岩石爆破作用的分形研究

应用分形理论，研究了岩石（体）性质对爆炸应力波传播的影响，分析了正交异性岩石（体）内的爆破作用及破裂效果。将岩石（体）内的缺陷（空隙）作为一种损伤，由其分形维数推导出空隙率与爆炸应力波峰值随距离衰减的关系，空隙率作为岩石（体）的一个重要参数，直接影响岩石（体）的力学和变形性质，将这一参数引入爆炸应力波峰值随距离的衰减，较好地体现了岩石（体）力学和变形性质在爆破载荷中的作用。本文还对正交异性岩石（体）两个方向的爆炸应力波衰减进行了比较，给出两个特征方向炮孔合理间距的定量关系，为工程爆破参数设计提供了依据     

适用于节理岩体的新型黏弹塑性模型研究

在分析岩体变形特点和常用流变模型变形特性的基础上,提出与应力状态和时间相关的非线性黏性体。非线性黏性体在应力小于其极限值时,变形随时间增长而趋于稳定,当应力大于其极限值时,变形将随时间增长而急剧增大。将非线性黏性体引入传统Maxwell模型中,由改进的Maxwell模型与传统Kelvin模型和St.Venant塑性体串联得到新型五元件黏弹塑性模型。在五元件黏弹塑性模型中,改进Maxwell体中的弹性体和非线性黏性体分别模拟瞬时弹性变形和黏性流动变形,Kelvin体和St.Venant体分别模拟延滞回复和瞬时塑性变形。理论分析和试验验证表明,五元件黏弹塑性模型可以较全面地反映岩体变形特征,并可以反映岩体在低应力状态下流变趋于稳定、而应力水平超过其极限值后出现加速流变而破坏的流变规律。     

西原模型对岩石流变特性的适应性及其参数确定

通过对伯格斯体与西原体的对比分析，认为西原模型能模拟各种岩石流变特征，而伯格斯体仅适合用于较软岩。由于考虑到荷载与起始流变应力的关系，西原模型的本构关系用分段函数表示。当σ〈σs时，西原模型的蠕变不导致无限变形，松驰不导致应力为0；当σ≥σs时，蠕变导致无限变形，松驰也不导致应力为0。伯格斯体忽略荷载与起始流变应力的关系，认为只要有荷载作用于岩体上，就会导致无限变形，这与岩石的实际流变规律相矛盾。此外，利用三轴压缩蠕变试验结果，分别利用伯格斯模型及西原模型，运用最小二乘法对赵各庄煤矿断层破碎带灰黄色糜棱岩的流变曲线进行了拟合，并求取了流变参数。拟合结果表明，西原模型比伯格斯模型更适合于描述岩石的蠕变特性。     

巷道/隧道围岩非线性流变数学力学模型及其初步应用

研制了三轴巷道／隧道围岩流变试验台，并进行了多年的试验观测。从岩石长期强度的衰减特征和岩石的应变能守恒原则出发，建立了非弹塑粘性元件组合模型的岩石非线性流变数学力学模型，在此基础上建立了巷道／隧道围岩非线性流变数学力学模型。应用线性莫尔强度理论将单轴应力极限转换为三轴应力极限，从而由所测的单轴全应力一应变曲线参数来求围岩三轴应变。依据该模型计算的巷道围岩流变值与试验值拟合较好，该模型在预测巷道破坏圈方面得到初步的成功应用。     

岩石扰动流变规律和本构关系的试验研究

根据生产实际情况提出"扰动载荷"和"扰动流变"的概念,简单介绍自主研发的"常载三轴扰动流变仪",并用该仪器和"MTS试验系统"对2种较典型的岩石(红砂岩和软弱泥岩)进行岩石压缩流变、岩石压缩扰动流变和岩石拉伸扰动流变试验。在对试验结果进行分析整理的基础上,得出如下结论:岩石扰动流变的应变远大于同应力下的瞬时应变和流变应变;每一扰动均产生相应的应变突变?ε,且其大小正比于扰动应力幅值?σ和静应力σ,并与变形史有关;每一种岩石都存在一个扰动流变的应力敏感范围。通过对试验结果的数值分析,建立起以应力状态和扰动载荷及时间为自变量的扰动流变本构方程,并用试验数据对其进行验证。开展岩石扰动流变试验与扰动流变理论的研究,可以拓展岩石流变理论和软岩支护设计理论的研究内容。     

软岩多轴流变特性及其对拱坝的影响

尝试利用多轴非线性流变模型，将砾岩在多轴应力条件下的流变试验成果应用于实际工程，使仿真数值计算结果更接近实际情况。与干燥状态相比，泡水后软岩除了瞬时变形模量大幅度降低外，流变也很显著，这会对坝体应力带来明显的影响。考虑了侧压对岩石流变的影响，由于侧压作用，软岩流变减少，拱坝拉应力区域缩减，拉应力值也有一定程度的降低。     

一种新的岩石非线性流变损伤模型研究

传统岩石流变模型由线性元件组合而成,不能很好地描述流变过程中的加速流变阶段,通过分析岩石流变过程中微裂纹的压闭和扩展过程,将损伤力学引入岩石流变模型中,采用Kachanov提出的损伤律,将岩石流变过程分为阶段一（衰减、稳态蠕变阶段）和阶段二（加速蠕变阶段）两个部分,推导了岩石在两阶段中损伤演化方程,通过参数敏感性分析发现应力水平的大小对损伤演化过程有较大影响。结合有效应力观点建立了岩石非线性损伤流变模型,该模型能较好的描述岩石的衰减、稳态和加速流变阶段,同时简要分析了模型的松弛特性。采用该岩石非线性损伤流变模型对泥岩在围压为5 MPa与轴向偏应力水平为43 MPa的蠕变试验结果进行了模拟,验证了损伤流变模型的合理性,保持其他参数不变,更改应力水平的大小,得到不同应力水平下的非线性损伤蠕变模型曲线,与试验结果较为相符,     

云峰水电站引水隧洞断层带的衬砌设计及运行观测

本文通过断层地区的一个引水压力隧洞的设计、施工和运行观测,说明了以下几个问题:1.设计断层区的隧洞衬砌时,应考虑一部分外水压力以抵消部分内水压力;2.设计中合理选定岩石的力学参数非常重要。这些参数如选择不当,将使设计发生错误;3.不合理的灌浆可能人为地增加顶拱山岩压力;4,隧洞衬砌运行时具有一定的温度应力,但其值不大,仅为钢筋允许拉应力的十分之一左右。     

腐蚀钢绞线预应力混凝土梁受弯承载力评估

考虑腐蚀引起钢筋名义概率强度的降低,采用实用概率极限状态设计表达式中的抗力项进行预应力混凝土梁受弯承载力计算,可以获得基于材料强度平均值、标准值、设计值共3级可靠度水平的受弯承载力评估结果。基于试验结果统计,建立了随腐蚀率变化的腐蚀钢绞线名义抗拉强度与名义条件屈服抗拉强度的平均值、标准值以及设计值计算模型。分析表明：受拉钢绞线的计算极限状态（即条件屈服状态）名义应力低于实际极限状态（即极限受拉状态）名义应力,而其他钢筋的计算极限状态名义应力与实际极限状态名义应力相互吻合。最后结合算例阐述了上述方法的具体应用。图4表4参21     

动态荷载不同幅值作用下软土流变特性测试分析

理论分析和实际研究表明,动态荷载作用会加速软弱岩土的流变,导致更多的岩土工程事故和地质灾害。采集厦门海相沉积软土,采用人工制样方法,在动态三轴仪上测试了正弦荷载不同幅值作用下试样的动应力—应变、流变应变—时间关系等流变特性曲线,分析了不同动载幅值条件下试样各个加载阶段动态流变特性、流变速率与流变加速度等变化过程。研究结果表明:试样在动态荷载不同幅值作用过程中都表现出从减速流变、相对稳定流变到加速流变等阶段。当动载作用幅值在10~20 kPa低应力范围内时,动应变增长缓慢,表现出相对稳定的流变过程,而动载作用幅值超过40 kPa时,动应变增长迅速,进入加速流变阶段,直到试样破坏。研究结果对揭示动载作用下软弱岩土动态流变力学特性,对探索软弱岩土加速流变规律、岩土流变失稳的动力学条件等具有一定的理论和现实意义。     

圆柱形预应力混凝土污泥消化池的受力分析

为研究圆柱形预应力混凝土污泥消化池的应力变化情况，对某污水处理厂污泥消化池进行了施加预应力阶段和试水阶段的原型监测试验，并采用三维有限元方法进行了分析计算。结果表明：三维有限元方法的计算值和原型检测结果符合良好，池壁混凝土在预应力作用下沿高度和环向的应力分布规律与内水荷载作用下沿高度和环向的应力分布规律相同，但拉、压应力方向相反；在施加预应力阶段及使用期，池壁混凝土局部存在的拉应力值在设计允许的范围内，在满水闲气试验中池壁混凝土基本处于受环向和竖向压应力状态。此外，还对影响池壁混凝土应力分布均匀性的主要因素进行了分析。     

离心模型试验中离心加速度取值误差探讨

离心力场具有离心力随旋转半径分布不均匀的特点,如果令模型高2/3处的应力与原型一致时,模型中的应力与原型中的应力误差达到最小。试验在模型地基中的影响深度是有限的,应在此范围(最大影响深度)内考虑模型中应力与原型中应力的误差问题。因此,使模型中应力与原型中应力的误差达到最小的条件,应该是令最大影响深度2/3处而不应是模型高2/3处的应力与原型一致。模型高度考虑了边界效应,其值应大于最大影响深度。主要讨论了最大影响深度与模型高度的不同对离心加速度、相似比及模型中应力影响的程度,并且提出对试验前根据模型高度初步确定的相似比进行修正的方法。     

地下压气储能圆形内衬洞室内压和温度引起应力计算

地下压气储能岩石内衬洞室内,不断变化的气体内压和温度引起的应力场是关乎洞室稳定性、耐久性的重要因素,由此提出了一种计算气压和温度引起应力变化的解析方法。将内衬洞室考虑成由密封层、衬砌和围岩组成,首先建立了洞室温度和气压求解的控制方程;利用拉普拉斯变换和叠加原理得到每个循环内洞室温度和气压随时间的变化;采用热弹性模型得到内压和温度引起的应力场。基于解析方法,给出了典型循环周期内洞室应力变化情况;接着通过一个热-力以及洞室气体耦合求解的数值模型以及不考虑密封层和衬砌的温度场解析方法来验证本文方法;最终探讨了温度对总应力的影响程度,以及不同换热系数的影响。结果表明：本文方法是可行的;温度和内压引起的密封层和衬砌内环向拉应力非常大;温度对于压气储能洞室有着不可忽略的作用,温度对于环向和纵向应力的影响程度要大于对径向应力的影响;换热系数对应力变化影响很大。     

网架结构安装应力的影响机理

为研究网架结构杆件安装应力的分布特征,对跨度为4、5、6 m各3个,共9个网架模型进行了安装应力试验测量。为说明安装应力对网架极限承载力的影响,对跨度6 m的试验模型进行了极限承载力试验,并将结果与基于理想弹塑性、马歇尔压杆模型的Abaqus非线性分析结果进行了对比。安装应力测量结果表明：少数杆件安装应力接近甚至超过稳定应力。承载力对比表明：试验承载力比理论承载力下降了17.9%,结构安全储备仅为1.25。安装应力通过破坏结构原有对称性、产生杆件初弯曲、促使压杆提前失稳等方式影响网架结构性能,危害网架结构的安全。网架设计特别是满应力设计应当充分考虑安装应力的不利影响。     

水电站地下厂房开挖支护关键技术研究

对一抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁岩台开挖和顶拱喷射钢纤维混凝土施工配合比两项关键技术进行了研究,通过开挖模拟试验,确定了岩台的开挖施工方案、最佳炮孔布置和装药结构等爆破参数,从而减少对保留岩体的破坏和爆破的振动影响。     

Drained and undrained response of deep tunnels subjected to far-field shear loading

An analytical solution for a rectangular opening in an infinite elastic medium subjected to far-field shear stresses has been derived for drained and undrained loading conditions. A number of numerical simulations has been conducted to determine the distortion of a rectangular structure in an infinite elastic medium under far-field shear stresses also for drained and undrained conditions and when there is full slip or no slip at the ground–structure interface. The results show that the shape of the opening has a minor influence on the structure’s deformations and that full-slip conditions result in lower deformations. Undrained conditions tend to reduce distortions when the structure is more flexible than the ground, but tend to increase them for stiffer structures. A comparison between results obtained for a rectangular lined opening and for a circular lined opening are presented, and show that deformations of a rectangular structure with no-slip can be estimated from equations derived for a circular opening with an incompressible liner and also with no-slip. The effects of flexibility, slip condition at the interface, and drained or undrained loading are different for circular tunnels than for rectangular tunnels.     

网壳结构铸钢球节点弹塑性分析及试验研究

为了对重庆奥林匹克体育中心网壳结构铸钢球节点承载安全性作出评价,本文对一关键节点进行了弹塑性分析和实体试验研究。通过对该节点有限元模型的弹塑性分析,得到节点应力、应变分布情况。通过铸钢球节点结构的实体试验,得到表面各测点应力测试值。结合理论分析和实体试验,分析了铸钢球节点的传力路径和和受力特点,指出其应力从连接端口到球体“高-低-高-低”的变化规律,按VonMises强度理论对其承载能力做出了评价。将管身应力与管脚应力的比值作为反映应力集中程度的一项重要指标,对此进行分析并指出,大型铸钢球节点设计时可以通过控制该比值优化应力传递路径。     

An elastic stress–displacement solution for a lined tunnel at great depth

By using the complex potential theory proposed by Muskhelishvili, an elastic plane strain solution for stresses and displacements around a lined tunnel under in situ stresses is presented. The tunnel is assumed to be driven in a homogeneous and isotropic geomaterial, and the tunnel construction sequence is properly taken into consideration. Numerical analyses indicate that, in order to simultaneously meet the needs of structural strength and rigidity, the relative rigidity and thickness of liner should be in an appropriate range. Either too high or low values for these parameters are unfavorable for the structural stability. The variations of stresses in the geomaterial intensively rely on the relative rigidity and thickness of liner when the ratio between the distance of the point under investigation to the tunnel axis and the outer radius of the liner is in the range from 1 to 2. In addition, the present solutions contain previously known results as the special cases.     

模型砖砌体力学性能的试验研究

对砌体结构模型试验所常用的1/2比例砖砌体进行了抗剪和抗压试验.测得了抗剪、抗压强度和轴压下砖柱的弹性模量、泊桑系数和应力-应变全曲线的变化规律,并对它们进行了回归分析.所有情况下都与原型砖砌体进行了对比试验.结果表明:模型砖砌体与原型砖砌体并不能保持原来的相似性.用此来分析1/2模型砖砌体结构可得到较好的结果.     

健康住宅居住空间的设计

健康住宅是体现在住宅和住宅环境以及居住行为上的种生活模式,它不仅包括与居住相关联的物理量值,而且还包括一些心理量值,人们对住宅在居住空间、环境空间与精神空间结合的完美追求,表达出人们的身心处于一种健康的状态.本文就健康住宅居住空间设计中"平面布局突出适用性"、"空间划分突出灵活性"、"建筑设计突出安全性"等几个问题,做了一些分析和探讨.