基于坡角变化的反倾层状岩质斜坡倾倒变形离心模型试验研究

基于临空条件变化对倾倒变形斜坡影响的认识,以澜沧江古水水电站倾倒变形边坡为原型,通过3组斜坡模型的离心试验,模拟不同坡角条件下反倾层状斜坡的变形演化与破坏过程,获得坡角变化与倾倒变形发展演化之间的关系。研究结果表明:反倾斜坡倾倒破坏最先发生在坡脚位置,而后向上部发展。坡角越陡,产生这种变形需要的累积时间越短;反倾层状岩质斜坡倾倒变形演化过程可分为4个阶段:(1)斜坡岩体倾倒,斜坡后缘沉降;(2)坡脚岩层破裂,岩体"倾倒–弯曲"变形;(3)折断带从坡脚向坡顶延伸,坡顶岩体张拉破坏;(4)折断带延伸直至贯通,岩体"倾倒–折断"破坏;其它条件不变的情况下,坡度较陡的斜坡发生倾倒变形的范围更大,更可能在倾倒过程中产生多级折断带,造成斜坡破坏的能量释放不是一次性的;坡角的变化会导致斜坡最终失稳模式的差异,坡角越缓,倾倒变形斜坡更有可能演化成为整体滑移失稳,坡角越陡,岩体倾倒后出现崩塌的可能性更大。     

考虑岩桥断裂的岩质边坡倾倒破坏的流形元模拟

通过加入多裂隙扩展的跟踪模拟功能,将石根华博士提出的数值流形法进行扩充,使之既可以模拟块体系统的离散特性,又可以模拟完整岩体的拉裂与剪断。在用几个典型的简单算例验证算法及程序的收敛性和精度的基础上,对龙滩水电站左岸高边坡倾倒破坏离心机实验模型进行数值模拟,模拟中考虑1组贯通的陡倾角逆坡向构造和1组缓倾角顺坡向非贯通裂隙,模拟间断裂隙在外荷载作用下的扩展和岩柱的断裂。数值模拟的承载力和破坏模式均与实验结果吻合良好,可再现该类边坡倾倒破坏的机制,表明该方法与程序可以有效地模拟考虑岩桥作用的岩质边坡的倾倒破坏。     

反倾岩质边坡块状–弯曲复合倾倒破坏分析方法研究

由于岩石的脆性和节理的不规则性，块状–弯曲复合倾倒破坏是反倾岩质边坡最常见的倾倒失稳类型。首先通过离心模型试验揭示块状–弯曲复合倾倒的破坏机制，建立块状–弯曲复合倾倒破坏的力学模型，其次基于极限平衡理论，分别推导出了完整岩层和块状岩层稳定性的力学解析公式，并提出一种块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面搜索算法，最后，通过Matlab编程实现稳定性分析过程。研究结果表明：发生块状–弯曲复合倾倒破坏的边坡可以划分为倾倒区、裂缝区、变形区及无影响区，块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面呈台阶状，且破坏面的台阶高度等于块状岩层内块体高度的倍数；理论分析方法的计算结果与离心试验结果相互吻合；采用理论计算方法进行了影响因素分析，发现缓倾节理倾角及边坡坡角对倾倒Ⅰ区的破坏面范围影响较大，岩层厚度、抗拉强度及缓倾节理倾角对临界失稳高度影响较大。研究成果可为该类边坡的灾害防控提供理论支撑。     

工程岩体非线性蠕变损伤力学模型及其应用

 针对元件组合流变模型多半反映的是蠕变线性关系或发生加速蠕变时间过快的不足,根据工程现场压缩蠕变试验成果,提出工程岩体流变效应的损伤因子,建立非线性损伤黏弹塑性本构模型,通过ABAQUS编制程序并采用压缩蠕变试验的数值模拟,验证蠕变模型和编制程序的正确性。最后,将此非线性蠕变损伤模型应用于大岗山水电站地下厂房的施工开挖全过程的数值仿真,并对考虑损伤和未考虑损伤2种工况的计算结果进行对比分析,结果表明,考虑岩体损伤工况下的围岩体塑性屈服范围和程度、洞壁位移值趋势能更客观地反映工程岩体的变形和破坏特征。     

冲击荷载下复合岩体动力响应力学特性及本构模型研究

为研究工程中冲击作用下不同复合岩体的动力响应差异，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统和数字图像相关系统(DIC)，对煤–岩和岩–煤2种复合岩体进行不同应变率下的动态冲击试验，对比动力冲击后2种复合岩体的应力波传播特征、动态强度、能量耗散、破碎分形特征以及破坏模式。并建立考虑复合煤–岩特性的本构模型。试验和理论分析结果表明：在相同应变率条件下，2种复合岩体的入射能基本一致，由于应力波传播过程中冲击杆与岩–煤的波阻抗匹配优于煤–岩体，在应变率较小时岩–煤体的动态强度、耗散能明显大于煤–岩体，随着应变率的增加二者差别逐渐减小；复合岩体耗散能越大其破碎块度分形维数越大，表现出明显的线性相关；不同复合岩体在冲击作用下的破坏主要集中在煤体侧，且以劈裂破坏为主，受界面效应的影响，煤体侧裂纹会发育至岩体侧，从而发生贯通破坏。基于元件组合建立考虑应变率效应和损伤演化的本构模型，其结果与试验结果吻合较好，验证了构建模型的正确性。     

岩体破坏演化的物理细胞自动机(PCA)(Ⅰ)——基本模型

根据岩体的结构与破坏特征，建立了一种新的细胞自动机－－二维物理细胞自动机（PCA）的基本模型，由于该模型考虑了岩体材料的非均质性，非连续性和各向异性等特征，因此，可以有效地模拟岩体的破坏过程，该模型对进一步研究岩体的非线性特征具有重要的应用价值。     

倾倒稳定性分析及稳定性计算中的一些问题探讨

倾倒破坏是岩质边坡的主要失稳模式之一，主要发育在陡立或陡倾内层状岩体的陡边坡中。在我国西南地区此种破坏模式十分普遍。至今尚无对边坡倾倒破坏进行数值分析的成熟方法，极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法。文章对青川1#变形体的潜在破坏模式及其成因机制进行了分析，并选用中国水利水电科学研究院改进后的Goodman—Bray法针对其发生倾倒破坏模式的稳定性作定量计算，且进一步将计算中出现的一些问题联系实际进行探讨。     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

考虑结构面特性的层状岩体复合材料模型与应用研究

 层状岩体由于存在着定向结构面导致其破坏机制和变形行为与一般岩体相比,存在着显著的差异。为此,先通过独立考虑基岩和结构面的物理力学特性,提出层状岩体复合材料硬化–软化模型,以便用来描述这类岩体在强度和变形方面的各向异性以及渐进破裂(或滑移)特征。然后,采用VC++编程语言将该模型嵌入到FLAC3D软件中,从而实现非线性数值计算功能。通过与经典理论解和已有模型数值解进行对比,以及对单轴和三轴压缩试验的数值模拟,表明该模型在描述上述这些特征方面是合适的。同时,这些压缩试验的数值模拟结果给出不同围压和倾角情况下层状岩体的力学响应特征,并初步探讨这类岩体的破裂(滑移)机制。最后,将该模型应用于典型边坡工程和洞室工程中,所得结果可以较好地解释工程现场的变形破坏现象,且与工程实践基本相符,验证该模型在工程应用方面的可行性。     

三维大理岩弹塑性损伤及细观破坏过程数值模拟

目前对于岩石细观破坏的研究取得了一些进展,但在许多工程领域不能简单地采用弹性损伤模型分析,而要考虑岩石细观局部塑性变形对岩体强度和稳定性的重要影响.因此,基于应变空间理论导出弹塑性损伤细观模型,提出破坏单元网格消去法模拟裂纹扩展,程序自动删除损伤度为1的细观单元,使该单元在下一步计算中失去作用,利用高性能并行计算实现岩石三维破裂过程的数值模拟.对大理岩三点弯曲试样I型及I-II复合型裂纹的破坏过程进行数值模拟,研究裂纹穿晶和绕晶破坏问题,给出裂纹萌生、扩展过程及破坏形态,分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响.计算结果表明,考虑岩石细观局部塑性变形时的岩体稳定性要大于不考虑局部塑性时的稳定性,仿真试验和物理试验吻合较好,由此说明所提出的岩石弹塑性损伤破坏模型的正确性和有效性;裂纹尖端晶体强度影响穿晶和绕晶的破坏模式;破坏单元网格消去法解决有限元模拟裂纹扩展的难题,给出的模型和方法可付诸于实践.     

移动荷载下弹性半空间地基上矩形薄板的动力响应解析研究

基于三维弹性理论,先对位移表示的地基动力方程进行Laplace变换,再进行双重傅里叶变换,获得直角坐标系下弹性半空间地基受任意竖向动荷载作用下的Laplace变换域中的位移解析表达式;然后对地基上有限大矩形薄板的边值问题进行Laplace变换,并求得地基板的Laplace变换域中的含有未知地基反力的挠度解析解;最后结合板与地基的变形协调方程,完全求得弹性半空间地基板在移动荷载作用下的Laplace变换域中的解析解。在此基础上,利用Laplace数值逆变换得到地基板时间域内的动力响应。算例结果表明本文的研究方法是切实可行的。用该文方法可精确分析地基板在任意移动载荷作用下的动力特性。     

群桩－土－承台结构共同作用的数值分析

本文以有限层法和有限元法为基础，结合荷载传递函数，建立群桩－土－承台结构共同作用的线性和非线性数值分析方法。该分析方法考虑了地基土的成层非均质性和群桩中每一单桩的非线性工作性状等因素。算例和实例表明，在线性情况时，本文方法与建立在Ｍｉｎｄｌｉｎ解基础上的分析方法之间有较好的一致性；当计及非线性时按本方法计算所得结果与实测数据吻合     

多级配砾石土反滤设计方法试验研究

多级配砾石土反滤层工作机理及设计方法的研究，国内外均刚开始。本文通过试验研究，主要阐明以下几个问题：①反滤层研究的主要内容是确定极限反滤的等效粒径值。多级配土极限等效粒径的确定原则是在反滤进口能形成自滤的反滤层，从而保证土的渗透稳定性。②多级配砾石土是不均匀系数大于１００的土，具有较多无粘性土的渗透稳定性质，因此可以直接采用无粘性土反滤设计的一般数学模型。③控制粒径出现的机率不再是常数，它随土的渗透稳定性质而变化，文中给出了控制粒径确定的方法。④给出反滤层的设计准则     

1976年大石河尾矿坝地震反应分析

位于我国东北、华北地区的十几座大型尾矿坝成功地经受了１９７５年海城地震（Ｍ＝７．３）和１９７６年唐山地震（Ｍ＝７８，Ｍ＝７１）的袭击，这为研究上游法尾矿坝的抗震性能以及评价目前坝体地震反应分析、稳定分析方法的能力及其有效性提供了宝贵的经验与资料。本文采用二维真非线性有效应力动力反应分析程序ＴＡＲＡ－３，研究了位于唐山市东北约５０ｋｍ处具有代表性的大石河尾矿坝。计算结果与震后宏观调查结果相符，基本上再现了１９７６年大石河尾矿坝在唐山地震过程中的表现，从而也进一步验证了ＴＡＲＡ－３计算程序的有效性