70年代以来我国土力学的一些动态(连载之一)

一、土的本构方程土的本构方程(本构一词英语为Constitutive我国土力学界于70年代才开始使用)亦有人称之为土的应力应变数学模型。 1978年在武汉召开的力学规划岩体力学分支学科工作会议提出,土的静、动态本构关系是“研究土体在受力状态下,土体内应力、应变、应变率、应力水平、应力历史、加载率、加载路径以及时间与温度等之间的函数关系”。我们认为,假若将成因及历史赋与土的工程特性这点考虑进去,这个阐述就更全面了。     

混凝土在冲击荷载下的力学行为

目前,对混凝土动载力学行为的研究无论在理论上还是方法上都很不成熟,瑞士惠特曼教授曾将日本三桥的随机过程模型用来描述混凝土的快速破坏,发现混凝土的抗压、抗拉、抗折强度与应力速率的关系可描述为:式中σ_0、σ分别为在应力速率σ_0和(?)下的破坏强度;β是与材料性质有关的参数,称为“材料常数”。(1)式表明:材料的动态响应完全取决于它的“材料常数”。可见,材料的β与它的动载力学行为有着内在联系。但是,目前对“材料常     

对“塔式起重机塔身结构的稳定计算”一文的讨论

《建筑机械》1988年第2期刊登了任远志同志撰写的“塔式起重机塔身结构的稳定计算”一文(以下简称“任文”),学习后,提出以下几点不同看法,供探讨。由于《起重机设计规范》(GB3811—83)所提供的三项公式(25)、(26)、(27)是两端铰支的力学模型,“任文”拟用“变形等效法”来转换为一端嵌固、一端自由悬臂柱力学模型,笔者认为是欠妥当的。因为两者所发生的变形虽相等,并不意味着最大弯矩与最大切力相等。现分析如下:     

“井”字形承力梁的设计

本文介绍了国家某重点工程中一种新型“井”字形承力梁的设计、焊后去应力处理和力学试验．试验和应用结果证明,该项设计合理,完全满足了工程安全可靠的要求。     

钙芒硝盐岩物理力学特性研究

通过系统的试验研究难溶性盐钙芒硝基本的力学特性以及溶解和其溶解后的孔隙率等,充分认识了钙芒硝岩盐的物理力学特性.实验发现钙芒硝岩盐属于软岩,其抗压强度为18.86 MPa,而抗拉强度实测值为2.59 MPa,其破坏形式属于典型的柱状劈裂破坏,同时也说明盐岩在自然条件下是脆性材料.通过长时间的蠕变实验,回归出钙芒硝盐岩蠕变在不同应力水平下随时间变化的曲线,其抗压强度50%时的曲线方程为ε(t)=0.0098ln(t)-0.0014,抗压强度80%时的蠕变曲线方程为ε(t)=0.012ln(t)-0.0056,应力水平高时其蠕变速率高于低应力水平的蠕变速率.钙芒硝属于难溶性盐,其溶解率非常低,在水中溶解速率曲线方程为vt=-0.0005Ln(t) 0.0041;溶解速度方程为v=-0.0002Ln(t) 0.0015.通过理论分析计算得出其溶解完全后孔隙率为35.87%.溶解速率、溶解速度及溶解后孔隙率的研究对充分认识难溶性钙芒硝盐岩水溶开采机理有指导意义.     

国际学术会议简讯

“2001年国际岩石力学学会年会暨第2届亚洲国际岩石力学学术大会”将于2001年9月11～14日在中国北京召开。本次会议由国际岩石力学学会发起,中国岩石力学与工程学会(国际岩石力学学会中国国家小组)主办。煤炭科学研究总院、中国科学院地质与地球物理研究所等单位承办。大会的主题为:“21世纪岩石力学前沿课题及可持续发展”。专题有:(1)岩石力学性质测试;(2)岩石物理、数值模拟及监测系统;(3)与资源、环境和可持续发展有关的岩石力学和岩石工程;(4)与岩石力学与岩石工程有关的人工智能、信息系统和非线性动力学;(5)大型岩石工程实例。会议期…     

隧道原位单侧扩挖围岩力学特性解析分析

为通过解析计算分析隧道单侧扩挖围岩力学特性的特点,考虑到围岩支护对隧道围岩的稳定起到重要作用,针对已有的隧道围岩力学解析解,在考虑支护反力作用的情况下,结合Schwarz交替法进行求解,提出了隧道原位扩挖围岩力学特性计算的解析算法。经大帽山隧道原位扩挖工程的围岩变形监测数据与abaqus数值模拟验证,结果表明:在考虑支护情况下隧道原位扩挖Schwarz交替法能得到较精确的围岩力学性质,该方法有较好的适用性。随着扩挖宽的的增加其围岩特性如下:(1)在相切处即原隧道在开挖施工部分应力值变化较大,扩挖部分的环向应力在拱顶处有拉应力产生。(2)原隧道竖向,水平位移值变化较小,较稳定。扩挖部分的竖向位移有增大趋势,水平位移有收敛趋势。(3)相较于无支护的情况,有支护力作用下,隧道扩挖水平位移变形趋向于稳定,竖向位移变化较小。     

关于“节理岩体拉剪断裂与强度研究”一文的一点看法

《岩石力学与工程学报》1998年第3期刊登了“节理岩体拉剪断裂与强度研究”一文(以下简称“原文”)[1],在其结语中提出“原文”的主要贡献是“建立Hoek-Brown准则中材料常数m,s与岩石的断裂韧度KIc,KIIc的关系”。笔者阅后认为,此关系的推导前提存在缺陷,现提出来希望引起作者和读者重视。比较熟悉断裂力学基础理论的都知道[2],应力强度因子(KI,KII)是表征裂纹尖端应力奇异性强度的参数,由KI,KII表达的裂尖应力场,即原文的(3),(4),(5)三式,都只能适用于裂纹尖端附近的局部区域,用r表示到裂尖的距离,这些公式应用的条件是r→0。“原文…     

“2001年国际岩石力学学会年会暨第2届亚洲国际岩石力学学术大会”

“2001年国际岩石力学学会年会暨第2届亚洲国际岩石力学学术大会”将于2001年9月11日～14日在中国北京召开会议由国际岩石力学学会发起,中国岩石力学与工程学会(国际岩石力学学会中国国家小组)主办。煤炭科学研究总院、中国科学院地质与地球物理研究所等单位承办。大会的主题为:“21世纪岩石力学前沿课题及可持续发展”,专题有:1)岩石力学性质测试;2)岩石物理、数值模拟及监测系统;3)与资源、环境和可持续发展有关的岩石力学和岩石工程;4)与岩石力学与岩石工程有关的人工智能、信息系统和非线性动力学;5)大型岩石工程实例。会议期间还将举办…     

为什么不加限制地使用裂纹尖端应力公式是不恰当的

断裂力学正日益广泛地应用于岩石力学的研究中 ,这是好事。然而 ,忽视断裂力学基础理论的使用条件 ,研究成果在理论上会站不住脚 ,也就因此失去了它应用的价值。文 [1]本来只想点到为止 ,因为笔者原本相信 ,“心有灵犀一点通”。现在看来 ,文 [2 ]仍想继续误导读者 ,因而有必要再多谈一点。断裂力学中有一个著名的模型 ,即拉伸中心裂纹无限大板 ,设其裂纹长度是 2 a,远场拉伸应力σ,在不少断裂力学教材中都可以找到其应力场的准确解 [3 ] ,现考察裂纹延长线上的拉伸应力分量 ,此应力的准确值σexact是σexact=σ a2 r1 r/a1 r/2 a (1)式中 :…     

地层各向异性对套管受力的影响

套管损坏是制约油气生产的瓶颈问题，而套管外挤载荷设计合理与否对套管寿命具有决定性的作用。前人在研究套管外挤载荷时，都将地层考虑为正交各向异性、横观各向同性材料，没有考虑在垂直井眼轴线平面上岩石力学性质各向异性的问题。在考虑这一特点的基础上，建立，套管应力计算的力学及有限元模型。计算结果表明，在均匀水平地应力条件下，若地层为横观各向同性，则套管应力为均匀分布：若地层力学件质在垂直井轴平面上为各向异性，则套管应力由均匀分布转化为非均匀分布，且戍力极值增大。这一结论说明；在均匀水平地应力条件下，地层各向异性对套管受力有着较为明显的影响，在设计套管外挤载荷时，应该给予允分考虑；同时这也有助于解释套管所受外挤载荷超过上覆岩层压力的问题。在非均匀水平地应力条件下，无论地层为各向同性或各向异性，套管应力均呈现非均匀分布态势，其套管应力极值变化不大。因此，在非均匀水平地应力条件下，地层各向异性对套管受力影响不大，在设计套管外挤载荷时，可简化省略。     

当前岩石力学研究中若干关键问题的思考与认识

 本文作者对当前岩石力学发展中的若干关键问题提出了自己的看法和建议。其中首先涉及到高地应力对软弱围岩稳定性和硬质围岩的稳定性问题。第二方面涉及节理裂隙岩体和某些非线性软弱围岩及支护的研究。这其中涉及到复杂岩体的破裂机制和施工过程的影响。第三方面对模型试验方法的作用做了论述,并建议应着重在数值分析效果不佳的问题上采用模型试验。第四方面对于数值分析方法存在的问题作了评述,指出它们分别适用的条件、存在的问题和可能解决的途径。特别指出当前非连续介质分析法不能解算大工程问题的解决思路,还对复杂岩体的本构关系、今后研究的思路提出了建议。最后对其它几个热点和难点问题谈了认识和建议,包括工程岩体稳定性的判据、应发展非确定性方法作为围岩稳定性判据,及用非连续分析法分析节理岩体进行真正裂隙网络固流耦合模型的渗流问题研究等。     

深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究

 基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究,可以得出如下初步结论：(1) －790 m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主,其最大原岩水平主应力值大于28.33 MPa,岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为5.82,属高应力区;(2) 在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展,同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大,受围岩弱化的影响,围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值,然后再降低并趋于原岩应力;(3) 底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径,远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。研究表明,深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道,可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。     

地震作用下坠落式危岩稳定性分析

构建了地震作用下厚层水平岩体中坠落式危岩块体的震动模型,并基于结构动力学和断裂力学,分别建立了危岩块体水平震动和竖向震动时危岩块体的位移、加速度与惯性力和主控结构面联合应力强度因子的计算方法。从能量的角度出发,获得了危岩块震动过程中危岩主控结构面扩展长度的计算方法,提出了危岩主控结构面的扩展判据,进而建立了考虑地震震动效应的危岩稳定系数计算方法。通过算例分析发现,危岩主控结构面对危岩体震动加速度的影响较大,考虑危岩主控结构面后危岩体的加速度峰值增加了55.56%;此外,将地震荷载视为动荷载,考虑了主控结构面在震动过程中的扩展长度的危岩稳定系数计算方法较传统的拟静力法更加安全,该方法可为地震区厚层水平岩体中坠落式危岩的防治工程设计提供理论依据。     

三维地应力BWSRM测量新方法及其测井机器人在重大工程中的应用

地壳上层岩体的应力状态是地壳最重要的性质之一,获取岩体应力状态最直接、可靠的手段是原位地应力测量.首先简要回顾地应力测量的研究历程及其发展现状,分析岩石力学与工程中常用的几种地应力测量方法和技术.重点介绍钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)这一新的三维地应力测量方法的原理,以及基于BWSRM的地应力测井机器人研制过程和...     

高地应力下岩体的破坏特征分析

结合工程实践经验,对高地应力下岩体的破坏特征进行了分析研究,研究发现,其破坏分硬岩和软岩两种,硬岩下有时会发生岩爆,软岩下可能会发生挤压大变形,都给施工造成了困难,指出在施工中都要对高地应力进行逐步释放,并做好施工辅助措施,以确保施工安全。     

三峡工程永久船闸陡高边坡各向异性卸荷岩体力学研究

岩体工程具有加载和卸荷两类不同性质的力学状态,在此力学状态各异的情况下,节理岩体的力学特性有本质的区别。岩体高边坡工程的力学状态主要为卸荷。在三峡工程永久船闸高边坡的研究中,作者提出了“各向异性卸荷岩体力学的新概念”,得出了与目前常规岩体力学研究不同的结论。该研究成果已被多项边坡工程和地下工程实例所验证。以前应用该理论对三峡永久船闸陡高边坡的研究成果,也日益为监测资料所验证。     

重庆轨道交通四号线头塘地铁站围岩压力分析

以重庆轨道交通四号线头塘车站为工程背景,地铁车站属于特大断面浅埋隧道,首创采用预留T字岩梁岩柱隧道施工方法,应用全土柱理论、普氏理论、泰沙基理论、比尔鲍曼理论计算了隧道施工全断面开挖完成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力,分析得出泰沙基理论的计算结果适合于该工程,应用小净距隧道围岩压力理论,计算了T字型断面形成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力。理论分析了隧道施工过程中形成T字型断面以及全断面时顶板的最大拉应力、最大挠度,并计算了隧道顶板不垮落离层时需要的最小支护反力,研究结果为车站施工、支护结构安全提供理论支撑。     

正交各向异性岩体地应力计算的误差研究

准确的地应力实测资料是确定地下岩体力学性质,进行工程结构设计施工、围岩安全稳定性分析和科学化决策的必要前提和基础。然而,应力解除法求解地应力无法考虑非理想岩性问题,工程应用中采用的忽略或修正的处理方法必将造成较大的误差。根据有限单元法的原理,针对正交各向异性岩体,分别采用理想模型和正交各向异性模型开展了地应力求解研究。结果表明:岩体弹模会造成应力分量误差最大可达56%,第一主应力大小误差为15%~26%,方位角误差为30%~37%,倾角误差为23%~57%。