩体洞室开挖后,因围岩应力与水力耦合作用导致裂隙隙宽变化及渗流变化的过程。为了更直观地了解耦合作用对裂隙岩体渗透特性的影响,以隧洞开挖为例,用开挖后隧洞内总涌水量来表征岩体的渗透特性。利用数值试验的方法,研究了块体边界大小、初始应力比、裂隙隙宽和裂隙夹角对开挖后隧洞内涌水量变化的影响,进而可以看出它们对裂隙岩体渗透性的影响。并得出如下结论:随着块体尺寸和初始应力比的增大,隧洞内总涌水量减少;随初始隙宽的增大涌水量增加并当达到某一固定值时保持不变;隧洞涌水量在θ2/θ1=3.5,其中θ1=30°,即两组节理的夹角为75°处达到最大。     

改进灰色模型的隧道锚极限承载力研究

以某悬索桥隧道锚为研究对象,开展1∶12现场隧道锚缩尺模型拉拔试验,通过超载试验得到锚体及其周围岩体的变形量,分析隧道锚围岩的极限承载力变化,建立一种基于对数变换的改进灰色预测模型,进而提出了一种预测隧道锚围岩极限承载力的方法。结果表明:对数变换有效提高了灰色模型的预测精度,利用遗传算法得到对数控制方程的关键参数合理可用,通过灰色预测模型计算得出锚体围岩的极限承载力为7.28倍的设计荷载,其与通过模型超载试验得到的7.6倍设计荷载基本一致,且满足锚体安全系数的设计要求;研究成果可供悬索桥的建设提供技术支撑。