裂隙岩体渗流场2损伤场耦合理论研究及工程应用

 博士学位论文摘要　以岩体结构控制论为基础, 把裂隙岩体看作由离散介质和拟连续介质岩体组成的复杂介质岩体。从理论分析和数值模拟两个方面, 对地下水的渗流场与裂隙岩体的损伤场之间的相互作用机理进行了深入系统的研究, 具体工作有以下几个方面:(1) 从地质学、岩体力学、统计学的角度出发, 定量化分析了岩体裂隙的几何特征和裂隙岩体渗透特性,为渗流场与损伤场的耦合研究奠定了基础。(2) 基于Betti 能量互易定理, 系统研究了应力场与渗流场共同作用下的岩体损伤演化机制, 建立了考虑渗透压力的三维含水裂隙岩体脆弹性和弹塑性断裂损伤本构模型和损伤演化方程。研究结果表明:渗透压力可显著提高裂隙尖端应力强度因子, 增加岩体的柔度, 降低岩体强度, 对裂隙岩体的力学特性具有明显的削弱作用。(3) 从岩体裂隙变形角度出发, 建立了三维应力作用下考虑渗流与变形耦合效应的单裂隙渗流物性方程, 从理论上推导了拟连续介质岩体渗透张量表达式。基于岩体裂隙的损伤变形, 提出了裂隙岩体渗透张量演化方程。(4) 以岩体结构力学为基础, 根据裂隙发育规模与工程尺度的关系, 建立了非稳态裂隙岩体渗流模型。该模型充分体现了主干裂隙在渗流中的强导水作用和网络状裂隙的贮水功能与渗流滞后效应。与以往研究成果相比, 克服了单纯离散介质渗流模型工作量大和拟连续介质渗流模型不能正确反映裂隙水力学特性的缺点。本文还对渗流分析中存在的若干问题进行了研究。(5) 针对岩土工程中大小裂隙共存的特点, 建立了包含离散介质和拟连续介质的裂隙岩体水力学模型,并自行开发了相应的有限元软件CPSS3D。(6) 将本文所建裂隙岩体水力学模型应用于某水利工程的高边坡开挖中, 计算结果表明, 该模型具有较好的实用性与可靠性。     

裂隙岩体渗流场与损伤场的耦合分析

通过引入渗透压力附加柔度张量的概念以及考虑渗透张量的演化行为，详细研究了裂隙岩体渗流与损伤变形的相互作用机理。在此基础上建立了基于两场耦合的裂隙岩体渗流损伤模型。工程算例结果表叫，当存在地下流体流动时，渗流对岩体变形破坏以及损伤变形对岩体渗流场的影响是不可忽略的。     

裂隙岩体渗流–损伤–断裂耦合模型及其应用

 从岩体结构力学和细观损伤力学的角度出发,根据裂隙发育与工程尺度的关系,建立合理且适用的裂隙岩体渗流–损伤–断裂耦合数学模型,该模型能真实反映渗流场与应力场耦合作用下裂隙岩体的损伤演化特性,并能模拟由于渗透压的存在和变化引起的拟连续岩体内翼形裂纹的开裂、扩展和贯通等损伤演化特性和高序次贯通裂隙的张开、闭合。建立考虑渗透压力的三维含水裂隙岩体弹塑性断裂损伤本构方程和损伤应力状态作用下流体渗流方程,给出该数学模型的求解策略与方法,开发裂隙岩体渗流–损伤–断裂耦合分析的的三维有限元计算程序DSDFC.for。该计算程序能模拟岩体分步开挖、应力和渗流边界的动态变化,对裂隙岸坡蓄水加载过程进行渗流–损伤–断裂耦合分析,发现水库蓄水后岸坡山体的竖向抬升,随水位上升岸坡破损区增大,断层塑性区向岸坡深部扩展,与裂隙渗流比较,拟连续岩体渗流滞后。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析研究

基于离散单元法能够充分考虑到岩体结构的不连续性,适用于解决节理岩石力学问题,本文建立离散介质贺连续介质耦合的渗流模型,模拟裂隙岩体渗流与应力耦合迭代过程。该方法能较客观地反应了岩体变形的真实特性,应用该方法对一混凝土坝进行计算。能够较好的切合实际,具有一定工程实际意义。     

锦屏二级水电站深埋引水隧洞稳定性研究

裂隙岩体的渗流应力耦合机理是岩体水力学的研究重点。基于多孔介质有效应力原理,以体积应变为切入点,建立了考虑岩体变形特性的渗透系数动态演化方程和弹塑性耦合损伤本构模型,并将所建立的本构模型编制程序导入到大型商用有限元程序ABAQUS,研究锦屏二级水电站深埋引水隧洞运营期围岩和衬砌的受力和变形特征。研究成果表明:考虑渗透系数动态演化的力学模型可以更好地反映隧洞运营期衬砌的外水压力特征,比不考虑渗透系数动态演化的计算结果更加合理,由于锦屏4个引水隧洞的间距较大,隧洞开挖和运行放水所产生的裂隙损伤演化区没有形成贯通区域。     

裂隙岩体渗透张量的对称性证明及主渗透性推导

裂隙岩体具有显著的各向异性和非均质性的特点,研究时主要分为等效非连续介质模型、等效连续介质模型和孔隙–裂隙双重连续介质模型3种情况考虑。岩体渗流参数是岩体渗透特性的量化形式,是连续介质模型求解裂隙岩体渗流场的基础。基于裂隙岩体的性质及工程设计方面的考虑,经常把裂隙岩体当作各向异性的多孔连续介质来处理,而渗透张量的对称性是连续介质的标志。各类教科书缺乏渗透张量的对称性证明,而是直接使用这一结论。,为更加深入地理解裂隙岩体渗透张量的本质,证明含有单个裂隙、单组裂隙或多组裂隙的裂隙岩体的渗透张量的对称性,阐明渗透张量的主轴与主渗透性以及水力梯度与渗透流速的关系,进而推导出渗流控制方程。     

岩体结构面HM耦合分析的界面层模型

结构面对岩体力学性质、渗透特性及水力(HM)耦合过程起控制作用,其变形、渗流及HM耦合机制是岩体多场耦合研究的关键科学问题.从岩体HM耦合分析的角度,将结构面概化为界面层,采用张开度、刚度或Lame常数等参数表征界面层的几何特征及物理力学特性,研究界面层在法向应力作用下的闭合变形特性、压剪作用下的剪胀与剪缩演化规律以及变形与渗流耦合特性,建立考虑弹性、弹塑性及峰后力学特性的界面层变形模型,推导能考虑HM耦合效应的渗流广义立方定理及非饱和渗流模型.研究表明,基于界面层的结构面变形、渗流及HM耦合模型可以得到试验验证,模型参数可以通过简单的试验获得.采用界面层模型进行HM耦合研究使得变形与渗流分析建立在相同的物理模型基础上,有利于更好地揭示岩体HM耦合机制,提高多场耦合分析的可靠性.界面层模型不仅可应用于不连续介质的HM耦合分析,也可用于等效连续介质的HM耦合分析.     

拱坝和坝肩岩体的力学和 渗流的耦合分析实例

以建筑在复杂岩基上的龙羊峡水电站重力拱坝和坝肩岩体的力学、渗流及其耦合分析为例，说明采用本文提出的导水断层和主干裂隙的离散介质和多组节理岩体的等效连续介质的混合模型求解复杂岩基的裂隙渗流场，采用等效连续介质模型和特殊的断层及软弱夹层的有限元相结合的方法求解复杂岩基的力学场，依据断层和多组节理岩体的等效渗透系数与复杂应变的耦合关系分析力学—渗流的耦合作用的模型、计算方法和程序是合理实用的     

广义双重介质岩体水力学模型及有限元模拟

根据裂隙发育规模与工尺度的关系,将裂隙岩体看作是由离散介质和拟连续介质组成的广义生介质岩体,提出了广义双重介质岩体水力学模型,并对其有限元解法进行了较为详细的研究。其中对拟连续介质地体的裂隙展布按分形理论进行模拟。最后以王庄矿３＾＃煤层的注为算例,验证了该模型基本上是合理的、可行的。     

多裂隙岩体三维加锚损伤断裂模型及其数值模拟与工程应用研究

 博士学位论文摘要　利用断裂力学理论、损伤力学理论和三维非线性有限元数值分析方法系统研究了断续多裂隙岩体的力学变形特性、强度特性和空间损伤岩锚支护效应。(1) 根据断续节理面几何特征的概率统计模型, 推导出了节理面主要几何特征参数的数学计算表达式, 为正确分析裂隙岩体的力学变形特性提供了重要的节理面几何特征参数保证。(2) 根据节理裂纹压剪应力场中的扩展变化过程和扩展过程中的能量转换与能量变化, 建立了多裂隙岩体的能量损伤演化方程。(3) 根据脆性岩体的损伤变形机制, 建立了脆性岩体在初始损伤和损伤演化状态下的三维脆弹性损伤断裂本构关系。(4) 考虑多裂隙岩体的损伤变形机制, 通过引入有效应力反映损伤与塑性变形的耦合效应, 并根据能量损伤演化方程、不可逆热力学定律、广义正交法则和塑性损伤一致性条件建立了多裂隙岩体在初始损伤、损伤演化和塑性损伤变形状态下的三维弹塑性损伤本构关系。(5) 根据锚杆、锚索对裂隙岩体的支护、加固作用机理, 建立了多裂隙岩体锚杆支护的空间损伤岩锚单元支护模型和锚索加固的空间加索损伤岩体联合作用模型。(6) 根据脆性岩体的断裂破坏机制, 建立了脆性裂隙岩体的起裂准则和初裂强度计算公式, 并推导出了成组有序分布的平面裂隙岩体和三维币状裂隙岩体的脆性断裂破坏强度计算公式。(7) 将上述损伤断裂本构模型和岩锚支护、加固作用模型编制成三维非线性有限元计算程序, 应用于三峡船闸高边坡开挖卸荷稳定分析, 获得了较为满意的计算结果, 验证了模型的有效性和正确性。     

AND SO ON,AND

…aporia is not something negative, not something which in fact paralyses us. but on the contrary it is an ordeal, a test, a crucial moment through which we have to go, even if we are stuck, we have to experience this moment of aporia in order to make a decision, in order to take responsibility, in order to have a future, and so on and so forth.¹     

高与低,快与慢,新与旧

城市美是城市规划的任务。本文讨论高低层建筑的部局 ,速度与视觉的关系以及集体记忆的形成     

岩爆及其判据和防治

 岩爆研究可以追溯到18世纪上半叶。迄今为止,虽然诸多科研成果已经问世,但岩爆仍然是一个世界性难题。作为一般性的论述,首先提供一些背景材料,涉及到国内外一些工程实例、研究方法等。然后,叙述国际范围内常用的一些岩爆判据和岩爆分级方法;论述岩爆的预测和预报;对岩爆防治,包括应力解除钻孔、注水湿化和锚固等方法进行综述。最后,对锦屏二级水电站辅助洞发生的岩爆实例进行重点介绍,并在综合已有资料的基础上对岩爆判据、分级及防治等提出意见和建议。     

滑坡分析及防治的研究现状及展望

总结了国内外滑坡研究的现状,分析了目前存在的主要问题,为进行滑坡形成机理、分析防治等研究提供了综合性的指导和建议。     

延续与开创:EMBT的前世今生

2012年6月21日,西班牙已故建筑师、EMBT建筑事务所创始人恩里克·米拉耶斯基金会于巴塞罗那成立。为庆祝该基金会的成立,同时也为纪念恩里克·米拉耶斯逝世十二周年(2012年7月3日),本刊特邀西班牙建筑师、米拉耶斯生前好友弗朗西斯科·佩纳先生为本刊EMBT专辑撰稿。此文原文为西班牙语,经本刊编辑部翻译成中文和英文。文中注释为本刊编译者加注。     

雅致而不失浪漫,朴实又透着天真——王小工作品评论

＂勒柯布西耶式的粗框眼镜,黑色的鸭舌小帽,谈起建筑时激情洋溢的神情和浑厚的音色……＂这是建筑师王小工在我脑海中最初的一些印象片段,后来有幸与王小工在一起共事,对他和他的建筑作品便也有了进一步解读的机缘。     

能耗、生物气候建筑与建筑师

在生态设计的时代 ,建筑师如何考虑能耗问题至关重要。在此 ,讨论了建筑能耗 ,建筑设计中的能耗与生态环境之间的关系 ,以及如何提高建筑能效。生物气候建筑是追求舒适、健康、高效率、低能耗的绿色建筑 ,是通向可持续的未来建筑。     

关于目前招投标中存在的问题及对策

目前在招投标活动中,业主单位常采取一系列手段保护自身利益,违规操作,明招暗定,搞虚假招标。投标单位为了竞争取胜,也采取了一些违规行为,扰乱建筑市场秩序。有些地方监督部门不严格监督招投标各方的行为。文章分析问题产生的原因及带来的危害性,提出了相应的对策,力求引起社会各界的高度重视,不断改进和完善我国招投标管理制度。     

管治及城市与区域管治——一种新制度性规划理念

管治 (Governance)作为一种在政府与市场之间进行权利平衡再分配的制度性理念 ,已经愈来愈成为全球性的共同课题 ,并迅速渗透到城市与区域规划的具体行动中来。文章探究了管治概念的由来与本质 ,分析了管治理念在城市与区域规划中的体现 ,也客观评价了其局限性 ,为我国相应的研究与实践提供了先期借鉴     

中小学楼梯事故分析与防治

近几年，在全国发生的中小学生拥挤踩踏事故中，83％发生在楼梯间，事故多是由楼梯问内学生拥挤导致栏杆倒塌引起的，故楼梯栏杆设计时不能仅在建筑设计中做构造处理，更应对其进行受力分析和强度、刚度验算。