岩石压剪断裂及其强度特性分析

籍助于断裂力学的理论和有限元数值计算方法，分析了压剪断裂过程中裂纹尖端应力场的演变规律；修正了应力强度因子的有关计算式，建立了表征初裂的新的断裂准则；反映了裂纹几何尺寸、分布规律、裂纹面物理力学性质、岩石材料断裂韧度，以及围压效应对岩石压剪断裂的影响．     

碾压混凝土拱坝诱导缝的非线性断裂研究

本文在总结国内外碾压混凝土拱坝诱导缝设置情况的基础上，提出了一种新的诱导缝形式，并结合这种诱导缝形式，利用等效断裂非线性分析方法研究了诱导缝结构分析模型，得到了一些参数对诱导缝典型结构开裂影响规律。最后，对碾压混凝土拱坝诱导缝的设置及其控制作用进行了计算分析研究，得到了一些有意义的结论和结果。以上的计算工作都是采用自编的基于非线性断裂力学中钝裂纹带模型和三线型拉应变软化曲线的结构分析程序ＲＣＣＳＡＰ进行的。     

混凝土裂缝非线性断裂的简化预测方法研究

混凝土的裂缝断裂问题是评定混凝土结构工程安全的关键问题.结合起裂韧度准则和黏聚力模型,提出了一种混凝土裂缝断裂分析的简化预测方法.通过给定裂缝黏聚力的分布形式,推导了裂缝张开位移、外荷载的表达式,结合拉伸软化曲线给出了相应的求解方程和求解步骤,获得了裂缝起裂至扩展的全过程曲线.其中,裂缝扩展基于起裂韧度准则,黏聚力产生的应力强度因子和位移采用权函数方法进行计算.利用不同尺寸的楔入劈拉试件对断裂全过程进行了计算,结合现有的混凝土断裂试验成果对本文方法进行了验证.结果表明采用本方法可完整的计算裂缝断裂全过程并准确的预测带裂缝构件的极限承载力,从而验证了本文方法的有效性和合理性.     

混凝土多孔砖砌体墙的开裂性能实用解析研究

为解决混凝土多孔砖砌体墙的裂缝问题,提出了一种基于竖向灰缝模型的求解其等效断裂韧度(线弹性断裂力学中裂缝发生失稳扩展的临界值)的实用解析方法.首先,运用修正的剪滞理论,分区引入变异层,建立了分层剪滞模型;然后,根据能量法则,推导出了求解其等效断裂韧度的解析计算模式.通过与3组11个试件的试验结果对比发现,该解析解的均方差和变异系数更小,且其等效断裂韧度是与试件尺寸无关的等效断裂参数,这为研究混凝土多孔砖砌体墙的开裂与破坏的预测预报提供了新的方法,在工程上具有较强的适用性.     

压印接头强度的有限元模型及理论计算方法

建立了压印接头拉剪强度模型并提出接头强度的理论计算方法。建立了压印连接成形的二维模型,模拟压印成型过程并分析金属流动规律,模拟结果与试验结果一致。由压印连接过程的模拟结果得到压印接头的三维模型,由此三维模型模拟接头的拉剪过程,得到接头的载荷-位移曲线和失效形式,模拟结果与试验结果一致,求解误差为3.4%。根据压印接头拉剪的两种失效形式(颈部断裂失效和上下板分离失效),提出了压印接头的理论计算公式。并由12种压印接头对计算公式进行验证,求解结果与试验结果吻合,最大强度误差为8.9%。     

碾压混凝土断裂特性与诱导缝开裂条件研究

为了研究碾压混凝土的断裂特性和诱导缝的开裂条件,对多组碾压混凝土试件进行3点弯曲梁断裂试验,获得了碾压混凝土的抗拉、抗压强度,断裂韧度和断裂能,以及荷载-加载点挠度曲线、荷载-缝端开度曲线。根据断裂韧度和应力强度因子的关系,建立了结构模型中诱导缝的开裂相似条件。通过3点弯曲梁的非线性开裂计算,由试验测得的荷载-挠度曲线推求出材料的拉应变软化曲线,并将材料的单轴抗拉强度修正为三维状态下的抗拉强度,最终建立了基于虚拟裂缝模型的诱导缝开裂计算条件。试验研究和计算分析所获得的碾压混凝土的开裂特性和开裂条件应用于沙牌碾压混凝土高拱坝的结构模型试验和数值计算中,为研究混凝土高拱坝的开裂和破坏机理提供基本依据。     

高碾压砼重力坝层面失稳破坏的模拟分析

以龙滩高碾压混凝土重力坝为工程背景,对高碾压混凝土重力坝的水平软弱层面,从局部裂缝扩展到整体破坏的全过程进行了模拟分析.在充分考虑到碾压混凝土的多相非均匀性细观结构特征的基础上,运用材料破坏全过程的分析软件系统MFPA2D对高碾压混凝土重力坝进行了分析,模拟给出了高碾压混凝土重力坝破坏过程的应力以及破坏单元分布图,并对碾压混凝土重力坝的破坏过程进行了分析.结果表明,裂缝扩展的第二阶段为破坏过程的关键阶段.     

碾压混凝土断裂韧度尺寸效应的试验研究

进行了不同尺寸碾压混凝土三点弯曲试件的断裂试验。对实验结果进行分析,得到了碾压混凝土断裂韧度的尺寸效应规律。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的普通混凝土断裂韧度尺寸效应公式结合,通过对几种模型的计算结果的分析比较,得到了碾压混凝土所适用的断裂韧度尺寸效应公式。     

牛路岭水电站空腹坝局部裂缝成因分析

采用钢筋混凝土非线性有限元分析方法，对牛路岭水电站空腹重力坝的廊道、腹拱顶及溢流面局部裂缝进行了计算，分析了裂缝成因，并作出相应的安全度评价，对电站运行、大坝原型观测及工程设计有一定的指导意义．     

牛路岭水电站空腹坝局部裂缝成因分析

采用钢筋混凝土非线性有限元分析方法，对牛路岭水电站空腹重力坝廊道、腹拱顶及溢流面避部裂缝进行了计算，分析了裂缝成因，并作出相应的安全度评价，对电站运行、大坝原型观测及工程设计有一定的指导意义。     

钢衬钢筋混凝土下游坝面压力管道结构分析方法的研究

混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道是近年来在国内外发展起来的一种新型结构。系统地总结评价了水电站钢衬钢筋混凝土压力管道这种新型结构的结构分析方法,包括各种准解析法、非线性有限元分析方法和仿真材料结构模型试验。     

碾压混凝土断裂的数值仿真分析

本文提出了一种计算模拟混凝土构件荷栽──位移全过程曲线的方法──刚度荷载法，并采用基于钝裂带模型（ＢＣＢＭ）的混凝土材料全量型本构关系和三线型应变软化为线，编制了相应的计算分析程序，对碾压混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉、碾压混凝土拱坝诱导缝典型结构等构件进行了计算分析，得到了结构”的荷载一位移全过程曲线、碾压混凝土材料拉伸软化曲线参数等一些有意义的数据和结果。计算结果与试验结果及用虚拟裂纹模型计算的结果吻合较好。     

扩展有限元法在重力坝断裂分析中的应用研究

扩展有限元法是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了混凝土重力坝坝踵裂缝扩展过程,分析了其变形、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,展示了扩展有限元法在大坝开裂分析中的独特优势。     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。     

Use of double edge-cracked Brazilian disk geometry for compression-shear fracture investigation of rock

A new specimen geometry-the double edge-cracked Brazilian disk and a relevant fracture analysis by weight function method are proposed for the investigation of rock fracture caused by compression-shear loading. Not only can the mixed mode fracture with any ratio of KI /KII be achieved, but also the pure mode n crack extension can be obtained. The combined mode fracture analysis for this geometry shows that diametral compression in the far-field can induce a compression-shear stress state in the singular stress field ahead of crack tips. Experimental investigations conducted on marble specimens show that the pure mode [I crack extension can be obtained when the dimen-sionless crack length a>0. 7 and the inclined crack angle 5°≤ψ≤40°. Normalized mode I and mode II stress intensity factors decrease from -0. 45 and 2. 47 at ψ= 5° to - 1. 65 and 1. 52 at ψ=40°, respectively. The strains at three points of specimen are also measured in order to investigate the influence of stress singularity on initi     

Fractured rock mass hydraulic fracturing under hydrodynamic and hydrostatic pressure joint action

According to the stress state of the crack surface, crack rock mass can be divided into complex composite tensile-shear fracture and composite compression-shear fracture from the perspective of fracture mechanics. By studying the hydraulic fracturing effect of groundwater on rock fracture, the tangential friction force equation of hydrodynamic pressure to rock fracture is deduced. The hydraulic fracturing of hydrostatic and hydrodynamic pressure to rock fracture is investigated to derive the equation of critical pressure when the hydraulic fracturing effect occurs in the rock fracture. Then, the crack angle that is most prone to hydraulic fracturing is determined. The relationships between crack direction and both lateral pressure coefficient and friction angle of the fracture surface are analyzed. Results show that considering the joint effect of hydrodynamic and hydrostatic pressure, the critical pressure does not vary with the direction of the crack when the surrounding rock stationary lateral pressure coefficient is equal to 1.0. Under composite tensile-shear fracture, the crack parallel to the direction of the main stress is the most prone to hydraulic fracturing. Under compression-shear fracture, the hydrodynamic pressure resulting in the most dangerous crack angle varies at different lateral pressure coefficients; this pressure decreases when the friction angle of the fracture surface increases. By referring to the subway tunnel collapse case, the impact of fractured rock mass hydraulic fracturing generated by hydrostatic and hydrodynamic pressure joint action is calculated and analyzed.     

On-line diagnosis method of crack behavior abnormality in concrete dams based on fluctuation of sequential parameter estimates

Research on on-line diagnosis method of crack behavior abnormality in concrete dams can provide support for timely grasping abnormality state of the crack itself and achieving real-time monitoring of the dam safety.Considering that samples of crack effects in concrete dams increase actually over monitoring time,a superiority criterion for the on-line diagnosis is determined so as to detect the abnormality moments timely and reliably.By integrating the safety monitoring statistical model of crack effect variable with change point theory,a fluctuation method of regression coefficients is established for the on-line diagnosis.In addition,each abnormality moment is detected by the cumulative sum of regression model residuals.Results indicate that abnormality of crack behavior in concrete dams can be characterized by structural instability of crack monitoring model.And causes of crack behavior abnormality can be analyzed by the established method,which will play an important role in dam safety monitoring.Further,taking the crack in a concrete gravity-arch dam as an example,the scientific rationality and validity of the established on-line diagnosis method are confirmed.     

开挖卸荷岩质坡体的断裂破坏机理

岩质坡体在开挖过程中的失稳破坏已成为道路工程领域日益严重的问题,目前有关卸荷坡体的断裂破坏机理还不清晰。为此,基于自然坡体实际结构特征,并结合岩石力学知识,首先分析了岩体原生裂纹在坡体开挖前后的应力状态。继而,借助断裂力学理论,解析了不同荷载模式下岩体裂纹失稳扩展的力学条件,探讨了求解裂纹扩展方向和规模的计算方法,构建结构面扩展贯通力学模型;最后,通过具体算例验证了模型的合理性。研究表明开挖岩质坡体的失稳是岩体内特定方向的原生裂纹萌生启裂并扩展贯通的结果,其本质是岩体应变能释放耗散与应力的调整过程。