岩石不连续面内颗粒剪切力学性质的数值试验研究

采用PFC研究不同法向应力下颗粒充填岩石不连续面的剪切力学性质,重点关注颗粒形状（以长、短半轴长比a/b表示）和组合方式的影响。结果表明：(1)单颗粒的剪切运移和破坏可归纳为滚动、滚动-滑动、压碎-滚动运移和碾碎、滚动-压碎破坏5类,取决于法向应力和颗粒形状,不同破坏类型下微裂纹演化特征明显不同;颗粒的破碎程度整体随法向应力的增加而增加,随a/b的增加而降低,不连续面壁磨损程度随法向应力和a/b的增加而增加;张拉裂纹是引起颗粒及不连续壁面破坏的主要原因;颗粒破碎后形成的碎屑混合物的尺寸分布可用幂指数（或分形维数）D表征,D越小,颗粒破碎程度越低。(2)充填同种形状的双颗粒时,颗粒及不连续面壁表面的细观粗糙度是造成剪切力学性质差异的主要原因;充填不同形状的双颗粒时,a/b较大的颗粒承担了更多的压剪荷载,破碎程度更高;颗粒间的摩擦也对其表面磨损及剪切运移破坏过程产生重要影响。(3)不连续面的平均摩擦强度与充填碎屑混合物的尺寸分布密切相关,a/b增大或法向应力减小导致生成的较大角砾状碎块数量增加,进而引起总体摩擦强度增加。提出了估算颗粒充填不连续面平均摩擦强度的经验关系式,并通过文献中的数据...     

堆石体应力变形细观模拟的随机散粒体不连续变形模型及其应用

 从细观角度建立堆石体的随机散粒体不连续变形(SGDD)模型,该模型采用蒙特卡罗法建立堆石体的随机分布模型,通过基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触作用,可以有效模拟颗粒相互作用及尖端破坏等因素。对堆石体三轴试样进行细观数值模拟和试验验证,再现了堆石体内部的颗粒运动变形规律。数值计算结果表明,SGDD模型能够较好地反映堆石体试验的瞬时变形规律。对室内试验缩尺效应进行探讨,采用试验级配与真实级配的2组三轴堆石体试样,运用SGDD模型进行对比分析。计算结果表明,在没有考虑堆石体流变和湿化的条件下,采用原始级配的SGDD模型在相同的应力水平和围压下表现出较小的变形。     

岩体不连续面双曲线剪切位移曲线的研究

以研究不连续面的变形特性为目的,采用双曲线函数作为描述不连续面剪切位移曲线的本构式。讨论了表征剪切位移曲线形态的关键因素,即公式中的系数Ａ,Ｂ。根据系数Ａ,Ｂ的物理意义,分析了它们与垂直应力比（作用在不连续面上的正应力与材料的单轴抗压强度的比值）、不连续面的起伏角ｉ以及不连续面的剪切面积之间的关系。与此同时,又将该模型的模拟曲线与试验曲线进行了比较。由于模拟曲线能较为正确地描述初始剪切刚度以及峰值     

构造应力面研究

所定义的构造应力面的概念为三维空间不同地点非构造应力影响消失的深度点构成的曲面．为此，对似U形沟谷按不同沟谷宽度、山体坡度和山体高度建立三维模型，分别考虑重力、水平侧压力以及二者联合进行三维应力场有限元数值模拟，分析最大水平主压应力在空间的变化规律，并进行数学统计分析，给出构造应力面深度随上述因素变化的经验公式。研究结果表明水平侧压力和山体高度是影响构造应力面深度的主要因素，当水平侧压力随深度变化梯度与重力梯度之比等于1时，在沟谷谷底，构造应力面深度近似等于山体高度。     

钢桥腹板间隙面外变形疲劳应力分析

采用ANSYS大型通用有限元软件对3跨连续钢板梁桥进行了三维数值模拟,研究了腹板间隙面外变形所产生的应力状态,并对腹板间隙大小、腹板厚度、横撑类型、横撑刚度等关键结构参数进行了分析;根据某高速实际车辆动态称重实测结果,分析了超载车辆作用下腹板间隙处的面外变形应力。结果表明:腹板间隙大小和腹板厚度均对面外变形应力影响较大;车辆超载时,腹板间隙处极易萌生疲劳裂纹。     

岩体不连续非线性变形分析的数值流形方法研究

 博士学位论文摘要　以数值流形方法为基础, 研究了岩体不连续非线性变形的数值模拟方法, 并编制了相应的流形元程序, 分析了岩土工程中某些具体问题的流形元模拟方法。(1) 利用参变量变分原理建立了岩体弹塑性分析的数值方法。该方法能够求解非关联流动和应变软化的弹塑性问题, 避免了在每个载荷步中迭代计算, 提高了计算效率;(2) 根据覆盖接触理论, 深入地研究了连续面上不嵌入和无张拉条件的数值实现方法, 完成了相应的程序。在此基础上通过引入假想不连续面, 提出了一种简化的岩体破坏分析方法, 该方法直接根据假想不连续面上的应力状态用抗拉强度和抗剪强度进行破坏判断, 不需要计算应力强度因子, 也不需要增加单元或重新划分网格, 数值实现比较方便。该简化方法还能求解采用断裂力学方法所不能模拟的岩体破坏问题;(3) 研究了锚杆支护的流形元模拟方法, 建立了锚杆支护的数值模型, 该模型能够模拟普通锚杆、预应力锚杆和锚索;(4) 研究了地下水作用的流形元模拟方法, 建立了地下水作用的简化计算模型;(5) 提出了一种用平面模型解一类特殊三维问题的方法, 分别采用改进的二维模型和等效初始应力两种方式, 考虑垂直于计算平面的正应力和正应变对计算平面变形的影响, 此法比三维计算难度小, 且节省计算时间。     

岩体随机不连续面产状数据划分方法研究

动态聚类算法从本质上讲是单目标组合优化算法,一般需要事先给定目标分类数和初始聚类中心,且初始聚类中心的选择对数据划分结果影响较大。为了解决该问题,提出将产状数据的划分问题转化为多目标优化问题,并采用小生境Pareto遗传算法进行求解。针对聚类问题的特殊性,采用基于链表的编码方案,并建议相应的遗传操作算子;通过引入小生境技术和Pareto支配集理论,仅通过一次求解可由Pareto支配集给出对应于不同目标组数的最优分组结果,而且不用事先给定目标组数以及初始聚类中心。最后,将算法应用于三峡船闸高边坡岩体实测不连续面产状数据的划分,得到较为符合实际的优势结构面分组。     

不连续面三维网络在RQD中的应用研究

RQD作为工程实际中评价岩体性质的方法，应用已相当广泛，并已列入有关规范，然而，由于传统Deere定义的RQD在实际应用中存在很多问题，所以引入了不同阈值下的广义RQD的概念，并与不连续面三维网络模拟技术相结合，应用于岩体的稳定性评价，取得了较好的效果。     

不连续应力边界土压力的严密解法

基于上下限定理的推论,分析了不连续应力边界下土体中不连续应力场和速度场特征。根据应力不连续线和速度不连续的性质,在考虑有重土、土和墙体摩擦情况下,通过数值计算,解三类边值问题。求得墙后土体在表面受不连续荷载时,挡土墙绕基底转动下土体的静力场,同时对对应的机动场进行分析,找出了满足所有速度边界条件和静力边界条件的应力场,得到绕墙基转动下挡土墙土压力的严密解。算例表明:文中求解极限平衡问题真解的算法是可行的。     

重载作用下预应力混凝土梁应力分布及变形性质研究

为研究重载运输条件下的铁路预应力混凝土梁的承载能力,通过对32 m高度预应力混凝土梁进行静载试验,分析了具有斜裂缝和完整情况下的预应力梁的力学性能。试验结果表明:斜裂缝使桥梁的整体承载能力减弱,梁的应力增量与变形均增大。在不同荷载条件作用下,梁体具有斜裂缝时跨中挠度和应力增量值比完整情况下最大多25.8%;当同一孔内的2片并置梁中有1片梁有斜裂缝时,具有斜裂缝的梁挠度较大。剪应力是影响梁端斜向裂缝的主要因素。与完整情况相比,梁端截面的各应力(剪、主拉、主压应力)增量测量值最大相差达25.5%,说明梁端的斜裂缝使得结构承载能力在不同程度上都有所下降。2种状态梁端剪应力增量测量值均大于主拉应力增量实测值,最大相差达13.8%。     

三维非连续变形分析方法中角-面接触模型的研究

提出了三维DDA的角-面接触模型,并用矢量方法和罚函数法给出了详细的理论推导。算例表明,所提出的角-面接触模型是正确的,并且易于编程实现。     

三维块体不连续变形分析理论简析

详细论述了三维不连续变形分析理论建立的全过程，并就ＤＤＡ实施过程的几个关键问题进行讨论，给出相应的公式。     

悬臂现浇连续箱梁施工阶段变形与应力分析

以某四跨预应力连续悬臂施工桥梁为例,根据现场实际施工流程,采用数值建模分析了悬臂浇筑施工、全桥合龙阶段桥梁的变形与应力,并得出结论：施工变形随挂篮施工节段的增加逐渐变大,中跨产生的位移大于边跨;施工节段外侧应力要大于内侧应力,合龙钢束张拉后钢束作用节段应力显著降低。     

钻孔岩心不连续面产状测定技术

本文简述克雷林岩心定向器的定向技术和三种确定岩心不连续面绝对产状的方法。这三种方法是赤平投影制图法、仪具法和解析法。     

温度场及温度应力模拟的高阶非连续变形分析方法

对于某些岩体工程问题,如核废料地下存储,温度应力是必须考虑的一个重要影响因素,因为它可能会导致岩石发生破裂而带来危害性后果。传统非连续变形分析方法(DDA),作为岩体稳定分析的主流数值方法之一,尚无法模拟岩体内部的温度场和温度应力分布。针对这一情况,通过在DDA块体外覆盖一等边三角形来构造块体上的高阶位移函数和高阶温度场函数,辅之以强制位移连续和温度场连续的接缝单元,建立可用于模拟温度场及温度应力分布的高阶非连续变形分析方法。该方法建立起DDA与基于单位分解的有限元法(FEM)之间的联系,可直接借鉴FEM成熟的温度场及温度应力数值分析理论。最后,将所建立的非连续变形分析方法应用到解析算例的温度场和温度应力数值求解中。结果表明,模拟结果与解析解非常接近,具有较高的精度。证实了所提方法的正确性及有效性。     

刚构—连续组合梁桥空间应力分析

采用有限元分析软件桥梁博士和ANSYS建立某刚构—连续组合梁桥的平面杆系模型和空间实体模型,综合考虑汽车荷载在纵桥向和横桥向最不利的加载位置,通过对三种不同组合作用下的空间应力进行分析,指出空间实体模型分析刚构—连续组合梁桥的应力较符合实际情况。     

黄土湿陷性分布不连续对湿陷变形的影响研究

分析导致湿陷量计算值与实测值差异的原因对黄土湿陷性的准确评价具有重要作用,目前相关研究的深度和系统性还不足。以西安黄土塬区的黄土现场试坑浸水试验为依托,采用数值计算手段,对湿陷土与非湿陷土不同比例、排列方式和湿陷程度下土体的湿陷变形特征进行了对比研究,揭示了黄土中湿陷土分布不连续对湿陷变形产生的抑制作用是导致湿陷量计算值和实测值差异的重要原因之一。当黄土体中湿陷土单元和非湿陷土单元分布越杂乱,非湿陷土单元所占的比例越高时,这种抑制作用越明显;而湿陷土单元的湿陷程度对抑制作用的影响相对较弱。在计算湿陷量时,应考虑黄土湿陷性不连续效应的影响,并在工程实践中逐渐积累反映这种效应影响的经验数据。     

连续刚构桥不对称悬臂施工应力监测分析

介绍乐宜高速石溪岷江特大桥悬臂施工边跨现浇段施工新工艺,并在施工过程中对新的施工方案进行施工应力监测,得出施工新工艺的优势。     

连续刚构桥温度应力理论研究

通过阅读大量文献,首先介绍了国内外由温度应力引起的桥梁破坏实例,接着阐述了桥梁结构温度应力的特性和理论计算依据。最后根据工程实例,采用MIDAS有限元软件建立全桥模型,对比分析了上部结构整体升温、降温,正温度梯度和负温度梯度变化下的主梁应力和变形情况。实例表明,温度梯度变化对桥梁的影响比整体升温降温要明显的多,而且负温度梯度变化会对主梁产生拉应力,引起结构破坏。     

基于响应面法的大跨连续刚构桥长期变形预测

为把大跨连续刚构桥不可接受的变形风险降到最低,考虑结构长期变形的随机性,将响应面方法引入结构的长期变形预测。实验抽样采用中心复合设计法,响应面模型采用不含交叉项的二次多项式形式,将位移表达成各随机变量的显示函数。基于逐步回归的方法对变量的选取进行显著性分析,并采用偏相关系数分析各参数的敏感度。苏通大桥连续刚构桥主跨268m,对其主跨跨中变形采用响应面数值实验方法进行不确定性分析,并对结构的长期变形进行预测,解决确定性分析只能得到变形均值的问题。在回归分析和敏感度分析的基础上,对设计和施工提出相应的建议。