闭合与非闭合裂隙岩石单轴压缩的颗粒流细观分析

为了从细观角度模拟裂隙岩石的破坏过程,利用颗粒流软件(PFC)构建了裂隙岩石的单轴压缩模型,模拟了含非闭合裂隙和闭合裂隙岩石的单轴压缩试验,并分析了裂隙闭合情况和裂隙摩擦系数对裂隙岩石强度和破坏模式的影响。结果表明,裂隙闭合与未闭合对裂隙岩石的破坏特征存在影响,裂隙闭合后,裂隙峰值强度随摩擦系数增大而增大;裂隙岩石宏观张拉破坏面由翼型裂纹扩展贯通形成,宏观剪切破坏面由次生裂纹的扩展贯通形成;当f=0、α ≥ 67.5°或f ≥ 0.75、α = 45°时,翼型裂纹几乎不产生;当f=0、α = 90°或f=1、α = 45°时,裂隙岩石强度和破坏模式接近于完整岩石。     

带预制裂隙岩石单轴压缩破裂特征颗粒流模拟

为研究带预制裂隙岩样的单轴压缩破裂特征,采用颗粒流法对带两条预制裂隙深埋大理岩样在单轴压缩条件下的变形破裂进行数值模拟研究。结果表明,单轴压缩岩样模型主要产生拉裂纹,剪裂纹在峰值应力之后产生;岩样裂纹在预制裂隙端部启裂,之后朝向主应力方向;裂纹近似平行,岩石破裂为板状,预制裂隙岩样破坏后承载力降低很快,预制裂隙影响岩样在残余强度时裂纹扩展的情况,完整岩样在残余强度时裂纹数目稳定,预制裂隙岩样在残余强度时裂纹缓慢增加,预制裂隙减小了岩样的弹性模型,减弱了岩样的启裂应力及岩样抵抗变形破坏的能力。     

含交叉裂隙类岩石试样物理力学特性试验及其RFPA模拟

为探究含交叉裂隙试样在单轴应力下的物理力学特性,制备了与岩石力学性质相似的类岩石材料,利用预制树脂片法模拟了不同倾角交叉裂隙的情况,对其进行了单轴压缩试验,同时利用RFPA软件对不同工况进行了数值模拟。结果表明,含交叉裂隙类岩石试样在单轴应力下主要有单一裂隙扩展模式、主裂纹扩展贯通模式、次生裂纹扩展贯通模式三种破坏模式;单一裂隙扩展模式与主裂纹扩展模式下,次生裂隙尖端产生剪破坏,主裂纹尖端产生拉破坏,而次生裂纹扩展模式下主裂纹尖端产生剪破坏,次生裂纹尖端产生拉破坏,最终产生的翼裂纹与反翼裂纹属于拉剪破坏;单轴应力下的含交叉裂隙试样应力—应变曲线经历弹性变形阶段、非线性变形阶段、残余变形阶段三个阶段;主裂纹倾角对含交叉裂隙试样的峰值强度起到控制性作用,而次生裂隙仅在主裂纹倾角为0°时对试样的峰值强度有较大影响。     

基于颗粒流数值模拟的交叉裂隙岩体剪切力学特征研究

为研究交叉双裂隙岩体在剪切过程中的力学响应机制,利用颗粒流程序PFC2D模拟了含交叉双裂隙试样直剪试验,分析了次裂隙倾角和法向应力对交叉双裂隙试样剪切应力、破坏模式、微裂纹发育及演化、能量转化和接触法向方位角演化规律的影响。试验结果表明,法向应力为1、5、15 MPa时,试样破坏受主次2条裂隙的共同控制,大部分交叉双裂隙试样剪切峰值强度高于单一裂隙试样;法向应力为30 MPa时,试样破坏主要受主裂隙影响,表现为各试样强度相近,由于微裂纹扩展速度不均致使剪应力曲线在峰后呈"台阶"状;剪切过程中,裂隙试样所做边界功和黏结能与峰值强度具有相同的变化趋势,裂隙周围颗粒接触矢量方向向剪切方向发生显著偏转。研究成果有助于理解双裂隙岩体在剪切过程中的力学响应机制,是对双隙岩体力学行为研究的补充。     

含城门洞形裂隙岩体破碎数值分析及机理研究

为研究不同裂纹赋存形式下的含城门洞岩石破碎及裂纹扩展规律,对不同情况下的含裂隙城门洞岩石试样进行单轴压缩数值模拟试验,得到裂纹扩展规律、声发射规律及应力—应变规律。结果表明,根据数值模拟中的声发射规律,主裂纹主要是拉破坏,翼裂纹、反翼裂纹及远场裂纹主要是拉剪复合型破坏;裂隙的存在降低了试样的峰值强度,各组试样(试样B、C、D系列)的平均峰值强度较不含裂纹试样(试样A系列)下降百分比分别为11.3%、7.8%、12.6%;侧边裂纹产生在靠近顶拱处,底边裂纹越靠近边墙,及顶拱裂纹的裂纹角度越低,试样的峰值强度越低,在实际工程中,对于这些位置产生的裂纹应加强防护,防止灾害的产生。     

物质点法在岩石断裂数值模拟中的应用

裂隙的存在严重影响了岩体结构稳定,合理描述含裂隙岩石的非线性力学特性的变化规律是近些年研究的重难点。对此,提出了一种考虑质点失效的光滑粒子动力学数值模拟方法(RSMPM)。RSMPM依据MPM算法的基本原理,采用摩尔—库伦破坏准则,在每一计算步中均遍历所有质点,对达到破坏条件的质点进行失效处理,以质点的失效过程来描述岩石的动态断裂过程。通过将单裂隙标准立方体试样、单裂隙巴西圆盘试样的数值模拟结果(裂纹扩展过程、主应力云图分布)与以往研究成果的对比验证了所提方法的准确性,为光滑粒子动力学方法在岩石力学工程中的应用及岩石断裂机理的认识提供了参考。     

圆盘内裂纹扩展断裂试验及数值模拟研究

鉴于含裂纹的巴西圆盘试验多集中于二维或表面裂纹,而对含纯封闭内裂纹的巴西圆盘断裂研究较少的问题,开展了含90°三维内裂纹的树脂巴西圆盘试样单轴压缩试验,分析了裂纹扩展过程特征,并基于M积分及最大拉应力准则研究了KⅠ、KⅡ、KⅢ分布规律,通过断裂力学有限元软件FRANC3D实现内裂纹扩展全过程模拟。结果表明,含90°内裂纹试样在单轴压缩下裂纹破坏形态为竖直张拉裂纹;达到峰值荷载29.13kN时试样瞬间被劈裂为两半,内裂纹扩展速度达到700mm/s,对试样扩展、破坏形态及断口特征产生显著影响;通过数值模拟得出内裂纹尖端扩展路径,短轴端扩展速率最大,且数值模拟结果与试验相符。     

含2条偏置三维内裂纹试件单轴拉伸下裂纹扩展数值模拟

为探究不同岩桥角及不同裂纹倾角下的标准立方体试件在单轴拉伸作用下的裂纹扩展及裂纹尖端的应力强度因子的变化规律,利用Franc3d软件对不同方案的含两条偏置三维裂纹的试件进行了单轴拉伸数值模拟研究,同时以单轴拉伸下含单裂纹试件的试验结果作为验证对比,验证了数值模拟的合理性。结果表明,不同岩桥角与不同裂纹倾角下双裂纹试件裂纹之间呈现"相互吸引"与"相互排斥"作用;预制裂纹内侧尖端的翼裂纹扩展小于预制裂纹外侧尖端;相对Ⅰ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化呈现先增大后减小再增大再减小的规律,相对Ⅱ型应力强度因子随着预制裂纹尖端距离的变化呈现先减小后增大再减小再增大的趋势;岩桥角越大,整体上的相对Ⅰ型应力强度因子越小,不同岩桥角的相对Ⅱ型应力强度因子几乎一致;预制裂纹的倾角越大,相对Ⅰ型应力强度因子越小,而相对Ⅱ型应力强度因子总体上越大。研究成果为进一步认识裂纹扩展特性奠定了基础。     

含预制裂隙的均质岩石巴西劈裂过程数值模拟

基于改进刚体弹簧方法,对均质圆盘试件和预制裂隙圆盘试件的巴西劈裂过程进行了数值模拟,并对比研究了预制裂隙对巴西劈裂破坏形态的影响。结果表明,均质圆盘的巴西劈裂过程分为三个阶段,即加载端开始向下萌生随机裂隙点;裂隙点之间联结发育;主裂隙贯穿试件造成破坏,次生裂隙发育。对于预制裂隙圆盘试件,不同预制裂隙倾角试件的破坏形式基本一致,由于应力集中,裂纹首先从预制裂隙两端萌生,并向加载端扩展,宏观裂纹形成的同时在加载端部也开始产生次生裂隙,次生裂纹的产状随预制裂隙倾角变化而不同。     

模拟土工织物反滤作用的颗粒流分析方法

利用颗粒流（PFC）方法建立了土工织物PFC反滤模型,从细观层面分析了具有土工织物反滤结构的土体中水流挟持颗粒移动的特点及影响因素,探讨了PFC方法应用中引发的误差问题,并提出了解决方案。通过正交试验法分析了多因素影响下土工织物颗粒流反滤模型的孔隙率变化敏感性,进一步验证了土工织物淤堵试验中出现的渗透系数“峰值”现象及其产生的原因。     

基于ADAMS平台的张力架线动力学仿真分析

针对传统张力架线工程计算不能体现导线及牵引绳实时动态张力变化的问题,利用ADAMS软件二次开发功能,构建了张力架线仿真系统模型,使牵引绳和导线在张力、牵引力和重力的共同作用下完成动态展放过程,通过简化模型并利用脚本仿真控制方式实现仿真速度的优化,最后结合理论公式验证了模型的正确性和可靠性,在此基础上分析了架线过程中导线和牵引绳的动态特性,可为工程施工提供参考。     

基于强度折减的岩质边坡失稳判据的探讨

以锦屏水电站左岸某标段边坡为例,基于有限元强度折减法的基本原理和破坏准则,提出了综合特征点位移增量与折减系数增量的比值关系曲线与迭代次数突变准则编制有限元程序计算边坡的安全系数。计算结果表明,两种失稳判据较吻合,误差仅为1.3%,位移突变与收敛合理,该判据正确、适用。     

裂纹尖端屈服条件下的围岩劈裂破坏判据研究

针对裂纹尖端附近出现塑性区时线弹性断裂力学理论不适用的问题,采用滑移裂纹组模型模拟岩石在轴向压力下的劈裂破坏,根据Mises屈服准则求出塑性区半径和整个体积中塑性变形引起的耗散能,基于能量平衡原理得到小范围屈服条件下的劈裂判据,将该判据应用于琅琊山抽水蓄能水电站机组的开挖分析中,计算获得了劈裂破坏区范围分布图,并与La...     

基于涡动角的裂纹转子模型稳定性分析

在分析现有模型局限性的基础上,考虑转子在临界转速附近复杂的涡动状态,基于涡动角构建了含横向裂纹的Jeffcott转子的动力学模型.运用Floquet稳定性理论分析了基于涡动角的裂纹转子模型运动的稳定性.结果表明:系统失稳时,倍频附近会出现不可公约的频率成分.裂纹深度、系统阻尼、裂纹方向角等系统参数对模型的运动稳定性都有较大影响,特别是裂纹方向角对稳定性的影响很复杂,偏心量对模型的稳定性影响较小.不同失稳区系统的失稳模式也不尽相同,并且随着阻尼比的变化,系统失稳模式也会发生改变.     

基于PFC~(2D)软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟

为了解泥石流的启动及运动过程,以栾川县柿树沟泥石流堆积体为例,基于堆积体室内大型直剪试验指标,利用PFC2D模拟软件对其启动及运动过程进行仿真数值模拟,分析了不同工况下堆积体的运动速度场、应力场及位移场,研究了崩滑松散碎屑堆积物质启动、形成泥石流的过程和机制。结果表明,强降雨是柿树沟沟内松散堆积体启动形成泥石流的触发因素;中雨工况下,地表径流的冲刷力仅对堆积体表层有影响,但堆积体整体形态基本无变化;暴雨工况下,泥石流沟上游的洪水迫使土石颗粒脱离堆积体表面,后缘表层土体首先开始运动,产生的推挤力不断推动前方堆积土体向前运动,坡面形态发生显著变化;暴雨时间越长,堆积土体的运动速度和位移也越大,最终导致堆积体发生连锁式破坏,形成泥石流。