节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合数学模型的研究

首先研究裂隙岩体中应力场改变对地下水渗流场的影响作用机理,推导出渗透系数k和给水度μ受应力影响的表达式,进而分析渗流场的变化,地下水的作用引起应力场环境变迁,导致裂隙岩体的渗透变形,在此基础上建立了裂隙岩体中应力场与渗流场耦合作用研究工作程式和具"点荷载"特征的等效连续介质耦合数学模型,并应用于一隧道工程实例进行了计算.     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

裂隙岩体大稳态渗流场与损伤场耦合分析模型

从流体扩散能量叠加原理出发,建立了裂隙岩体介质的渗流张量解析表达式。综合应用断裂力学与损伤理论,探讨了复杂应力状态下裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的起裂准则,建立了裂隙岩体在压剪,拉剪应力让损伤演化方程,提出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系以及裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合模型。     

岩体裂隙非饱和渗流试验系统研制及应用

摘　要: 为了准确测定岩体裂隙非饱和水力参数, 并揭示裂隙非饱和渗流特性及规律, 设计研发了一套裂隙非饱和渗流试验系统。该系统不仅可以实现真正意义上的岩体裂隙非饱和渗流, 而且使用高精密的柱塞泵、 电子天平、 压力传感器和回压控制系统等, 可确保试验的测量和控制精度。通过开展岩体单裂隙非饱和渗流试验, 初步阐明了单裂隙非饱和渗流的一些水力特性: 实际岩体裂隙相对于概化模型裂隙具有更大的束缚水饱和度, 而且由于薄膜水和孔角毛细水的存在, 当饱和度很低时, 非饱和渗透系数也较概化模型裂隙大。建立了毛细压力与非饱和渗透系数之间的试验关系, 通过对试验数据的分析提出了毛细压力-非饱和渗透系数的拟合公式, 根据与前人所建立的经验公式对裂隙吸水和排水过程拟合结果的对比可知, 本文公式的拟合精度高, 对于深入研究裂隙非饱和渗流具有一定的参考价值, 同时, 试验结果表明本文试验系统是准确可靠的, 可用于岩体裂隙非饱和水力参数的测定及非饱和渗流特性的研究。     

裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合分析模型

从流体扩散能量叠加原理出发,建立了裂隙岩体介质的渗流张量解析表达式。综合应用断裂力学与损伤理论,探讨了复杂应力状态下裂隙岩体在压剪、拉剪应力状态下损伤演化方程,提出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系以及裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合模型。     

裂隙岩体初始裂隙网络渗流模型研究

运用离散数学的图理论进行裂隙岩体裂隙网络连通性研究，建立了裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，这一模型从根本上突破了经典的均质渗流理论。     

渗流-应力耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响分析

基于VG模型得到土-水特征曲线与渗透系数函数曲线,通过建立有限元数值分析模型,采用有限元软件SIGAM/W与SEEP/W分别进行渗流-应力耦合分析与只考虑渗流的非耦合分析,将得到的渗流场与应力场导入SLOPE/W计算安全系数并对土坡内应力应变进行分析,研究耦合效应对边坡稳定性影响的相关规律。结果表明,渗流-应力耦合效应使得土体中雨水下渗速度更快,土中基质吸力消散更快;降雨对土坡稳定有不利影响,耦合分析土坡安全系数比非耦合分析小,耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响不可忽略;降雨入渗条件下,土坡浅层出现应力集中现象,湿润锋深度处出现应力集中带,土坡易发生浅层破坏;坡脚水平位移比坡顶大,土坡失稳多从坡脚开始。     

Study on coupled 3D seepage and stress fields of the complex channel project

Seepage is a vital reason that may bring many adverse consequences such as subsidence,inclination and fracture to the channel,and is harmful to the safety and stability of the channel.Thus,a 3D visualization model is established for the engineering geological information of the research channel section by using NURBS-TIN-BRep hybrid data structure.Coupled with the VOF(volume of fluid)method,the N-S(Navier-Stokes)equations are applied to seepage simulation of the research channel section.Then the stability of the channel is studied coupled with the seepage simulation results,to comprehensively analyze the stress and displacement conditions of the channel under the impact of different factors such as seepage and underground goafs.The results of this study illustrate that the channel seepage has great influence on its stability,especially on the displacement field:it will lead to a significant sedimentation to the foundation.Therefore,during the practical construction,it is suggested that the certain part of the channel should be reinforced and effective seepage control measures should be taken.     

小湾拱坝坝基含排水孔岩体渗流与应力耦合分析

小湾坝基岩体裂隙发育,坝基结构复杂且水推力巨大,为提高小湾坝基安全稳定性,基于含排水孔裂隙岩体渗流与应力耦合的复合单元算法,对小湾拱坝坝基含主排水孔系统裂隙岩体进行了三维渗流与应力应变耦合分析.通过算例分析,可以看出复合单元模型针对细部构造模拟时前处理简便快捷,且可真实反映裂隙、排水孔等细部构造的渗透特性;同时也可看出,小湾拱坝坝基考虑渗流与应力耦合时,水头等势线向坝基底区域集中,渗透坡降增加,同时坝基底渗流速度增加,下游区域流速有所减小.     

二维裂隙岩体渗流数值模拟技术研究

如何准确地描述岩体裂隙水的流动状态是一个重要课题.与原位实验相比,利用数值模拟方法研究裂隙岩体渗流问题,具有高效、经济、可重复性强等特点.然而,较准确的岩体裂隙网格模拟和裂隙水流动模拟系统的设计与实现,是数值模拟方法研究的两个难点.非连续裂隙网络仿真主要采用Monte Carlo技术,结合裂隙统计学特征,进行随机模拟.先研究区域内随机生成符合地质统计学规律的裂隙网络,再对渗流有贡献的裂隙进行筛选并自动离散,最后利用水量均衡原理计算出各节点的水头.通过开发相应的程序包,提高岩体裂隙渗流计算的规模和准确性,为进一步研究水在岩石中的作用打下基础.     

渗流力和结构面水弱化作用下裂隙岩体边坡块体的稳定性

裂隙岩体渗流是影响岩体稳定性的重要因素之一。裂隙中的流体流动不仅会产生渗流力,而且会降低裂隙面的强度,致使边坡失稳、隧道塌方等事故频发。为揭示渗流作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用机理,基于关键块体理论,提出一种同时考虑渗流力和结构面水弱化作用的稳定性分析方法,其中,渗流力基于渗流理论和统一管网法计算,结构面水弱化根据经验公式确定。以某岩质边坡为例,采用该方法对边坡在渗流作用下的块体稳定性开展研究。研究结果表明,渗流力与结构面水弱化作用对裂隙岩体边坡块体稳定性的作用方式不同,渗流力既会改变块体的抗滑力又会改变块体的滑动力,对块体稳定性的影响较为复杂,包括改变块体的稳定状态、滑移面、失稳形式;结构面水弱化只降低块体的抗滑力,进而降低块体的稳定性,不改变块体的失稳形式。此外,对于裂隙边坡工程,通常存在一个最危险渗流压力值。     

电弧喷涂涂层温度场及应力应变分析

为了分析电弧喷涂层的沉积过程，采用有限元分析软件ANSYS计算不同时刻以及不同位置涂层内的温度场、应力场，在建立传热模型过程中考虑了金属液滴向涂层的传热以及涂层向系统外的热量散失等问题.采用在厚度方向以微小层逐层叠加来模拟涂层的增厚，并以此为基础构造涂层有限元计算模型，应用单元生与死逐层激活层单元参与计算过程.实现移动边界以充分模拟真实的喷涂沉积过程，获得了涂层温度场、应力场的分布情况.并在此计算的基础上，分析了应力分布对涂层失稳的影响.     

Analysis of the stress intensity factor of welded joints under prior corrosion and complex stress fields

Taking cruciform welded joints under different corrosion degrees, together with 45° inclined angle and full penetration load-carrying fillet, as the research object, the stress intensity factor of a quarter-circular corner crack of welded joints is calculated based on FRANC3D with ABAQUS. Effects of different corrosion pit sizes, crack aspect ratios, and crack depths on stress intensity factor are analyzed. The results show that pit depth plays a major role in stress intensity factor, while the effect of pit radius is relatively small. The cracking modes of the surface and the deepest point are mode I, and mixed modes I and II, respectively. Effects of pit depths, crack aspect ratios, and crack depths on the stress intensity factor at the surface point are greater than at the deepest point.

     

涂层高炉风口的温度场和应力场有限元分析

为选择良好的高炉风口用的涂层结构,有效提高高炉风口的使用寿命,采用有限元软件研究了高炉铜风口、均匀涂层及梯度涂层风口的温度分布与应力分布.研究结果表明：水垢会使风口的工作温度高于安全极限,加速风口的破坏;涂层具有明显的隔热效果,均匀涂层对降低风口温度略优于梯度涂层,但均匀涂层与风口基体间及涂层内部具有较大的应力,涂层易剥落;梯度涂层风口接合面处的应力变化较小,能够改善涂层与基体的接合强度,有助于提高风口的使用寿命.     

热力响应下衬砌隧道附加应力场的敏感性分析

针对核废料深埋处置遇到的热力耦合问题,研究一个深埋衬砌隧道热力响应下的附加应力场问题.考虑全场的应力变形特征,运用复变函数的罗朗级数展开技术,构造合适的应力函数,结合边界条件和无穷远的性态,获得了全场复势的解析表达,对孔口应力的敏感性分析显示:相对于无衬砌的情况,软衬砌的存在可以有效降低孔口应力,当衬砌厚度达到某个值时,孔口应力最小,过厚、过薄的衬砌对降低孔口应力都是不利的;对于硬衬砌隧道,当衬砌厚度达到某个值时,会出现应力集中现象,为了降低孔口应力,必须增加衬砌厚度;在一定情况下,由于热膨胀产生的热应力,也可以降低孔口应力.