基于弹塑性理论的节理处锚杆剪切变形机理分析

为了研究节理面处锚杆的剪切变形机制,建立了节理岩体中锚杆的受力模型,对锚杆在节理面处的剪切变形进行了理论分析,利用单位载荷法推导了节理面处锚杆竖向位移与载荷、节理宽度、材料性质间的关系.理论分析表明,节理岩体中锚杆的剪切变形过程为:小挠度变形阶段、弹塑性剪切变形阶段、塑性铰阶段;剪切变形至塑性铰阶段时,节理面处杆体将出现两个塑性铰;节理面处锚杆具有一段结构对称、载荷反对称部分;节理宽度对节理处杆体的弹性区、弹塑性区的分界面位置存在线性影响.     

一种T形短肢剪力墙的墙元宏模型

研究了短肢剪力墙的力学模型和计算方法,根据T形短肢剪力墙的受力和变形特点,提出一种10自由度的变形杆系广义墙元模型.考虑翼缘墙与腹板墙的空间耦合作用,运用虚功原理建立T形短肢剪力墙的单元刚度矩阵.为短肢剪力墙结构空间弹塑性分析提供了新的思路,这一宏模型摒弃了现有宏模型中平面假定的限制,不仅可以反映中和轴的移动,而且还可以反映初始截面的剪切翘曲.     

锚固体梁的失稳破坏形式分析

通过锚固体无拉力梁力学模型解析和模型试验，发现锚固体梁在受载变形过程中，由于梁轴向受动荷载挤压作用，以压力拱形式维持不同变形阶段的动态平衡；当岩体强度及摩擦力不足时，引起剪切滑落失稳和挤压破碎失稳，否则，当挠度超过一极限状态时，将产生回转变形失稳。     

锚喷支护巷道剪楔体滑移破坏理论分析方法

处于非静水应力场中的圆形巷道的弹塑性围岩常在其垂直于最大主应力的方向上产生剪切楔体滑移破坏。对于这种破坏模式，可先将出现在圆形巷道两侧剪切滑移楔体的上下两个剪切面之间的喷层近似地简化为两端固定约束的无铰拱，利用结构力学方法求相应于该拱允许变形时作用在楔体上的压力，然后就拱顶直墙巷道的破坏进行类似的分析。针对锚喷网联合支护巷道的分析中存在变形不协调等问题，提出了经改进的分析方法。     

岩移“四带”模型与动态位移反分析

为应用岩石力学数值分析方法进行岩层与地表移动计算，采用位移反分析方法，进行了模型识别和理论分析研究。认为：（１）采后覆岩结构具有分带性，结构力学模型应划分为破裂带、离层带、弯曲带和松散冲积层带；（２）岩石的本构方程可以应用内时理论和开尔文－伏尔特流变模型得到；（３）对于线性、粘弹塑性力学问题可应用三点抛物线方程法求得最优估计值；（４）地表水平移动是岩层与松散冲积层倾斜变形引起的，水平移动值取决于倾斜和表土层翘曲变形两种因素。     

岩石在平面应变条件下剪切带的分叉分析

分析了岩石在平面应变条件下的弹塑性本构模型,在此基础上采用分叉理论对岩石在平面应变条件下变形局部化及剪切带的形成和方向进行了分叉分析,得出了剪切带产生的条件以及剪切带倾角的表达式．研究表明,所得的理论结果与试验结果相吻合．     

吊斗铲三角架风载响应分析

通过ANSYS软件建立吊斗铲三角架模型,对其进行模态分析和风载响应分析,求出结构的基本振型。计算不同风荷载作用下,三角架的变形和应力分布情况,并找出危险点。将各级风载作用下的结果与无风荷载时进行比较可知,变形及应力随着风级的增大而增大。     

大跨度桥梁拉索端头的有限元分析

应用大型有限元分析软件ANSYS对大跨度桥梁拉索端头进行了基于材料非线性的弹塑性分析,在模型的加载中,第一荷载步所施加的预紧力没有超过材料的屈服强度,第二和第三荷载步所加的预紧力过大,均超过了材料的屈服强度,致使拉杆和螺纹端头进入了塑性状态,原预紧力下降,结构设计失效。如果进入塑性状态的范围过大,则结构将受到破坏,如果不采用弹塑性方法计算,而采用弹性方法计算,则第二和第三荷载步的应力会更大,因此,调整拉杆或拉索的过程最好使用弹塑性方法计算。     

城市地下不规则采空区的超载破坏模型试验

为研究某城市地下小型采空区的岩层稳定性,采用三维相似模型方法,对城市潜在地质灾害问题进行了超载破坏试验研究。根据相似模拟理论,以中粗河砂为骨料配置了相似材料,采用砌筑法建立了相似模型。对岩层进行逐级竖向加载至破坏,同时监测了地表位移、矿柱和岩层顶板的应变变化,并采用内窥镜拍摄了顶板和矿柱的破坏演变过程。计算分析了岩层表面的位移、曲率变形、顶板的应变,及矿柱的破坏随荷载增加的变化曲线。综合几个方面来分析岩层的稳定性。试验结果表明:①岩层表面荷载小于2 MPa时,岩层表面变形很小,属于稳定状态;2 MPa后岩层变形呈随荷载迅速增大的状态,并表现出明显的不均匀变形特征。②岩层表面荷载不超过1.2 MPa时,顶板应变处于线性小变形阶段,属于稳定阶段;而后顶板应变随岩层表面荷载迅速增加,当荷载增大到5 MPa时,应变曲线上出现明显的拐点,顶板开始出现破坏现象。③根据影像记录,顶板先于矿柱出现受拉裂缝破坏,而后矿柱出现剪切破坏现象。因此,未来的破坏模式必将是顶板先于矿柱出现拉裂缝破坏现象,所以要从防止顶板拉裂的角度来控制岩层的稳定性。综上所述,最终确定岩层表面瞬时荷载为1.2 MPa,并且在未来的开发设计中,应充分考虑该区域岩层因存在地下不规则采空区而导致的不均匀变形问题。     

预应力索杆协同网架结构的抗火性能研究

预应力索杆协同网架结构是一种上弦和腹杆为刚性杆件,下弦杆件被替换为预应力拉索的新型结构.利用ANSYS有限元分析软件建立了该结构的有限元模型,通过改变材料参数和施加温度荷载的方式来考虑温度对结构的影响,并考虑几何非线性与材料非线性,模拟了结构的反应特征,得到应力、变形变化规律和蠕变对结构的影响,为预应力索杆协同网架结构的抗火设计提供了参考依据.     

土钉加固基坑开挖性能的拉格朗日元分析

基于理想弹塑性本构模型的Mohr-Coulomb准则,运用岩土力学理论、快速拉格朗日元(FLAC3D)数值方法,考虑土钉的加固作用及土钉与土体的相互作用,模拟土钉支护施工过程。选择能够反映开挖特点的土体本构关系、开挖支护模拟过程和双弹簧土钉单元,建立数值分析方法。通过计算研究了土钉支护的工作机理、变形和受力性能,以及基坑的力学和变形响应。结果表明:(1)第4、5步开挖引起的土体扰动最大;(2)滑裂面附近剪应变增量梯度比较大,土钉长度范围内土体已经成为一个整体;(3)土钉轴力沿长度的分布是不均匀的,上部土钉轴力表现为中间大而两边小的规律;下部土钉呈现端头轴力最大,沿土钉方向逐渐减小。     

设置少量剪力墙的多层框架结构破坏机制研究

 摘要：在汶川地震中框架结构表现出来的震害主要为建筑物破坏时未能实现“强柱弱梁”破坏机制。本文通过pushover非线性静力弹塑性分析方法,研究了新旧抗震规范中柱端弯矩增大系数的提高对“强柱弱梁”破坏机制的影响程度,并探讨了加少量剪力墙框架结构在地震作用下的破坏机制。分析结果表明少剪力墙框架结构能够更好地保证“强柱弱梁”破坏机制的形成。     

平直与水平凹形边坡力学结构及稳定性对比研究

为了研究平直和水平凹形边坡稳定性差异的内部机理,以简支梁结构和两铰拱结构为基础模型,建立了平直和水平凹形边坡的整体力学模型,推导出端帮结构中的轴力、剪力和弯矩等基本力学参数计算公式,揭示了整体力学结构差异对稳定性的影响关系。通过建立边坡分析的三维模型,研究了平直与水平凹形边坡对稳定性的影响,结果表明:水平凹形边坡的曲面拱形结构能够有效缓解剪应力的集中分布,降低边坡失稳的风险,其稳定性优于平直边坡;内排跟进缩小坑底宽度能够有效提高端帮边坡稳定性;平直和水平凹形边坡稳定性随边坡角的增大均呈现线性递减;随着边坡高度的增加,水平凹形边坡相比平直边坡稳定系数增加的幅度逐步减小。     

边缘牙齿形碟盘破碎煤岩的力学机理及其模型

为提高煤岩的破碎效率与破碎能力,介绍一种具有楔劈特征的边缘牙齿形碟盘轴向振动与径向切削破碎煤岩的方法。采用抗压、抗剪等不同阶段主导作用相结合的力学方法,分析牙齿宽度对煤岩在挤压、压裂和破碎各阶段,以及由碟盘楔面倾角楔劈作用下大块煤岩崩落各过程的力学关系;运用复合作用效应的叠加原理,建立了各工况下破碎煤岩的力学模型,揭示边缘牙齿碟盘破碎煤岩的力学机理。研究表明:在煤岩由初期压馈小岩坑的形成、裂纹的产生、贯通直至由碟盘楔面楔劈作用下大块煤岩崩落过程力学描述的基础上,得到了碟盘径向与轴向载荷与碟盘结构参数,以及煤岩破碎相关联参数的数学模型;得出复合轴向向上运动方式有利于破碎煤岩依据;碟盘刀具径向与轴向载荷均随切削厚度的增加而增加,单切削作用时理论模型径向和轴向与数值模拟计算结果相差11%和4%,复合作用时理论模型径向和轴向与数值模拟计算结果相差3%和18%,验证了理论计算与数值模拟其载荷随破碎煤岩厚度等参数的变化规律具有一致性。该研究为高效率、高破碎能力的破碎机构研制提供了理论参考。     

基于Kelvin解的拉力型锚杆锚固段的受力分析

基于Kelvin位移解, 根据拉力型锚杆实际工作状态, 推导出拉力型锚杆锚固段轴向应力和剪应力分布的理论解, 并分析拉力型锚杆的受力特点, 为拉力型锚杆的力学分析和设计提供理论依据。在此基础上讨论张拉荷载、孔径、外界岩土体弹性模量对锚固段轴力与剪应力分布的影响, 并得出了一些有意义的结论。     

正交各向异性损伤材料的Mohr-Coulomb条件

提出了正交异性损伤修正的Mohr-Coulomb条件，从对含裂纹单元的细观分析入手，通过均匀化（Homogenization)处理，将损伤张量引入到Mohr-Coulomb条件中，推导出相应的计算公式，采用的损伤模型考虑了裂纹的闭合效应，得出了新条件在二维层状岩石体中的简单应用，按本文提出的损伤材料的Mohr-Coulomb条件，计算得到了层状节理岩体侧压力－剪切强度曲线，结果的非线性特性与文献中的试验结果吻合，说明传统的侧压力与剪切强度的关系（试验中所获得的剪切强度值只是与过程有关的参数c,而不是材料参数c^t)。     

采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能分析

为了探究采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能,选择包含采动作用的不良地质隧道建设区域作为研究对象,安装水土压力计和钢筋应力传感器,根据传感数据分析峰值应力分布、外荷载以及主筋内力分布,明确衬砌结构的受力性能。将采动影响下的地表变形划分为2种类型,计算变形状态下衬砌结构的弯曲轴向应力,获取不良地质隧道衬砌结构的外部垂直荷载值,实现采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能分析。采动作用下隧道衬砌结构底部轴向力包含3个峰值应力,两侧-50~50 m区域、350~450 m区域存在2个较小的峰值应力,而中间150~250 m区域存在较大的峰值应力。不良地质隧道衬砌结构,受到采动影响后呈现出受力不均匀的特点,具体显示为中间受力大、两侧受力小。     

下向分层进路充填采矿法中预留阶段顶柱力学行为分析

基于下向分层进路充填采矿法,针对下分层开采或回采过程中遇到开挖进路帮部一侧为胶结充填体、另一侧为矿体的情况,将胶结充填体假设为弹簧支撑件,把采场预留顶柱简化为平面问题的“固定端超静定悬臂梁”力学模型,并将半逆解法引入预留顶柱力学分析中,推导出均布荷载下“固定端超静定悬臂梁”应力分量,揭示了顶柱稳定性的主要影响应力为水平拉应力σ_x和剪应力τ_xy。理论分析表明:影响σ_x和τ_xy分布变化的主要因素,既包括采场结构参数顶柱厚度和跨度,也包括了充填参数充填体弹性模量。以某铁矿为例,采用控制变量法研究了顶柱在不同采场结构参数和充填参数条件下σ_x和τ_xy的变化规律,结果表明,当顶柱厚度不小于5 m、跨度选取5~7 m、胶结充填体强度1~3 MPa时可有效减小顶柱上部的水平拉应力和剪应力,避免了顶柱处于悬臂梁状态和顶柱下部出现较大拉应力。     

基于随机有限元的隧道锚喷支护可靠度方案优化设计

根据剪切滑移理论, 建立了隧道围岩-支护结构功能函数, 提出了基于随机有限元的隧道锚喷支护方式的可靠度分析方法。以广州某区间隧道工程为例, 在分析支护方案的内力及可靠度参数基础上, 确定优选方案并采用JC法从抗压、抗裂方面验算了其可靠性。研究结果表明:9种工况中喷层的最大轴力为923.67 kN, 最大弯矩为10.12 kN·m, 最大剪力值为47.62 kN, 锚杆的最大轴力为48.06 kN; 以柔性支护和组合梁理论, 初选喷层厚度取值为6 cm或10 cm, 锚杆间距1.4 m, 以可靠度β=3.35为判断标准和耐久性原理, 确定喷层厚度10 cm, 锚杆间距1.4 m的支护参数为最优方案。     

基于三维数值分析的大桥磷矿采空区稳定性研究

为了得到大桥磷矿采空区与矿山稳定性,采用MIDAS-GTS/NX有限元数值模拟软件,建立了采空区—矿柱—矿山三维力学分析模型,采用非线性静力分析方法对大桥磷矿采空区开展了数值模拟研究。研究结果表明:矿柱剪应力大小与矿柱横截面的大小没有直接的关系,矿柱剪应力的大小与上覆岩层厚度有直接联系。采空区埋深对采空区矿柱的剪应力与矿柱轴向应力均有很大的影响,上部岩体的重力较小,矿柱产生的剪应力与轴向应力较小。矿山没有产生大面积的塑性区分布,矿山稳定性良好。研究结果可以为相似矿山提供参考。