基于数值模拟的水工隧洞围岩变形规律研究

为研究水工隧洞围岩变形特性及合理的计算方法,本文依托某实际引水隧洞工程,采用数值模拟分析该引水隧洞围岩应力和变形规律。结果表明：隧洞的变形主要集中于拱顶和拱底位置处,拱顶位置下沉较大,拱底发生隆起变形,最大变形量为0.1m,实际工程中应重视拱顶支护,以防掉块和塌方事故;隧洞开挖过程中,由于应力集中,主应力的最大值主要出现于隧洞的底角位置处。此外,在侧墙和洞顶交界处应力相对较大,应力分布规律与实际情况比较吻合;采用HSS模型能够考虑土体的硬化特征,且得到的计算结果与实测数据最吻合。工程中优先考虑采用HSS模型进行水工隧洞的设计和计算。     

考虑时效损伤的岩石分数阶蠕变本构模型

为准确描述岩石蠕变变形破坏全过程,引入连续损伤和分数阶微积分理论建立全面、简练的蠕变本构模型。首先基于弹性模量随时间衰减规律,根据能量损伤的方式定义损伤变量,构建考虑时效损伤的弹性体,并验证该损伤演化方式的可行性。采用Riemann-Liouville型分数阶微积分算子理论,构建具有非线性特征的分数阶软体元件,利用该软体元件作为分数阶黏滞体描述岩石黏弹性应变,在该软体元件的基础上进行损伤演化,得到考虑时效损伤的分数阶黏塑性体。联合分数阶黏滞体、考虑时效损伤的弹性体和分数阶黏塑性体,建立一个新的考虑时效损伤的分数阶蠕变本构模型。给出参数解析方法,利用泥质板岩蠕变数据验证模型合理性和优越性。分析损伤发展过程,判断模型参数敏感度,并通过红砂岩、千枚岩单轴压缩各向异性蠕变特性试验研究蠕变试验数据验证模型适用性。研究成果为岩石蠕变全过程辨识及岩体工程长期稳定性研究提供一定参考。     

堆石料湿化变形计算模型及方法研究

水库蓄水和降雨入渗可导致土石坝发生显著的湿化变形,从而对坝体的应力变形性状产生重要的影响。合理的湿化变形模型和计算方法是模拟分析土石料浸水湿化变形特性的重要前提。论文基于三轴湿化试验研究成果,建议了一种新的堆石料湿化变形计算模型。该模型利用湿化变形方向的平行特性,采用堆石料本构模型计算相应的湿化体应变分量。新提出的模型仅需要一个湿化轴向应变模型参数。分别采用邓肯张EB和沈珠江双屈服面模型讨论了新湿化变形模型的具体计算模式,并通过与试验结果的对比验证了新模型的实用性。用改进的沈珠江三参数模型计算最终体应变和最终剪应变,湿化后的饱和流变规律与饱和试样的流变规律一致,湿化过程不会影响堆石料的饱和流变数值和规律。     

地下洞室临时支护时效模型研究

利用弹性理论建立了轴对称圆形地下洞室临时支护失效临界时间的七参数模型,该模型可指导合理地确定流变岩体中洞室临时支护加固范围和强度、适时地施作永久被覆.模型表明:支护范围与围岩应力正相关,与支护体的强度负相关;在特定的应力状态和支护强度组合下,无论加固范围多大,临时支护都不能有效工作.最后讨论了模型参数的测算公式,给出了模型运用的算例.     

一种薄层接触单元的开发及 FLAC^3D实现

随着土木水利行业的蓬勃发展,出现越来越多岩土-结构相互作用的问题。虽然目前国内外学者研究出很多种类的接触面本构模型,但大多软件中的接触面模型甚为简单,如此便限制了软件对接触面问题的模拟。FLAC3D软件中的interface单元是简单的库伦滑移型无厚度接触单元,不能模拟接触面所能表现出的例如应变软化等特性。鉴此,基于塑性力学,首先提出了一种弹塑性本构模型。然后基于VC＋＋语言,将此模型开发成适用于FLAC^3D软件的薄层实体单元。最后用三个数值算例验证了所开发的单元和本构模型能反映接触面在弹性阶段的非线性,在塑性阶段的应变软化、大变形、法向剪胀及拉伸破坏等特性。用所开发的新单元代替原有的interface单元能提高FLAC3D模拟复杂接触特性的能力。     

国内岩体三维变形计算初步研究

对近年来国内外岩体三维变形计算方法进行了分析和研究。介绍了最大正应力准则、Molar—Coulomb准则、Tresca准则、冯-米寒斯准则等目前常用的本构关系,并对三维变形计算模型的建立及计算程序进行了简要说明。     

大型抽水蓄能电站地下厂房围岩变形时效特征和反馈分析

丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的施工期围岩变形具有量值大、时效特征明显、不同深度围岩均可能发生变形的特点。为研究该地下厂房围岩变形时效特征,基于工程地质条件和监测数据,开展围岩变形机制研究。分析结果表明:地下厂房围岩变形的分布特征和时效特性,既与围岩在开挖卸荷后所出现的岩体质量下降、围岩强度减小、岩体蚀变现象有关,也与围岩内存在节理裂隙或断层等不连续地质结构在开挖卸荷作用下易发生张开或错动有关。采用由伯格斯流变模型与带拉伸截止限的摩尔-库伦塑性屈服准则组合而成的复合黏弹塑性模型,进行围岩流变力学参数反演,获得了与监测值吻合较好的围岩变形和变形时程曲线计算结果。根据洞室群围岩开挖支护稳定性分析结果,可知截至主厂房第V层开挖支护完毕,洞周围岩局部变形和塑性区深度均较大,且塑性区贯穿主厂房和主变室洞间岩柱,围岩稳定性总体较差。因此,主厂房在第V层开挖完毕后暂停继续下挖,专门进行洞室群的系统性加强支护是必要的。     

土的剑桥模型发展综述

土的本构理论是理论土力学的重要内容,著名的剑 桥粘土弹塑性本构模型被看做现代土力学的开端,是当前在土力学领域内应用最广的模型之 一。为此简要介绍了剑桥模型及修正的剑桥模型,并对剑桥模型的发展进程作了较为系统的 评述,分析总结了剑桥模型的局限性,指出在剑桥模型基础上针对其局限性进行改进和修正 仍是岩土材料建模的重要方向。     

基于Ｈａｒｒｉｓ衰减函数的岩石单调加载本构模型

以变形模量为对象,研究岩石单调加载的本构模型。首先根据单调加载过程中变形模量随着应变增大而减小的衰减现象,引入Ｈａｒｒｉｓ函数来表征变形模量衰减规律,从而建立岩石单调加载本构模型;然后根据极值理论,结合试验曲线特征值,确定模型参数;最后引用相关文献试验数据,利用新提出的单调加载本构模型对试验数据进行参数计算,获得岩石本构模型理论值,该理论值与试验结果吻合度较高,验证了模型的适用性。对模型参数分析发现,模型参数ａ主要反映了岩石的宏观强度,ａ值越大,岩石峰值强度越低。参数ｂ与岩石强度关系不大,但体现了岩石的延脆性,ｂ值越大,脆性越强,反之延性越明显。     

围岩变形数据序列的预测方法探讨

建立围岩变形数据预测的BP模型,实现了工程中大量无法采用灰色GM（1,1）模型精确预测问题的方法探讨。实例计算证明该模型具有计算简便、可有效改善围岩变形值的预测精度。     

陡倾砂板互层岩体中隧洞围岩变形研究

通过建立可反映岩体中砂岩与板岩组成、岩体倾角、岩体走向与隧洞轴线夹角等因素变化对岩体变形影响的砂板互层岩体本构模型,模拟了南水北调西线陡倾砂板互层岩体中隧洞掘进机开挖过程,初步分析了砂板互层岩体中隧洞围岩的变形及其对护盾式掘进机的影响。结果表明:埋深越大,围岩变形稳定过程越缓慢;岩体中板岩含量越高,围岩的前期变形越早、变形率越大,围岩的变形稳定过程也越长;对埋深较大且板岩含量较高的Ⅲ类岩体中的隧洞,应慎重采用护盾式掘进机开挖、管片衬砌的施工方案。     

预应力锚杆技术在水电站深埋隧洞围岩支护中的应用

为了有效控制高地应力作用下隧道施工过程中的围岩变形,以某水电站为例,通过应用FLAC3 D数值模拟软件,对主厂房硐室开挖后预应力锚杆支护前后的围岩变形进行模拟.同时,结合现场主厂房开挖支护后硐室围岩收敛变形实验数据,探讨隧道开挖过程中围岩变形特点及采用预应力锚杆支护前后硐室围岩位移变化规律.研究发现,预应力锚杆支护可以...     

混凝土短期荷载下变形的一个本构模型

（接上期）５　应力—应变增量关系加载曲面一般地表示为：　　ｒ２＝３ｒ２ｔ３－４（１－ｎ２）ｓｉｎ２θ（３４）式中的ｒｔ＝±ａｔ＋ｂｔσｍ＋ｃｔσ２ｍ－ｄｔ，等号右边的正、负号的选取应使得在σｍ的定义域内，ｒｔ≥０。分析二次曲线的系数ａｔ，ｂｔ，ｃｔ，ｄｔ可知，只需将上式写成：　　ｒｔ＝ｄｔ｜ｄｔ｜ａｔ＋ｂｔσｍ＋ｃｔσ２ｍ－ｄｔ（３５）加载曲面函数可写成：Ｆ（σｉｊ，ｆｃ）＝ｒ２１－４３〔１－ｎ２（σｍ）〕ｓｉｎ２θ－ｄｔ（ｆｃ）｜ｄｔ（ｆｃ）｜ａｔ（ｆｃ）＋ｂｔ（ｆｃ…     

基于ABAQUS的弹脆塑性本构模型二次开发及其应用

在复杂应力状态下,大理岩、花岗岩等脆性岩石呈弹脆塑性破坏形式。利用ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT的二次开发平台,编制完成了基于D—P准则的弹脆塑性模型的UMAT接口程序。论文简要介绍了ABAQUS有限元软件及其UMAT用户材料子程序,重点对基于D—P屈服准则的弹脆塑性本构模型的应力跌落公式进行了推导,并讨论了有关的应力更新算法。最后应用该程序对某引水隧洞工程进行了数值分析,并与理想弹塑性情况下的计算结果进行对比研究。结果表明：与理想弹塑性模型相比,弹脆塑性模型得到的洞周围岩变形和塑性区范围较大,与实际情况更为接近。     

Weibull模型在围岩变形预测的应用及参数求解

针对岩石隧道围岩变形特性,引入了Weibull生长曲线模型。模型参数利用灰色理论和模式搜索法求解,减小了参数求解的数量以及搜索范围。基于4处隧道围岩变形的现场实测资料,对围岩变形-时间曲线进行了拟合和变形预测。结果表明,Weibull模型拟合精度高,相关系数R为0.995 47～0.999 77,平均值为0.997 96。基于该模型的4处隧道围岩变形的预测值与实测值的平均相对误差为1.710 3%,拟合曲线尾部3点为0.340 5%。结果表明,选用的Weibull模型适应性强,能对隧道围岩变形进行预测。     

结构性粘土的弹粘塑损伤模型

根据天然粘土的微观变形机理，将结构性土的变形分为弹性、结构损伤破坏和重塑土3个阶段，并建立了描述结构性粘土变形的弹粘塑损伤模型。用该模型对长江下游河漫滩深厚软土地基堆土预压试验进行的数值模拟计算结果表明，弹粘塑损伤模型能较好地反映结构性粘土的加荷变形、固结变形和蠕变变形，可用于结构性粘土的工程计算和流变预测。     

基于Alonso模型的非饱和土弹塑性本构方程推导

Alonso模型是目前应用最广泛的非饱和土弹塑性本构模型.首先简要介绍非饱和土Alonso模型的原理与发展;然后在饱和土剑桥本构关系的基础上,推导出一个基于Alonso模型的非饱和土应力应变增量方程的计算公式,该方程与饱和土的本构方程形式相同,且能够考虑净应力和吸力二者对土体硬化规律的影响,从而为非饱和土弹塑性计算提供一条途径.