断裂岩石双翼表面细观接触特征与剪切强度关系

 断裂岩石抗剪强度对自然岩体稳定性预测至关重要,为从细观层面探究断裂岩体双翼粗糙面接触与抗剪强度关系,采用蠕剪实验的方法对压剪和间接拉伸两类断裂岩石的力学行为进行研究。通过对断裂岩石双翼粗糙面的激光扫描图像处理和几何重构,用“切层–小岛法”对双翼啮合时断裂岩石两翼粗糙面的接触状态和接触面积进行了分析。结果表明：压剪形成的断裂岩石在蠕剪过程中双翼粗糙面呈不规则“海岸线式”接触;拉断裂岩石双翼表面呈离散“群岛式”接触。拉破裂岩石双翼接触面积明显大于压剪破裂岩石接触面积。尽管岩石断裂生成机制乃至施加的法向荷载不同,断裂岩石的蠕剪强度与接触面积成正比关系,喻示断裂岩石的双翼表面接触面积是考量断裂岩石表面粗糙性对抗剪强度影响的重要指标。此研究对建立岩石节理的接触力学本构模型和构建抗剪强度准则有所借鉴。     

锚固岩体的流变模型及计算方法

根据“等效材料”的概念，运用本构理论和模型试验手段探讨了锚固岩体的流变特性，建立了相应的力学模型，并在地下洞室稳定分析的解析公式及有限元数值方法中运用，还进行了计算验证和工程应用的讨论。     

岩体三维非线性力学问题的弹塑性力学模型

在对岩体结构进行三维有限元分析时,为了反映岩块（包括节理裂隙）和软弱结构面（断层、软弱夹层）的非线性力学性质,本文近似地将岩体视为弹塑性体,在综合了前人弹塑性增量理论研究工作和试验资料的基础上,分别对岩块和软弱结构面提出了带有普遍性的力学模型。并根据塑性力学的“非关联”流动法则推导了相应于该力学模型的本构关系。可供编制三维弹塑性力学问题有限元法计算程序之用。     

关于“岩溶区含溶洞岩石地基稳定性分析”的讨论

岩土工程学报 2 0 0 3年第 5期发表的“岩溶区含溶洞岩石地基稳定性分析”(以下简称“原文”) [1 ] ,利用弹性理论 ,推导岩石地基中溶洞周围的应力状态 ,对含溶洞岩石地基的稳定性进行了定量计算判别。但笔者认为其推导前提和过程似可进一步完善 ,特提出与作者商榷。 ( 1)原文中将地基中溶洞围岩应力分布视作一双向受压无限孔板的应力分布问题 (见原文图 1) ,采用弹性力学解分析其应力分布。该方法在岩石力学教材中多有介绍 ,但一般都注明适用于深埋圆形洞室的计算[2 ] ,而不是对所有情况均适用 ,原文直接应用该公式 ,而没有指明其应用于溶洞围岩应力分布计算的条件 ,考虑到溶洞发育的空间复杂     

丹巴水电站石英云母片岩力学特性及岩体质量分类

按水电行业HC法将丹巴水电站片理状岩体质量分类定为IV类,围岩稳定性差。通过对丹巴石英云母片岩的宏细观力学特性试验,提出石英云母片岩的“似块状”岩体结构,对岩体质量分类进行合理修正。通过单轴压缩试验、不同围压下真三轴试验表明,高应力作用下片岩的各向异性不明显,并通过薄片的细观试验提出丹巴石英云母片岩并非“层状结构”岩体结构,而是“似块状”结构。在此基础上,对丹巴水电站引水隧洞岩体质量分类进行了修正,隧洞围岩以III类为主。最后,通过现场回弹测试、声波检测和变形分析表明,围岩自稳能力强,修正后的分类标准具有良好的适用性。因此,研究不同应力环境下特殊岩石的力学特征对于岩体质量分类具有重要意义,可为同类水电工程围岩分类提供借鉴。     

含层理构造的非均质片麻岩巴西劈裂试验及离散单元法数值模拟研究

 为了研究岩石各向异性及非均质性对其破坏形式的影响,对含层理构造的非均质片麻岩进行了多组加载角度的巴西劈裂试验,获得不同层理方向片麻岩试件“抗拉强度”。其计算“抗拉强度”随着层理方向与加载方向夹角减小而迅速减小,当层理方向平行于加载方向时,计算“抗拉强度”可认为是片麻岩软弱层理面间的抗拉强度;当层理方向垂直于加载方向时,计算“抗拉强度”可认为是片麻岩岩石矿物基质的等效抗拉强度;当层理方向与加载方向夹角小于90°时,则属于拉–剪复合破坏形式,是片麻岩各向异性和非均质性共同作用的结果,此时对计算“抗拉强度”的应用需要特别谨慎。用UDEC程序建立离散单元数值模型,利用随机分布的条状块体集合,通过设置层理界面和矿物颗粒之间的接触参数,模拟层理构造对片麻岩破坏的影响。数值模拟与试验结果吻合较好,解释了劈裂破坏形式产生的机制,揭示岩石在荷载状态下的破裂过程是裂纹从萌生初期的无序分布,到受微观构造影响而有序集中的自组织过程。     

第三届全国岩土力学数值分析和解析方法讨论会预告

 &;lt;正&;gt; 中国力学学会岩上力学专业委员会,中国土木工程学会土力学及地基基础学会,中国水利学会岩土力学专业委员会共同商定1988年11月底在广东珠海召开“第三届全国岩土力学数值分析和解析方法讨论会”。主要内容是:①本构模型理论及验证;②数值新方法;③岩土工程实例计算;④静、动桩分析;⑤反分析及反问题;⑥耦合分析;⑦微机应用;⑧解析与半解析方法;⑨计算机辅助设计(CAO系统);⑩专家系统(Expert system)。     

单轴压缩下岩石破坏后区的扰动状态概念分析

岩石的应力一应变全过程曲线以峰值应力为界，通常分为破坏前区和破坏后区两个部分。岩石的破坏后区一般处于非稳定状态，其力学响应难以用经典强度理论来描述。由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石工程，如地下巷道、矿柱和岩爆等具有重要的工程意义，因此，此方面的研究已受到理论界和工程界的重视。基于扰动状态概念理论，通过定义相对完整状态、完全调整状态和扰动函数，建立了能反映岩石材料破坏后区特性的本构模型。采用RMT-150B型岩石力学试验系统，对5种岩石试样(湖北大悟的红花岗岩、四川雅安的大理岩、江西贵溪的红砂岩、河南焦作的砂岩和花岗岩)进行了单轴压缩破坏试验，得到了各种岩石的应力-应变全过程曲线；利用扰动状态概念分析了各岩样变形和破坏的力学机理。在提出的岩石材料扰动状态本构模型的基础上，对上述几种岩石破坏后区的应力-应变关系进行了数值计算，计算结果与试验结果较为一致。因此，建立的本构模型在一定程度上能描述岩石破坏后区的力学特性。     

简讯

ＳＩＮＯＲＯＣＫ -2 0 0 4国际岩石力学研讨会 (第一号通知 )主题 :岩石特征、模拟与岩石工程设计方法　　ＳＩＮＯＲＯＣＫ -2 0 0 4国际岩石力学研讨会将于 2 0 0 4年 5月 18～ 2 1日在中国三峡工程工地召开 ,在时间上与 2 0 0 4年 5月 2 2～ 2 7日在新加坡召开的世界隧道大会相衔接。这次研讨会由中国科学院和《国际岩石力学与采矿科学杂志》主办。会议组委会主席为中国科学院武汉岩土力学研究所主持工作的冯夏庭副所长和“国际岩石力学与采矿科学杂志”主编、英国帝国学院Ｊ .Ａ .Ｈｕｄｓｏｎ教授。这次研讨会的主题是“岩石特征、模拟与岩石工程设计方法”。欢迎提交所有     

也谈土力学研究的理论与实践——李广信、杨光华文章读后

<正>一、前言 岩土工程学报1991年第5期发表了“关于土力学理论发展的一些看法”(简称“看法”)和“岩土类材料的多重势面弹塑性本构模型理论”(简称“多重势面理论”)两篇文章,文章耐人寻味,笔者读后颇受启发。岩土工程学报能开展这样的讨论是很可喜的,它将引起广大青年学者的关注和思考。“看法”一文,不仅在学术上,而且就科学研究方法展开讨论,提出了这样一个严肃的问题,即“有志于岩土工程和岩土力学工作的青年学者们应当走一条什么样的道路,才能不浪费自己的才华和精力,从而在此学科中作出自己的贡献。”笔者现就自己由此而感发的几点想法奉献给岩土工程学报和广大青年读者。这些想法未必成熟和全面,不妥之处恳望前辈、同行批评指正。     

能量耗散弹性损伤本构方程及其在围岩稳定分析中的应用

在内变量不可逆热力学的理论框架下，应用能量耗散的基本原理，求解弹性损伤的等效应变和损伤演化方程，建立损伤屈服准则。应用考虑能量耗散的本构方程，求解大型地下洞室围岩稳定问题，从分析结果能够给出洞室围岩损伤演化区的范围和损伤值的大小，进而判断洞室围岩何处发生损伤和断裂。认为损伤值等于1．0时，材料发生完全断裂，此时材料的破坏分析应借助宏观断裂力学的手段来进行。因此，该法为工程分析提供了细观上的理论依据，同时也为宏观分析提供了手段。     

砂土地层中隧道失稳机理验证

不同条件下,隧道围岩发生破坏的机理不尽相同,有劈裂破坏、剪切破坏和重力坍塌等。根据围岩稳定性分析需要,采用理论分析和模型实验相结合的方法,验证了砂土地层中隧道失稳的机理。采用Mohr—Coulomb弹塑性本构模型,计算隧道围岩发生破坏的起始部位、破坏面的开裂方向和形状。通过隧道开挖模型实验,得到砂土地层中隧道失稳时的表观特征,验证了理论分析结果。研究结果表明,砂土地层中隧道失稳的力学破坏形式是压应力集中导致的劈裂与剪切滑移,采用Mohr—Coulomb模型来计算砂土地层中隧道围岩破坏面的特征是合理的,计算的破坏区域可以用于指导隧道支护设计。     

Influence of initial distortion on the structural stress in 3 mm thick stiffened panels

This paper investigates the effect of initial distortion on the structural stress in 3 mm thick stiffened panels. The influence of initial distortion shape as well as magnitude is studied under axial tension and compression using geometrically non-linear finite element analysis. Different levels of structures are analyzed starting from the plate strips to an actual panel in order to understand how the structural response of thin initially distorted panel builds up. This way the difference between having initial distortion in one or two directions as well as the effect of boundary conditions becomes visible. The results reveal high non-linearity in the behavior of plate strip models and relatively linear behavior of actual plates and panel models in typical fatigue relevant ranges. This is due to support that the actual structures get from having initial distortion in two directions and from surrounding structures. In case of panels the most important effect on structural stresses near the transverse butt weld is the shape of the initial distortion. The second important is the magnitude of initial distortion and significantly less relevant is the straightening effect, i.e. decrease in structural to nominal stress ratio under loading.     

钢管混凝土框架结构抗震性能的非线性有限元分析

基于一榀两跨 3层钢管混凝土框架的抗震性能模型试验 ,建立了基于钢管混凝土统一模量理论的钢管混凝土以及考虑钢管约束效应的核心混凝土的本构方程。分别按照钢管混凝土的统一模量理论和分离模量理论 ,采用ANSYS参数化程序设计语言 (APDL)编制了命令流 ,对模型框架在低周反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好 ,验证了基于统一模量理论的钢管混凝土框架结构全过程分析方法的可行性 ,以及所编制的APDL命令流程序对钢管混凝土框架结构抗震计算的有效性 ,为钢管混凝土框架结构的抗震设计提供了实用的计算软件     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

砂土数值建模和有限元分析

基于砂土的常规三轴试验,利用岩土本构关系的数值建模方法,建立砂土的弹塑性本构模型。为了该模型的实际工程应用,文中推导了有限元数值计算的弹塑性矩阵,编制了轴对称有限元程序,将本构模型嵌入到有限元程序中,对3种应力路径下砂土的变形过程进行了分析,并将计算结果与试验进行了对比,验证了数值建模方法的有效性。     

岩石动态破坏的时效损伤本构模型

阐述了国内外对岩石动态本构模型的研究现状。结合对花岗岩和大理岩实测冲击破坏本构曲线的分析，将统计损伤模型和粘弹性模型相结合，建立了一个简明的岩石冲击破坏时效损伤模型。利用该模型计算得到的本构曲线与实验数据的直接计算结果具有较好的一致性。     

1000MW空冷凝汽器支架结构温度作用分析

空冷凝汽器支架结构属典型的钢-混凝土竖向混合结构,上部为高次超静定钢桁架,温度作用明显。采用有限元分析软件SAP2000对1000MW空冷凝汽器支架结构原型建模,分别计算了日照温差和年温差作用时结构的内力和变形,计算并分析了温度与荷载共同作用下结构的内力和变形。结果表明,日照温差作用下结构的温度自应力较小,年温差对结构的变形和内力影响较大,温度对结构大多数柱子的影响较小,对钢桁架的影响较大。根据有限元分析结果,提出了一些设计建议。     

一种纤维加筋土的两相本构模型

纤维加筋土具有较好的应用前景,其应力应变本构关系是工程分析与设计的基础。将纤维加筋土考虑为基本相和纤维相的组合体,分别采用修正剑桥模型和线弹性模型,考虑了大应变时纤维加筋土的屈服,引入了加筋土的合理强度模型作为破坏准则,从而建立了纤维加筋土的一种两相本构模型。同时,开展了纤维体积含量为1%的加筋砂的三轴固结排水剪切试验,对该两相本构模型进行了验证。     

分段降刚度法--混凝土杆系结构的一种简化试验分析方法

针对预应力混凝土和钢筋混凝土超静定杆系结构试验中进入非弹性状态后的结构内力难以准确测定的事实,本文提出了一种用于试验结构内力分析的简化方法——分段降刚度法。该方法根据试验中观测到的各杆件区段的受力状态,将各杆件依其刚度退化程度分为有限区段,并设定各区段刚度退化相对水准;再以试验中准确测得的关键变形量为校准点,经多次调试找到能给出该关键变形量的各杆件刚度降低系数;并认为用各杆件区段降低后的刚度经弹性分析求得的内力能反映试验结构的真实内力。经与一榀两跨单层大尺寸预应力框架考虑内力重分布的试验结果对比,初步证明本文所提方法有效。