岩石类材料裂隙形成和扩展的相场方法模拟

相场方法通过定义一个连续分布函数来近似表示自由不连续裂纹,在此基础上建立最小能量变分框架,从而得到描述裂纹发展的控制方程。不需要提前设定裂纹的形状、尺寸和方向,相场方法就能很好地描述裂纹的形成和扩展,为利用数值方法模拟裂纹扩展提供了一个严谨准确的理论框架。该文首次将相场方法用于模拟岩石裂隙扩展问题,预测包含不同岩桥倾角的预制双裂隙岩石类材料在单轴压缩作用下的损伤和破坏过程,并与室内试验结果进行对比。结果表明相场方法非常适合模拟岩石类材料内部复杂裂隙的萌生、扩展和连接过程,在岩体工程稳定性分析领域具有广阔的应用前景。     

裂隙岩体非线性流变性态与裂隙损伤扩展过程关系研究

本文研究了裂隙岩体非线性流变性态与裂隙损伤扩展过程的相互关系。文中通过裂隙损伤的流变断裂过程分析，推求具损伤演化耦合效应的岩体非线性流变状态方程，并与宏观唯象流变状态方程相比较，以寻求岩体非线性流变参数与裂隙损伤演化率的关系。最后，用某地下厂房原位试验洞的实测位移作了检验。     

程潮铁矿采场可爆性模糊综合评价

针对程潮铁矿无底柱分段崩落法采场爆破,以弹性波波阻抗、岩石的坚固性、岩体的裂隙性、标准爆破漏斗体积时炸药的单耗作为分级指标,在程潮铁矿-375 m地段现场进行的一系列单孔爆破漏斗试验和跨孔声波测试,利用模糊识别理论对岩体可爆性进行模糊综合评价.     

考虑损伤的蠕变问题的变形场与损伤场

本文研究了考虑损伤的蠕变介质的变形场与损伤场的解。求得了下列三个问题的新解:(1)考虑损伤的指数律蠕变材料在小损伤条件下的变形场与损伤场;(2)幂律蠕变材料在大损伤条件下的裂纹尖端场;(3)全耦合蠕变损伤的圆柱扭转问题的变形场与损伤场,这三个新解均可用解析的形式表达。     

光固化3D打印在复杂裂隙岩体研究中的探索

由于岩体结构的复杂性,如何重构含裂隙网络的物理模型试件是岩石力学试验研究面临的难题之一。本工作提出了一种基于光固化3D打印技术的裂隙网络类岩石试件制备方法。结合数字图像相关方法对裂隙网络类岩石试件加载过程进行非接触式全场变形测量,并引入应变场方差这一指标,定量研究了裂隙岩体变形破坏演化规律及前兆异常特征。试验结果表明：采用光固化3D打印技术可实现裂隙岩体的复杂物理模型重构。裂隙网络类岩石试件的变形破坏过程类似于真实裂隙岩体,可划分为压密、弹性变形、裂纹扩展以及峰后阶段,其应力-应变曲线出现峰后多台阶式跌落特征。综合强度参数、峰后力学特征和试验过程中块体弹射现象来看,制备的3D打印试件可用于模拟裂隙硬岩。采用数字图像相关方法可实现裂隙岩体变形场的动态捕捉,其变形破坏过程表现出明显的应变局部化特征。加载过程中应变场方差的演化过程可划分为初始分异、稳定分异、加速分异以及加加速分异阶段。应变场方差在新生裂纹萌生后呈现出持续增长的趋势,而在进入不稳定裂纹扩展阶段后呈现为陡增趋势,可视为两个前兆点。研究成果可为复杂裂隙岩体的物理重构以及失稳预警提供新的思路。     

岩体爆破破碎的分形损伤模型

本文提出了一个岩体爆破破碎的分形损伤模型，认为岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程，且在此过程中，裂隙发育和损伤积累都具有分形特征。在此模型的基础上编制的计算模拟程序可对岩体内的三维损伤分布进行计算，并可对爆破漏斗进行模拟。现场试验与模拟结果吻合很好，说明了该模型的合理性。     

考虑裂隙岩体爆破损伤的装药结构研究

装药结构是改善裂隙岩体爆破效果的重要因素,结合某隧道爆破掘进工程,通过地质雷达现场岩体损伤探测及柱状装药爆破损伤理论估算,获取隧道掌子面前部裂隙岩体爆破损伤规律,并提出基于其爆破损伤规律的装药结构。雷达探测发现:隧道掌子面前部裂隙岩体受爆破开挖损伤明显,Ⅳ级岩体的裂隙区范围最大值约2.4 m,Ⅲ级岩体为1.8 m,均位于下一装药区域内,理论计算与雷达探测结果基本一致。利用获得的掌子面前方裂隙岩体的爆破损伤规律,提出了"减药非连续装药"装药结构,可减少裂隙区炮孔二分之一装药量。实践证明:该装药结构能提高爆破有效能,降低工程成本与围岩损伤。     

爆破动应力对岩质边坡损伤破坏作用机理

分析了爆破动应力在岩质边坡中的分布规律,推导出了爆破动应力与质点振速及岩体物理力学参数间关系的计算表达式。分析讨论了由爆破产生的附加动应力与岩质边坡中的应力场及岩体介质中的裂纹损伤场相互耦合作用机理,并推导出了裂纹初裂强度表达式。从断裂力学及损伤力学的理论出发,建立了节理裂隙岩体的等效柔度张量以及在爆破动应力作用下裂隙岩体的附加柔度张量。从所建立的柔度张量关系式中可知,当有爆破动应力存在时,增大了岩体的柔度张量,削弱了岩体的强度。     

岩体中爆破压碎区速度场研究

分析了岩体爆破中采用的空腔膨胀理论在研究爆破压碎区过程中存在的缺陷及其产生的原因,在球形爆破腔膨胀条件下压碎区的应变状态类似一维平面应变.然后以压碎区应力与变形的真实状态为基础,运用动量与质量守恒关系推导了爆破压碎区新型的速度场关系式.根据此关系可以得到揭示爆破压碎区大小的满足几何相似关系的实用表达式,数值计算表明此表达式正确可信.     

裂隙岩体精细化数值模型构建与爆破模拟

裂隙岩体爆破数值模拟过程中，裂隙分布模型的真实性，是影响数值模拟结果的关键因素之一，现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法，通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组，按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构，构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例，开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原，基于裂隙岩体精细化数值模型，开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明：采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%;节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化，与完整岩体相比，损伤范围增加了12.04%,粒径处于0～100 mm的占比降低了8.11%;爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近，统计粒径在0～100 mm之间的碎块的占比，误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙，可行、操作简便，数值模拟结果接近实际。     

层状裂隙岩体弹塑性损伤断裂模型与岩质高边坡稳定分析

本文研究了层状裂隙岩体的弹塑性损伤断裂模型。文中按岩体等效柔度张量定义损伤张量,并对层状裂隙岩质高边坡的变形破坏过程建立了损伤演化方程,提出了包含软弱薄层塑性滑移与裂隙损伤扩展耦合性态的本构关系。最后将其应用于某水电站左坝肩高边坡开挖形成过程的稳定性分析中。     

三峡大坝坝基粘弹性应力场与渗流场耦合分析

根据三峡大坝基岩的具体特点,本文提出了坝基岩体粘弹性应力场与渗流场的耦合分析模型,并对坝基开挖过程进行了模拟计算分析。该模型采用伯格斯模型模拟基岩的粘弹性流变特性,并假设其渗透系数与应力的关系为指数函数关系,考虑了应力场与渗流场的耦合效应。结果表明,渗流场的作用是明显的。     

岩体爆破破碎的分形损伤模型

本文提出了一个岩体爆破破碎的分形损伤模型,认为岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程,且在此过程中,裂隙发育和损伤积累都具有分形特征。在此模型的基础上编制的计算模拟程序可对岩体内的三维损伤分布进行计算,并可对爆破漏斗进行模拟。现场试验与模拟结果吻合很好,说明了该模型的合理性。     

用基于岩体损伤的强度折减法进行采场稳定性评价

为防止某石膏矿山采场失稳破坏,利用声波测试技术确定岩体力学性质,以数值计算的收敛性作为采场失稳的临界判据,应用基于岩体损伤的有限元强度折减原理对采场结构稳定性进行评价。该方法在考虑岩体损伤劣化的基础上通过弱化强度参数和变形参数获得采场的整体安全系数,能很好的反应采场塑性变形和稳定性的真实情况,可为采场稳定性定量评价、采场结构优化和支护设计提供科学依据。     

节理岩体中的爆破作用分析

文中对岩体节理在爆破中的破坏作用进行了详细的分析，首先对岩体进行节理和裂隙的定量描述，给出岩体破坏前的初始损伤，在此基础上利用岩体动力破坏和岩石动载破碎的新本构模型对岩体破坏过程进行分析，其结果可以描述岩体的节理间距，岩体损伤情况，从而对节理岩体的破坏有更深入的认识。     

基于相场法的复合材料失效分析研究进展

预测复合材料的失效行为，对复合材料结构设计具有重要意义。由于其失效模式和失效机制较复杂，传统的计算断裂力学方法和基于损伤力学的数值方法在对其进行失效分析存在一定困难。相场法结合了断裂力学和损伤力学的优点，无需额外的判据便可精确捕捉裂纹的萌生、扩展和扭结行为，近年来被广泛地应用于复合材料的失效分析。本文首先简要介绍相场法的基本理论，给出了基本的断裂能模型和控制方程。然后着重介绍了基于相场法的复合材料失效分析的研究进展，梳理了相场法在复合材料领域的应用范围。最后，对相场法模拟复合材料在疲劳、疲劳湿热环境下和冲击下的损伤进行了展望。     

焊接缺陷力学影响场的研究

本文针对焊接缺陷存在的特点，提出利用缺陷影响场概念，采用实验方法研究压力容器常见焊接缺陷力学影响场与分布规律，通过对７组存在不同缺陷１６ＭｎＲ钢焊接试件和压力容器实际缺陷的监测实验结果分析认为，焊接缺陷在荷载作用下，在其线开至扩展过程中，在其表面所产生一个与工作应力和缺陷几何参数相关的力学影响场，通过地场内各点测量值的分析可预测缺陷损伤程度。     

场独立性对英语口语测试成绩的影响

简要回顾了口语测试模式，介绍了测试效度与信度，场独立与场依靠，语言能力等与口语测试相关的理论基础，以武汉大学法学院二年级两个班共39位学生为研究对象，通过定量和定性方法分析了影响考生大学英语四六级口语测试成绩的认知因素。其研究结果证实了在其它条件一致前提下，场独立性考生表现优于场依靠性考生。     

海底圆形隧道在渗流场影响下的弹塑性解

海底隧道不同于陆地上的一般山岭隧道,很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力,造成较低的成拱作用和地层的稳定性。将具有衬砌的海底圆形隧道的各影响因素简化为轴对称,并把渗流场以渗流体积力方式作用于应力场,计算得到了弹塑性界面分别位于衬砌内部和岩体内部两种情况下,海底圆形隧道在渗流场影响下的弹塑性位移和应力解析表达式。通过实例计算,分析了渗流场作用下,海水深度和覆岩厚度对隧道应力场的影响规律。径向应力和切向应力均在弹塑性界面处达到最大值,且切向应力在衬砌与岩体的接触面以及弹塑性界面处均会出现跳跃。无论弹塑性界面位于岩体内还是衬砌内,海水深度的变化对衬砌与岩体接触界面上的法向接触压力影响很小。当隧道结构和覆岩厚度一定,弹塑性界面位于衬砌内部时,海水深度的变化对塑性区的扩展以及弹塑性界面上法向接触压力的变化影响不大,而当塑性区扩展到岩体内部时,塑性区半径以及弹塑性界面上法向接触压力与海水深度的增加大致呈线性关系,增长较快。     

基于图像数字化技术的裂隙岩石多场耦合分析

引入图像数字化技术来客观地反映裂隙化岩石的非均质性结构分布,并将其转化成物理参数(渗透系数、弹性模量等)的分布图,然后将它和数值方法相结合,应用于裂隙化岩石流固热多场耦合分析中。首先需要获得高清晰度的裂隙岩石数字图像,岩石中不同的结构对应不同的归一化特征值I值(图像像素颜色的特征值),通过I值与材料参数之间的一一对应关系就可以得到岩石中不同结构材料物理参数的真实分布。将物理参数分布输入到我们开发的基于MATLAB和FEMLAB的岩石多场耦合分析程序中,就可以得到真实地反映裂隙岩石的多场耦合作用过程。数值分析结果表明:图像数字化技术与数值方法相结合是可行且有效的,其结果更能反映真实的物理现象。