弱充填结构面厚度对岩体动态力学行为特征的影响研究

通过开展SHPB冲击试验和数值模拟,研究冲击作用下含弱充填结构面岩体的损伤特征和破坏过程,以及结构面厚度变化对岩体动态强度、应力波传播和能量分布演化的影响规律。结果表明：冲击作用下含充填结构面岩体的动态强度随结构面厚度的增大而减小;弱充填结构面厚度显著影响岩体破坏特征与过程,表现为起裂前、起裂、扩展和贯通破坏4个阶段的不同变化趋势,且结构面充填体与岩体的破坏特征表现不同;随着结构面厚度增大,岩体中应力波反射系数先增后减,透射系数减小,且透射波携带能量也随之降低。     

一组节理的岩体中开挖圆形洞室应力重分布韵数值模拟

以往在研究洞室开挖引起围岩的应力重分布时,多从均质连续的角度出发来研究受力条件和洞室形状对围岩应力分布的影响。但近年来研究表明岩体应力的分布是受岩体结构及岩体特征所控制的。而工程岩体中普遍存在着大规模的结构面或其他软弱裂隙面,这些结构面在很大的程度上影响着围岩的应女重分布。文章试图运用离散单元法数值模拟分析了一组节理结构面对洞室应力的重分布的影响规律。     

一组节理的岩体中开挖圆形洞室应力重分布的数值模拟

以往在研究洞室开挖引起围岩的应力重分布时,多从均质连续的角度出发来研究受力条件和洞室形状对围岩应力分布的影响.但近年来研究表明岩体应力的分布是受岩体结构及岩体特征所控制的.而工程岩体中普遍存在着大规模的结构面或其他软弱裂隙面,这些结构面在很大的程度上影响着围岩的应力重分布.文章试图运用离散单元法数值模拟分析了一组节理结构面对洞室应力的重分布的影响规律.     

岩体考虑弱面影响时的三维及二维破坏模式和强度判别

在岩体工程分析中,合理地判别岩体的破坏模式及其相应的强度有着重要的意义。由于复杂岩体存在节理弱面系统,所以它的破坏和强度明显地受到岩体构造和应力状态的影响,从而呈现出各向异性的特点。然而这一问题尚未受到应有的重视。本文根据理论分析和试验资料对此进行了探讨,提出了考虑弱面影响的三维和二维理论模式和判别准则,并对二维问题进行了模拟试验和非线性有限元分析。文中介绍了试验和计算结果对比的情况,并对破坏模式和强度的各向异性问题及其有限元应用进行了讨论和分析。     

压力分散型锚索单元锚体间的应力影响

压力分散型锚索中作用在各单元锚体上的应力会相互影响,应力影响表现之一是在荷载传递方向会出现应力叠加现象。应力叠加程度因孔壁岩体对注浆体的侧向变形约束力的强弱而不同,坚硬岩体中这种约束力较强,应力叠加现象不显著,软弱岩体中这种约束力较弱,应力叠加现象较为显著。其二,这种影响还表现在承载体处诱发了拉应力,即张拉荷载通过承载体的承压板给单元锚体施加压力的同时,也给相邻锚体施加了拉力。该拉应力若达到了该处材料的抗拉强度,会在该处出现张拉裂纹,对锚索防腐不利。为克服应力影响对工程的危害,建议在坚硬岩体中优化单元锚体长度,以免出现张拉裂纹;在软弱岩体中应根据应力叠加效应最严重的单元锚体上的应力来验算浆体强度,以避免浆体的受压破坏,并控制剪应力在浆–岩界面的容许抗剪强度范围内。     

岩体弱面延展性的概率估算及其应用

岩体材料常被各类构造弱面所切割分离，这些弱面的特性严重影响甚至控制着岩体材料的力学及水力学性能。正确地对岩体中各类弱面的空间分布进行描述，对研究不同结构岩体的破坏机制，以及对合理地处理和解决岩体工程中的实际问题都具有重要意义。文章重点介绍了描述弱面的重要参数之一的弱面延展性的概率估算方法及其应用。     

偶应力对含充填层状岩体边界层效应的影响

 传统的连续介质理论本构关系没有考虑材料微结构的影响。岩石材料的微结构尺度一般在毫米量级以上,并且在高应变梯度情况下,层状岩体的弯曲变形非常显著。采用偶应力理论和有限单元法,对含充填层状岩体结构面边界层效应进行研究,并对经典理论和偶应力理论的结果进行对比。结果表明：考虑偶应力后,尺度效应明显。层状岩体结构面边界层内应力、应变的绝对值均有所减小;层状岩体结构面边界层内剪应变出现一个过渡区域,剪应变突变有所改善,但剪应力却不再连续。特征长度影响过渡区域大小,第二剪切模量、泊松比、弹性模量不改变过渡区域大小。     

弱面注浆在顺层岩质边坡加固中的效应分析

基于主动支护方式的思想,从提高弱面本身抗剪性能的观点出发,对顺层岩质边坡采用了弱面注浆加固的治理方法。通过对比试验,分析了岩块试样在注浆前后抗剪性能的变化,结果表明注浆后,弱面峰值前平均剪切刚度Kss和粘结力c有较大的提高,而摩擦角的提高幅度较小。针对边坡坡角α大于弱面倾角β的情况,在假设不稳定岩体沿弱面滑动的基础上,推导了滑坡的临界长度,从而确定有效注浆范围。最后,由FLAC3D数值模拟,分析注浆前后整个边坡应力场的变化,说明注浆加固能够使应力在边坡岩体中得到均化,避免应力集中现象的发生。     

模拟热–水–应力耦合作用的三维节理单元及其数值分析

对于具有相同厚度的空间8节点等参数节理单元,考虑温度和孔隙水压力的影响,将其的应力–位移关系加以拓展,建立了相应的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程,使之可用于分析饱和–非饱和岩体中存在不连续面时的热–水–应力耦合问题,并结合实体单元,研制出相应的三维有限元程序。针对一个假定的核废物地质处置模型,通过有、无节理的热–水–应力耦合过程数值分析,显示与无节理的情况相比,由于节理的存在使得近场岩体中的温度、应力及水流速度的分布与数值都发生了明显的变化,特别是节理附近的岩体中有某种水流"冷却"作用和一定程度的应力集中现象,其它部位岩体的应力也有所增加。     

应用单元劈裂法模拟三维内嵌裂纹扩展

 对于岩石内嵌裂纹很难通过物理试验进行研究,在应用有限单元法模拟内嵌裂纹扩展时,三维节理面建模、网格划分以及节理扩展后的网格处理一直是难点问题。为简单、高效地分析含有内嵌型不连续面的节理岩体的破坏模式,利用三维单元劈裂法来解决这一问题。单元劈裂法是利用四面体单元的几何性质来构造的一种特殊的四结点节理单元。当有裂纹穿过四面体单元时,位于裂纹两侧的结点可形成3或4个接触点对,由此推导出劈裂单元的刚度矩阵。采用该方法模拟内嵌裂纹扩展时,可以不用考虑节理岩体的几何完整性,而直接对整个岩体进行网格划分。因而一些单元则被内嵌裂纹相切,对于与裂纹相切的单元采用劈裂单元刚度矩阵,而其余单元则采用常规单元刚度矩阵。由此免去了单独设置三维节理单元的麻烦以及为设置节理单元而不断改变网格划分方案的麻烦。这种优势在裂纹数目较多时尤为突出,非常适合节理岩体计算。通过对内嵌椭圆裂纹扩展模拟并与相关物理试验做对比,得出该方法能够再现三维内嵌裂纹扩展的基本特征,说明该方法是有效的。     

椭圆形节理岩体单元受压时的结构力学分析

多节理岩体的力学计算是岩体力学中最困难的问题之一,将该问题简化为椭圆形节理岩体单元受压力作用问题,用传统的结构力学方法进行分析,得出了节理岩体单元的应力分布规律,为进一步分析复杂岩体问题提供了参考。     

强震诱发单一弱面斜坡塌滑有限元模拟

 基于汶川大地震形成的崩塌滑坡数量多、分布密度大、影响面积大等特点,分析复杂结构斜坡地震力作用下的破坏机制,给出斜坡中某点在微震和强震作用下的应力–应变曲线。指出在地震力作用下斜坡会产生附加应力,其与原始应力叠加形成总应力,当总应力超过岩体的抗拉强度时发生拉张破裂,并给出拉张破裂的判据。用有限元模拟了单一弱面斜坡强震作用下的拉张破裂过程。结果表明：当第一主(拉)应力大于等于岩石的抗拉强度时,岩体发生拉张破裂,不能再承受拉力,但可承受压力;如果总应力状态满足塑性屈服准则,则发生剪切破坏;在地震动力作用过程中,拉张破裂区不断累加,即在松动区的松散程度和松散范围都在增大;在地震动力作用下,含有弱面的斜坡很容易沿弱面发生拉张破裂。     

一种新的岩体力学数值计算方法——叠单元法

提出了一种新的岩体力学数值计算方法——叠单元法。首先,对含多条不连续面的复杂岩体,将其离散成不含不连续面的整体网格和各条不连续面及其邻近区域的局部网格,而且网格之间相互独立。位移场通过在各网格中插值并叠加得到。然后,由虚功原理推导出了整体平衡方程中的广义刚度矩阵和荷载向量的具体表达式,并对其数值积分方法进行了讨论。最后,分析了2个平面应力问题的算例,且通过与有限单元法的计算结果进行对比,验证了叠单元法的准确性和合理性。叠单元法的最大特点是可以将复杂岩体的网格划分工作分解成几个相互独立的简单网格,从而使网格离散变得简便易行。该方法可以直接推广到三维问题和非线性问题中,因此,有望广泛应用于复杂岩体的变形与稳定分析。     

基于界面黏结–滑移模型的等间距破裂层状岩体裂隙间距分析

等间距破裂是层状岩体中常见的一种地质现象，如何合理预测裂隙间距，对岩体的稳定性分析具有重要的理论及工程意义。考虑层状岩体界面剪应力在滑移过程中的应力软化现象，基于界面的三线式黏结–滑移本构关系，推导岩层界面处于不同黏结状态下破裂岩层内拉应力和的岩层界面剪应力解析表达式；建立考虑覆岩压力的岩体拉伸破坏准则并给出等间距破裂岩体的裂隙间距计算公式；通过有限元数值计算和现场实测数据验证所提出理论计算公式的可行性；并进一步分析影响层状岩体中裂隙间距的主要因素。结果表明建立的黏结–软化–滑移解析模型可用于分析岩体界面处于黏结、部分滑移、应力软化及完全滑移等不同状态下的裂隙间距计算。     

基于双参负指数分布的改进的岩体本构关系

在结构面迹长、间距服从双参数负指数分布以及对迹长进行统计区间[α1,α2]积分的基础上,结合室内岩石力学实验,建立改进的岩体统计本构模型。通过引入剩余剪应力比h,建立结构面产状与地应力之间的函数关系,量化主地应力方向、岩体结构面产状对岩体力学性质各向异性的控制性作用。研究结果表明:当地应力方向发生变化时,将改变剩余剪应力比h值,进而引起岩体应力–应变曲线发生变化;在此改进的岩体统计本构模型基础上,计算云南小湾水电站坝基岩体的应力–应变曲线,揭示该坝基岩体在不同应力条件下的各向异性特征。     

向家坝水电站含弱面砂岩剪切蠕变试验研究

向家坝水电站左岸坝基开挖过程中揭露出挤压带,该挤压带砂岩岩体质量差,其显著的蠕变变形对水工建筑物的安全稳定性不利.利用CSS-3940YJ型岩石剪切流变试验机,对挤压带含弱面砂岩进行剪切蠕变试验.试验结果表明:该岩石蠕变量大,破坏前剪应变为1.73%～8.05%,具有显著的延性特征,属于典型的软岩.正应力提高了岩石的延性特性.在恒定正应力下,岩石蠕变速率随剪应力水平的增大而增大.基于采集的大量试验数据,采用差分法求得每一时刻的蠕变速率,并利用幂函数对蠕变速率曲线进行拟合,分析表明蠕变稳定所需时间随剪应力水平的增大而增大.通过对破坏断口的分析发现:岩石内部微裂隙随剪应力水平和时间的增长而不断扩展直至贯通,致使岩石发生剪切破坏.该研究成果对向家坝水电站坝基工程有重要参考价值.     

应力波在节理处的传递过程

<正> 岩体中常常具有各种结构面、弱面和软弱夹层。这使应力波在岩体中的传播过程十分复杂。应力波在这些结构面、弱面和软弱夹层的界面上将发生复杂的反射与折射,这对应力波的传播产生一定的影响。     

龙光深圳光明项目弱连接部位分析设计

龙光深圳光明项目结构标准层平面中间楼梯部分有效宽度较小,存在结构弱连接问题。本文就结构的弱连接部位进行分析探讨,提出刚性楼板和弹性楼板的对比分析方法,并采用ETABS软件进行弱连接部位楼板切割,进行截面正应力、剪应力截面校核,分析结果表明,弱连接部位在小震、中震、大震作用下,整体性能良好,满足规范要求。     

层状岩体弹塑性问题的有限单元分析

本文首先简述了层状岩体的弹性矩阵等,然后着重推导出其弹塑性矩阵、应力矩阵和刚度矩阵,以及在受拉破坏与剪切滑移时的弹塑性矩阵等,以便编制能处理层状岩体平面弹塑性问题的计算机程序,运用电子计算机对层状岩体中的水工隧洞及地下厂房等进行分析计算。     

层状岩体的力学特性及数值模拟分析

本文在分析层状岩体力学特征的基础上 ,研究了层状岩体的数值模拟方法 ,并结合算例 ,分析了洞室开挖后岩体的变形特征。研究表明 ,层状岩体的力学特性因层面与主应力夹角的变化而变化 ,采用弹塑性接触面单元可较好地模拟层面的变形特性 ,层面的存在很大程度上影响洞室围岩次生应力的分布 ,使得洞室变形增大并且具有明显的不对称性