岩石单轴拉伸破坏过程的数值模拟

用三维梁–颗粒模型BPM3D(Beam-Particle Model in Three Dimensions)对岩石材料在单轴拉伸条件下的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。梁–颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。模型中材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石材料的破坏机理进行研究。岩石在单轴拉伸状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果。数值模拟结果与实验结果的对比分析表明了模型的适用性。根据数值模拟结果对岩石材料的破坏机理进行了探讨。     

煤巷层状顶板岩石钻进动态响应特性数值试验

层位组合和物理力学性质是锚杆支护煤巷顶板稳定性的重要影响因素,顶板锚固孔钻进装置对于不同岩石类型具有不同的动力响应,可间接反应岩层的厚度与强度。因此,为克服煤巷顶板岩层状况的隐蔽性问题,合理设计锚杆支护参数,防止出现冒顶问题,对较易发生冒顶事故的煤巷顶板岩石类型进行钻进特性数值试验,研究结果表明:煤巷顶板岩石钻进过程是不连续的,锚固孔的形成是跳跃式的;在岩石为均质条件下,钻进速度关系为:砂质泥岩粉砂岩泥岩砂岩,钻头所受阻力关系为:粉砂岩砂岩泥岩砂质泥岩。以上指标在钻进锚固孔过程中利用相关仪器进行监测,对于判别煤巷顶板锚固孔范围内岩石类型及厚度具有重要意义。     

岩石类非均质脆性材料破坏过程的数值模拟

用梁–颗粒模型BPM2模拟了岩石的破坏过程。梁–颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法提出的用于模拟岩石类材料破坏过程的数值模型。在模型中,采用3种类型梁单元随机分布来模拟岩石类材料力学参数的空间变异性,并通过自动生成的非均质材料模型对岩石类材料的破坏机理进行了研究。岩石类非均质脆性材料在单轴受压状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、贯通的结果。与实际矿柱破坏形态的对比分析表明,梁–颗粒模型是计算和模拟岩石类脆性材料破坏问题的有力工具。     

岩石破坏过程的计算机模拟

本文提出了一种岩石破坏过程的计算机模拟方法,该方法将岩石的破坏过程视为一随机过程。模拟计算结果表明,岩石的Ⅰ型和Ⅱ型破坏都与其不均匀性有关,但当试件产生不均匀变形或局部破坏时,宏观应力应变曲线将呈现所谓的Ⅱ型曲线;Ⅱ型应力应变曲线不是某类特定岩石自身的固有特性,而是试件局部变形并产生局部破坏的结果．     

石窟顶板流变断裂过程的数值模拟与反演分析

龙游石窟5号洞顶板在多处有破坏痕迹和离层变形，经现场调研和实测，在洞室出口处顶板离层变形达75～78mm，侧面岩层出现悬臂梁式的破断现象。为了探讨龙游石窟5号洞顶板破坏过程，了解洞室的长期稳定性，基于最大拉应力追踪法和岩石断裂过程的反演数值模型，利用现场实测破坏形态及变形数据，对5号洞进行了流变断裂过程的数值模拟与反演分析。在反演分析过程中，运用正交试验方法，设计了27种数值模拟方案，通过正交试验设计的直观分析，获得了洞室顶板岩层与薄夹层的流变参数和其他敏感参数的最佳组合方案。利用所获得的参数最佳组合方案，对洞室进行了长期稳定性分析和流变断裂过程的数值模拟，数值模拟结果表明，在洞室出口处顶板离层变形达54．24mm，断裂部位与现场破断部位基本相同。此外，流变模拟分析中出现在洞室深部的顶板离层也十分明显，这一现象与现场观察到的表观变形形态比较相近。     

锚固层状岩体的复合加固理论与数值模拟试验分析

根据复合材料力学的理论和方法,将层状岩体-砂浆-锚杆支护系统看成一种由岩体(基体)、锚杆(增强材料)和砂浆(黏结材料)组成的加固复合材料,建立这种复合材料的细观力学等效模型。理论分析这种锚固复合材料的宏观力学性质与其各组分材料性能以及细观结构之间的定量关系;在大型商业有限元软件基础上进行二次程序开发编制,进行锚固复合材料的数值模拟试验研究,分析岩体强度、锚杆尺寸、砂浆强度以及锚杆几何布置间距等参数变化对层状岩体锚固复合材料的黏聚力和内摩擦角值的加强增长幅度,定量评估岩体锚固复合材料的等效强度特性。运用所建立的岩体锚固复合支护系统等效力学模型计算了锚固岩体相似模型试件的弹性常数和黏聚力和内摩擦角值,理论与数值模拟分析结果与岩体锚固的模型试验结果具有较好的吻合度,表明所建立的理论模型和数值分析方法是可靠的,可为岩土工程的设计与稳定性评价提供参数依据。     

西部山区路堑高边坡工程锚杆支护数值模拟分析

本文以中国铁建国际城（贵阳）项目为依托,采用数值分析法,对边坡稳定性进行了研究。采用强度折减弹塑性有限元法,借助 ANSYS 软件,建立了边坡有限元模型,从而得到了边坡的应力、变形云图及稳定性安全系数。     

岩石剪切破坏过程的RFPA2D数值模拟

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA^2D系统，对岩石剪切破裂过程进行了数值模拟研究。将剪切岩石视为非均匀弹－脆岩石材料，模拟结果再现了岩石剪切滑动形成从变形到破坏直至失稳的全过程，剪断面是滑动形成的主要形式，并首先在试样一端出现，然后再形成由一端及里的剪断面扩展直至另一端最后产生剪断面破坏贯通，形成统一的滑动面，岩石剪切破裂面分形维数还对应着剪断面的粗糙程度和力学行为。     

岩石三维破裂过程的数值模拟研究

采用细观弹性损伤模型和有限元计算方法实现岩石三维破裂过程的数值模拟。考虑到岩石非均匀性的本质特征，通过引入简单直观的单元本构模型，采用细观单元材料性质退化的办法，利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过干旱；模拟单轴压缩、单轴拉伸和剪切破裂3种基本试验，得到岩石非线性应力-应变曲线和不同载荷阶段三维损伤破裂演化系列图像；分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。试验研究表明，三维破裂比二维破裂更为复杂，RFPA^3D可以有效地模拟脆性材料的三维破裂。     

微型桩破坏机理的数值模拟

强度折减法与具有拉和剪破坏分析功能的有限差分程序FLAC^3D相结合,对同一排内均匀布置的桩心配筋微型桩进行数值分析。岩土体、桩体均采用实体单元,模型采用摩尔-库仑理想弹塑性本构模型,依据微型桩的受力特点考虑了桩体进入塑性状态,得到了单排微型桩和具有纵向连系梁的三排微型桩的应力、应变分布规律和破坏机理。计算表明,单排桩的破坏主要为滑带处的剪切破坏,三排桩为滑带处的拉剪破坏,桩体所承受的最大弯矩和剪力均位于滑带处,混凝土主要起抗剪作用,钢筋提供抗拉和抗剪能力。     

深基坑桩锚支护数值模拟及参数分析

以广州某实际工程实例,利用有限差分法软件F lac对深基坑桩锚支护进行数值模拟,研究了分步开挖时,桩的最大位移,锚杆锚固力的变化规律,并初步探讨了锚杆支护参数对锚杆轴力及基坑土体变形的影响,为桩锚支护优化设计提供一些参考。     

某盾构施工岩溶场地地面塌陷机理和数值分析

归纳和分类了岩溶地区地面塌陷的必备条件、诱发因素和致塌机制。针对广州某盾构施工岩溶场地地面连续两次塌陷事故,梳理工程场地条件及塌陷过程,结合现场情况对首次塌陷、局部地面冒浆及二次塌陷进行了定性的机理分析。并使用有限元软件Plaxis2D建立了事故现场的概化模型,土层选用能更好计算地基变形的硬化土模型,进行了施工开挖、环境变化等全过程的分步数值模拟,基本复原了事故过程,验证了机理分析。分析表明,多种诱因、多种形成机制的综合叠加导致了最终的地面塌陷,水动力条件变化可能是主要因素。工程施工中,需结合现场情况,综合考虑防护措施以降低地面塌陷风险。     

基坑开挖对下方既有地铁影响数值分析

随着城市建设的高速发展,越来越多的基坑开挖工程处于既有地铁上方,由于上部的卸载作用,对下方既有地铁隧道会带来一定的影响,如何进行数值模拟亦显得尤为重要。文中通过已完工的广州农贸园基坑工程的施工数值分析,对比实际监测结果,对这方面的问题作出一些建设性的结论。     

恒阻锚杆支护机理数值分析

为了研究恒阻锚杆的拉伸力学性能,采用RFPA软件对恒阻锚杆进行拉伸数值试验,试验结果表明,恒阻锚杆拉伸断裂后塑性应变最大值是弹性应变最大值的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在28.01～38.71 MPa范围内波动,且波动较为稳定,数值试验结果与何满潮院士室内试验结果吻合度较高,验证了数值试验方法的准确性和可靠性。以此为依据,进一步采用数值试验方法研究荷载作用下恒阻锚杆和围岩相互作用原理,分析锚固岩体的受力特征和变形破坏特征,并对比分析传统锚杆和恒阻锚杆的支护效果,通过对比分析可知,恒阻锚杆的支护效果优于传统锚杆,为易发生大变形破坏的软岩及冲击地压控制提供了有效途径。     

ANSYS中锚杆(索)模拟探讨

本文在某一具体边坡支护工程中,用LINK1单元模拟锚杆(索),把要耦合的节点定义为硬点,采用自由划分,硬点就会自动转化为节点。此方法可以解决手动计算耦合点的麻烦,而且快速方便。     

某土坝的数值模拟及其维护分析

应用作者开发的有限元计算与模拟分析系统,模拟分析土坝的应力分布以及变形情况。分析应力场分布、位移变形特征、机理及其对坝体施工维护的技术要求。     

FLAC数值模拟在土钉支护体系中的实践应用

本文运用FLAC模拟边坡无支护开挖过程与土钉支护开挖过程,形象动态地展示了边坡开挖全过程,并从力学角度分析了土钉支护体系对土体加固的有效性,模拟计算了土钉轴力的分布和土体各部分的塑性状态,这与现有试验结果相似。     

数值模拟对直接蒸发冷却空调性能的分析

针对直接蒸发冷却空调机组,简化了物理模型并建立了控制方程和相应的边界条件。运用Ansys软件进行模拟计算后,将模拟结果与试验测试数据进行对比验证,表明了模拟的准确性。通过温度场分布图对试验测试的结果进行分析,发现被测机组填料厚度大,使机组出口空气的相对湿度过大,并且不利于节能。因此,通过数值模拟对直接蒸发冷却空调性能分析的方法是可行的。     

钢纤维喷射混凝土支护抗震塌能力数值模拟

数值模拟过程运用动力分析软件LS-DYNABD,采用任意拉各朗日-欧拉算法,分别对相同岩石条件、相同跨度的坑道,在钢纤维喷射混凝土支护和无支护条件下抗常规爆炸的震塌过程进行了三维数值模拟,并将数值模拟结果与规范中其它支护类型在相同条件下的震塌落石速度进行对比。通过震塌剥落层速度的对比,量化说明了钢纤维喷射混凝土支护抗爆炸震塌的能力。