裂隙岩体损伤局部化分析

裂隙岩体损伤局部化与裂隙扩展状态密切相关,裂隙扩展到一定长度后裂隙的扩展状态发生分叉,一部分裂隙继续扩展,另一部分裂隙停止扩展.裂隙岩体损伤局部化是由裂隙扩展状态分叉产生的,损伤局部化起始位置也取决于裂隙扩展状态.通过对多裂隙扩展状态的分叉分析,得到了含矩形分布裂隙岩体损伤局部化弯折裂纹临界扩展长度及临界应力.根据系数矩阵的特征值与特征向量,确定了裂隙岩体损伤局部化的位置,而且考虑了裂隙之间的相互作用.最后,通过算例分析得到了裂隙岩体损伤局部化临界应力与裂隙列间距、行间距、围压和原生裂隙倾角的关系.     

深部岩体分区破裂化现象数值模拟

 利用数值手段模拟深部岩体分区破裂现象的产生及演化过程。从岩石的细观结构层次出发,基于最大拉应力准则和应变能密度理论建立单元破坏准则,并应用弹性损伤力学方法来模拟岩石的破坏行为,数值模拟过程中,必须考虑地下洞室开挖释放的能量足够引起围岩产生动力现象,即将开挖过程视为一个动力过程。基于上述思想,通过FLAC3D中的FISH语言开发分区破裂化现象的计算程序,并应用该程序求解某深埋巷道围岩破裂形态,得到破裂区和非破裂区的宽度和数量,数值模拟结果与现场观测成果有很好的一致性。     

裂隙岩体局部化破坏多重势面分叉模型及其应用

采用多重势面弹塑性分又理论对裂隙岩体的破坏机制进行计算模拟。基于多重势面弹塑性理论分析局部化问题，构造了适用于裂隙岩体破坏的多重势面不连续分叉模型，建立了求解局部化方向的数值方法。在有限元方法的基础上，使用该模型计算了裂隙岩体的局部化破坏条带，即主开裂条带。相关的算例分析表明，这一模型用于分析裂隙岩体的局部化破坏是有效的。     

玉应力状态下断续节理岩体全过程应力-应变关系及其变形局部化分析

利用内变量热力学理论和裂纹孤立理论研究了压应力状态下断续节理岩体的变形局部化问题和全过程应力-应变关系。研究表明全过程应力-应变关系包括线弹性阶段、非线性强化阶段和应变软化阶段。分析了产生应变软化的主要原因，将损伤和变形局部化引入本构模型是和以往本构模型的显著区别。通过实验对比分析，验证了模型的正确性和有效性。     

压应力状态下断续节理岩体全过程应力-应变关系及其变形局部化分析

利用内变量热力学理论和裂纹孤立理论研究了压应力状态下断续节理岩体的变形局部化问题和全过程应力–应变关系。研究表明全过程应力–应变关系包括线弹性阶段、非线性强化阶段和应变软化阶段。分析了产生应变软化的主要原因,将损伤和变形局部化引入本构模型是和以往本构模型的显著区别。通过实验对比分析,验证了模型的正确性和有效性。     

压应力状态下断续节理岩体全过程应力–应变关系及其变形局部化分析

利用内变量热力学理论和裂纹孤立理论研究了压应力状态下断续节理岩体的变形局部化问题和全过程应力–应变关系。研究表明全过程应力–应变关系包括线弹性阶段、非线性强化阶段和应变软化阶段。分析了产生应变软化的主要原因，将损伤和变形局部化引入本构模型是和以往本构模型的显著区别。通过实验对比分析，验证了模型的正确性和有效性。     

深部岩体工程围岩分区破裂化现象研究综述

随着经济建设与国防建设的不断发展,深部岩体工程越来越多,如逾千米乃至数千米的矿山(如金川镍矿和南非金矿等)、锦屏二级引水隧洞及辅助洞、核废料的深层地下存储、深部地下防护工程等.深部岩体工程在开挖洞室或巷道时,围岩变形和破坏等出现了一系列新的科学现象.除了岩爆和围岩挤压大变形以外,围岩的分区破裂化现象也吸引了很多岩石力学工作者的关注.基于国外对分区破裂化现象的实验和理论研究,归纳出分区破裂化现象的主要特征参数及其变化规律,揭示分区破裂化现象产生的条件;提出这一领域的研究方向;同时介绍国内在该领域实验和理论方面的研究进展.     

岩体强度理论综述

针对岩体材料力学性质的复杂性和非确定性,通过介绍理论强度准则和经验强度准则对岩体强度理论进行小结,以期为岩体工程的参数估计和稳定性评价提供更好的依据。     

饱和土体应变局部化的复合体理论

有限元法求解应变局部化问题时经常受到单元尺寸敏感性问题的困扰。为克服这一难题 ,给出一种基于整体坐标的应变局部化的复合体理论 ,通过对剪切带内外土体力学特性进行均一化处理来描述含剪切带土体的宏观力学特性。首先从理论上分析了饱和土体应变局部化的产生条件 ,随后通过复合体理论给出了描述在排水条件和不排水条件下饱和土体应变局部化的本构方程 ,最后对平面应变条件下的饱和密砂试样进行了分析 ,通过与室内平面应变试验结果的对比 ,验证了本文理论的合理性。     

非局部化弹塑性理论及其应用

基于非局部弹塑性理论,在经典的弹塑性本构模型中引入材料内部特征长度,并考虑材料内部特征长度与塑性化程度的关系,在整个模型空间各质点形成可变的微小表征体积单元。进而在可变的微小表征体积单元内对塑性乘子进行空间非局部化平均,间接考虑材料内部微结构的变化及相互作用,建立可变特征长度非局部弹塑性模型。最后,将提出的非局部弹塑性模型通过有限元理论应用到压缩平板端部摩擦效应的模拟中。模拟结果表明：非局部弹塑性模型较经典弹塑性模型计算效率更高,计算结果更合理。     

非局部化弹塑性理论及其应用

 基于非局部弹塑性理论,在经典的弹塑性本构模型中引入材料内部特征长度,并考虑材料内部特征长度与塑性化程度的关系,在整个模型空间各质点形成可变的微小表征体积单元。进而在可变的微小表征体积单元内对塑性乘子进行空间非局部化平均,间接考虑材料内部微结构的变化及相互作用,建立可变特征长度非局部弹塑性模型。最后,将提出的非局部弹塑性模型通过有限元理论应用到压缩平板端部摩擦效应的模拟中。模拟结果表明：非局部弹塑性模型较经典弹塑性模型计算效率更高,计算结果更合理。     

基于均匀化方法的斜交节理岩体复合本构关系研究

将斜交节理岩体作为一种广义复合材料,选取恰当的代表元,采用均匀化技术,建立复合等效本构关系,可预测斜交节理岩体的宏观力学性能。将岩体和节理按两种材料考虑,对地下开洞节理岩体结构进行有限元分析,并与采用复合本构关系的计算进行了比对,得到了令人满意的结果。     

岩体强度评价理论研究现状评述

分别介绍了RMR评价方法、Q评价方法、RSR评价方法三种常见的岩体质量评价方法,在此基础上总结了较为流行的岩体理论强度准则及经验准则,并对今后岩体强度评价理论的发展做了展望,对促进该领域研究工作具有积极意义。     

基于Copula理论的岩体抗剪强度参数估值

以锦屏I级水电站坝址微新大理岩岩体原位大剪试验结果为例,分析岩体质量指标与抗剪强度参数间的相关性。利用Copula理论可将边缘分布和相关结构分开研究的优点,建立小样本条件下各变量的边缘分布函数,并在分析岩体质量指标Q与抗剪强度参数f,c间相关结构特点的基础上构造拟合Q-f,Q-c间关系的最优Copula函数。对于相同岩性的同类岩体,在已知Q条件下求条件概率便可得到抗剪强度参数估值的保证率,或可计算一定保证率下的抗剪参数估值。最后运用该函数分析常用的优定斜率法、最小二乘法的保证率,并与Hoek-Brown准则估值进行比较。研究结果表明,岩体质量指标与抗剪断内摩擦因素f呈较高的正相关关系,与抗剪断黏结力c则呈较高的负相关关系,而具有对称结构的Nelsen NO 1和Nelsen NO 2则分别是拟合Q-f、Q-c间关系的最优Copula函数。常用的最优斜率法与最小二乘法由于忽略岩体质量指标与抗剪强度参数的相关性,因此造成较大的偏差,而具有保证率为0.8的抗剪强度估值与Hoek-Brown经验准则相比更接近实际值。该方法注重充分地利用现场有限的数据信息,可以得到具有一定保证率的抗剪强度参数估值,为岩体抗剪强度参数估值提供一种新的途径。     

破碎岩体的渗流理论及其应用研究

以国家自然基金重点项目“煤矿瓦斯灾害预防及煤层气开采中的应用基础研究”和教育部博士点基金“峰后应力状态下的岩石渗透性研究”为背景，通过理论、试验、数值模拟和结合潞安王庄煤矿采空区通风渗流问题的具体应用，进行了如下具有创新意义的工作：(1)自行研制开发出目前已获国家专利的破碎岩石压实渗透仪，并给出了一套进行破碎岩石压实水渗透测试的试验方法。利用开发的渗透仪和试验方法，系统测定并分析了砂岩、页岩和煤3种岩样在不同破碎程度下压实的渗透系数变化规律。(2)利用置信区间方法、随机过程理论深入分析了破碎岩体渗透性的随机性特性，并建立破碎岩体渗流的随机微分控制方程。(3)用控制体欧拉法建立了描述破碎岩体塑性大变形的基本方法，开展了试验背景下破碎岩体渗流场的数值模拟。推导出求解破碎岩体渗流方程的一、二阶摄动随机有限元列式。(4)计算并给出采空区破碎岩体的支承压力分布规律，建立了采空区破碎岩体渗流分析的数值模型，结合潞安王庄煤矿综放面采空区的破碎岩体通风渗流，系统分析并得出了与理论和实测相吻合的流场分布和近似瓦斯浓度的分布规律。     

分形理论在岩体质量评价中的应用研究

简要地回顾了岩体质量评价体系,提出了一种利用分形分布与概率的联系来评价岩体质量的方法,并给出了相应的岩体质量评价的标准。研究表明,分维数D能够弥补岩石质量指标RQD在评价岩体质量中的某些不足,可以作为评价岩体质量的一个定量指标。     

关于分形理论在结构岩体的应用研究

介绍了近年来分形几何理论在结构岩体应用研究的最新进展，并简要讨论了目前研究存在的问题。     

裂隙岩体的损伤断裂理论与应用

本文将损伤力学和断裂力学结合起来,分析岩体中裂隙系统的损伤和断裂特性。定义了岩体宏观损伤张量和岩体损伤应变。建立了岩体的等效连续损伤断裂本构模型。讨论了在压应力作用下的裂隙闭合效应。提出了裂隙岩体损伤断裂复合强度理论。利用损伤断裂模型对一地下洞室的分步开挖进行了数值模拟分析,获得了与现场实测数据比较吻合的结果。     

应变局部化理论在基坑设计中的应用

在基坑监测过程中,一般采用规范里面的报警值作为尺度来衡量基坑的安全性,而缺乏理论依据。本文根据平面应变不排水试验结果,考虑土体应变局部化的影响,将剪切带开始形成时的强度指标应用到基坑设计中。计算结果表明:采用考虑局部化的强度指标能够更好地考虑基坑的安全性要求。     

岩石应变局部化的二维应变梯度塑性解析分析

通过在屈服函数中引入材料的内部长度，建立了小应变弹性变形下的塑性增量本构关系，给出了岩石材料在单轴压缩条件及二维平面应力条件下等效应变的解析表达式。导出了在Mises屈服准则下平面应力情况的岩石村料应变局部化带的带宽与其倾角的关系式，讨论了应变局部化带宽度的分布范围，并给出带宽最大值和最小值形成的条件。讨论了岩石材料破坏Ⅰ，Ⅱ类变形的条件，并推出了破坏的临界角度，对岩石材料Ⅰ类变形进行了详细分析；讨论了在不同泊松比、不同的E/λ条件下材料应变局部化带的倾角的变化范围。最后，利用梯度塑性理论得到的结论同材料破坏的库仑准则进行了对比研究，对内摩擦系数给予了合理的解释。