地下洞室围岩可靠度的敏感性计算

综合考虑初始地应力、渗流荷载以及岩体材料参数的随机性,采用非线性有限元的初应力法,基于偏微分技术,模拟地下洞室施工开挖步序,提出了地下洞室围岩可靠度对随机因素敏感性的计算方法,并对某一实际工程进行了计算,可以看出不同因素对围岩可靠度影响的差别很大。     

土的三维应力再分配方法和非线性地震反应分析

倘若用有限单元法来分析上-结构系统,单元的数量可达几百个甚至上千个。这样,要每一步用不同的刚度重新组成新的刚度矩阵来求解运动方程的话,即使在大型计算机上也很难实现非线性地震反应分析。本文提出上的三维应力再分配方法,找出非线性和线性分析之间的不平衡应力;然后,应用荷载转移法对三维上-结构系统作地震反应分析。在整个计算过程中,只需要对刚度矩阵进行一次逆运算,节省了大量的CPU时间。计算结果表明本文提出的再分配方法具有良好的收敛性。     

高精度非线性平面应力单元的研究与应用

采用共旋坐标法导出了四边形平面应力单元在大转动、小应变条件下的几何非线性和材料非线性的单元切线刚度矩阵，在此基础上编制相应的有限元程序；对有解析解的例题计算表明，提出的共旋坐标法四边形平面应力单元的列式、程序具有较强的非线性分析能力；还对单跨石拱桥进行了受力全过程分析，计算结果提供了对小跨度石拱桥非线性性能的更多的了解，可供工程设计人员参考。     

桐柏抽水蓄能电站地下洞室群开挖的三维非线性仿真计算

对桐柏抽水蓄能电站地下洞室群开挖过程进行了三维非线性有限元计算和分析,得到了各工况下洞室开挖后围岩的变形和应力状态以及锚杆的应力数值,同时分析了塑性区的发展过程和分布范围。从而全面地了解洞室在施工过程中的变形和受力特征．掌握了洞室开挖过程中的稳定性特征。计算结果不但为桐柏抽水蓄能电站地下洞室的设计、监测和施工提供有价值的研究成果,具有重要的参考价值,而且所采用的方法和计算策略,对于同类工作也具有较大的参考作用。     

地应力渗流共同作用下洞室围岩加锚稳定的可靠度计算

考虑初始地应力、渗流荷载、岩体和锚杆 (索 )参数随机性影响 ,模拟施工开挖步序 ,提出了地下洞室围岩稳定的非线性随机有限元法和可靠度计算方法 ,在计算出可靠度的同时还可得出围岩和加锚元件变形、应力的均值和标准差 ,文末对某一实际工程进行了计算和分析 ,得出了若干有益的结论。     

花凉亭土坝应力应变分析

本文对已建成的花凉亭土坝静应力应变进行有限单元非线性分析,以便探讨粘土心墙砂壳混合式坝型的坝体固结情况及心墙、铺盖的应力状态,并对花凉亭土坝心墙纵向裂缝成因进行了综合分析。非线性弹性模型参数E,μ,系采用邓肯-张所建议的方法确定,加荷卸荷过程模拟了施工和运行过程共分11级,包括坝的分期填土、水位涨落（加荷与卸荷）、渗透压力变化和土体湿化等。单元划分选用了四边形单元,计算方法采用中点增量法,并考虑了沉降量修正和破坏单元的应力调整。将计算成果与原体观测资料作了比较。最后,对计算方法和坝体安全进行了初步评价。     

水布垭枢纽地下厂房施工开挖与加固的数值模拟

通过非线性有限元计算,对水布垭电站地下洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响;在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出了评价.     

某地下厂房施工过程中突发性破坏的分析及对策

对某水电站地下厂房洞室群施工过程中的一次突发性塌方，作了简介和分析。采用节理裂隙岩体非线性有限元法对洞群施工过程进行了跟踪模拟仿真计算，并与现场监测资料对比进行反馈分析。同时对高地应力裂隙岩体中大型洞群各洞室间的相互关系、变形规律、破坏特征及原因，以及相应工程对策提出了新的见解和建议。     

岩溶介质中深埋洞室围岩应力弹性解析及应用研究

跨入21世纪,伴随城市轨道交通、高速铁路等基础设施项目陆续开工建设,地下工程亦迎来其发展春天。工程建设经验表明,岩土体中常孕育有天然洞室或洞室群,故工程施工前、后均有必要掌握洞室围岩应力分布。从理论上来看,洞室围岩应力问题可归结为求解单(多)连通域的应力分布。复变函数中的共形映射可将复杂面域方便地映射到单位圆域,因此,复变函数法是解决单(多)连通域应力问题的绝佳选择。结合广东省公路管理局科技项目(粤公研2011–14)、湖南省交通厅课题(201225/201227)及湖南省研究生科研创新项目(CX2013B078),依托韶赣(韶关—赣州)高速公路白山隧道工程,以溶腔、隧洞与围岩为研究对象,基于弹性复变理论及广义平面应变理论,对无限岩土体含一个、两个或多个洞室时围岩应力问题展开研究,主要工作及成果如下:(1)基于平面弹性复变理论,构建了深埋含内压单洞室、双椭圆洞围岩应力计算模型,推导了围岩域的复应力函数表达式,探讨了单洞室围岩应力随内压p、孔形参数m及侧压系数λ的变化规律,分析了双椭圆洞室中不同内压、不同相对孔位对孔口应力的影响,揭示了孔口的最大切向应力??,max随洞室内压增大的变化规律。(2)以弹性复变函数法为基础,给出了单洞室、双洞室及任意数量洞室的环形与完全填充加固问题力学计算模型,推导了围岩、加固域及二者接触界面的复应力函数表达式,再结合具体算例对理论推导结果进行了分析和验证,并探讨了不同的加固方式与材料对洞室围岩及材料的应力分布影响。(3)基于广义平面应变理论,建立了有限厚板含单个贯通圆孔时孔口三维弹性应力计算模型。将三维应力问题的控制方程转化为由平面应力分量表示的控制方程后,探讨了将含单圆孔的空间力学问题简化为平面力学模型对应力结果的影响,并分析了孔口应力集中系数与厚径比⊿、泊松比μ的关系。(4)以白山隧道多溶腔区段为依托,结合任意洞室完全填充加固后复应力函数表达式的推导过程与成果,求解了用水泥砂浆、强度等级为C15混凝土及M7.5浆砌片石分别对溶腔完全填充处治后的围岩应力,展示了将理论推导结果用以解决实际工程问题时的操作方法与流程;同时,对用3种材料分别处治溶腔时隧洞开挖及支护施作与否的围岩稳定性进行了判定,并对比分析了溶腔填充加固与隧洞支护结构对溶腔及隧洞周边应力的抑制效果。     

基于突变理论的水封储油洞室稳定性分析

据洞室围岩破坏的非线性特点,考虑到储油洞室失稳破坏问题是一种突变问题,运用Hoek-Brown强度折减法及突变理论,得到了洞室围岩强度折减系数与突变特征值的关系,然后根据突变特征值给出了水封储油洞室围岩的稳定性安全系数,最终建立了基于Hoek-Brown强度折减法的水封储油洞室稳定性分析的突变模型,克服了Mohr-Coulomb强度折减法不能描述岩体非线性破坏特征,以及单纯使用强度折减法计算中不能精确量化失稳判别准则的缺点,提高了洞室安全系数模拟计算精度。将本文所建立模型的结果与已有模型的计算结果进行了对比,并利用上述模型分析了洞室埋深、孔隙水压力、洞室间距和蠕变时间等因素对水封储油洞室稳定性的影响。计算结果表明:基于Hoek-Brown强度折减法建立的突变模型具有很好的实用性,可以满足实际工程计算精度要求;水封储油洞室的安全系数随着洞室埋深、孔隙压力、蠕变时间增加而降低,随着内洞室间距的增加而增加。     

一组节理的岩体中开挖圆形洞室应力重分布的数值模拟

以往在研究洞室开挖引起围岩的应力重分布时,多从均质连续的角度出发来研究受力条件和洞室形状对围岩应力分布的影响.但近年来研究表明岩体应力的分布是受岩体结构及岩体特征所控制的.而工程岩体中普遍存在着大规模的结构面或其他软弱裂隙面,这些结构面在很大的程度上影响着围岩的应力重分布.文章试图运用离散单元法数值模拟分析了一组节理结构面对洞室应力的重分布的影响规律.     

一组节理的岩体中开挖圆形洞室应力重分布韵数值模拟

以往在研究洞室开挖引起围岩的应力重分布时,多从均质连续的角度出发来研究受力条件和洞室形状对围岩应力分布的影响。但近年来研究表明岩体应力的分布是受岩体结构及岩体特征所控制的。而工程岩体中普遍存在着大规模的结构面或其他软弱裂隙面,这些结构面在很大的程度上影响着围岩的应女重分布。文章试图运用离散单元法数值模拟分析了一组节理结构面对洞室应力的重分布的影响规律。     

基于有限变形理论的ANSYS几何非线性算法缺陷分析

基于有限变形理论对ANSYS定义的应变、应力与物体真实应力之间的关系、位形、不平衡力的几何非线性计算等方面进行了详细分析,并针对ANSYS中的杆件单元Link8和平面单元Plane42,通过算例计算结果与理论解的对比,指出了ANSYS几何非线性算法的不足,即在计算过程中没有考虑到应变、应力的共轭关系,只是一种近似的非线性计算.     

基于响应面法的地下洞室结构可靠度分析

针对大型复杂地下洞室结构可靠度分析中功能函数不能显式表达的特点，提出了基于三维非线性有限元与响应面法、JC法相结合的可靠度计算方法。以映秀湾水电站地下厂房为例，根据三维非线性有限元对各随机变量分位点值的计算结果，采用D—P准则，构建了映秀湾水电站地下厂房洞室结构的功能函数，推导了响应面函数、应力分量偏导函数、顶拱混凝土各随机变量偏导函数、地下洞室岩体随机变量偏导函数，并应用JC法计算了其结构可靠度指标。结果表明，厂房顶拱β值一般为1．5～4．8，总体水平偏低，且β低值区主要分布在顶拱纵轴线右侧区域，范围较大，为其主要开裂区。经检验，计算成果与实际监测数据一致，精度满足工程要求。该方法计算效率高，实用性强，是大型地下洞室结构及复杂水工结构可靠度分析的良好途径。     

气肋膜结构动态折叠建模方法研究

建立充气膜结构初始瘪气状态的折叠模型是进行充气仿真的基础.动态泄气倒塌分析是获取复杂结构初始折叠模型的基本建模方法之一.以气肋膜结构为例,基于控制体积法,研究了有限元分析中单元类型、数量及三种倒塌算法对计算效率、折叠效果及单元变形等的影响.结果表明,三角形膜单元计算耗时少,但计算结果收敛慢;随单元数量上升,计算耗时呈非线性快速增长,收敛效率则呈非线性递减;压应力消除法倒塌计算慢、体积压缩困难、表面积收缩大,不适于建立初始折叠模型;过载法计算快、体积压缩极快、表面积变形极小,可用于建模,但折叠形态不佳;在综合应力消除法和过载法的基础上,提出适于建模的混合法,实现了较优的计算效率和单元变形控制,且折叠形态较自然.     

地下厂房围岩稳定分析若干问题探讨

地下厂房稳定分析首先要确定围岩变形破坏运动类型。本文按照四种岩石力学条件从工程实践中归纳了五种变形破坏运动类型,以便在设计阶段进行初步判断和选择岩体力学模型,并以三峡工程地下厂房为实例,着重研究了块体结构的围岩稳定分析方法。在建立围岩力学模型时,要结合地下洞室的尺寸处理不同规模的不连续面。三个方向的应力对块体稳定性的响影同样重要,在没有条件使用三维有限单元法时,可用全空间赤平投影法与二维有限单元法结合计算。研究结果表明,在设计地下洞室方向时,不仅要考虑初始应力的方位,同时还应考虑软弱结构面的方向。     

膜结构的荷载分析

本文采用非线性曲面膜单元和曲线索单元编制了膜结构内力计算程序,对实际制作的模型在风荷载和雪荷载作用下应力、位移的变化规律及皱折处理的方法作了研究,得到了结论对实际工程设计很有帮助。     

直接分析法中的二阶弹塑性分析

直接分析设计法,是一种通过在数值模型上更加精确地表征结构真实形态,采用非线性分析来获取结构的响应,不需要计算长度法进行构件受压稳定承载力验算的先进方法。该方法对数值计算提出了更高的要求,需要考虑几何非线性和材料非线性。因此,亟需针对直接分析设计法相关的基础理论展开研究。本文主要探讨适用于直接分析法的二阶弹塑性分析,介绍了一种基于柔度法的高性能梁柱单元(FBMI)。该单元采用力的平衡关系作为形函数,具有较高的精度。同时,该单元不仅能考虑轴力和弯矩的相互作用,且在单元推导过程中直接使用函数表征构件的几何初始缺陷,满足规范的相关要求。运用基于纤维截面技术的塑性区法,能够显式地考虑钢构件残余应力的影响,较为精细地模拟构件沿截面方向和沿构件方向的屈服过程。     

高尾矿坝的地震液化和稳定分析

本文采用静力有限单元法和动力有限单元法,考虑到尾矿材料的静力非线性和动力非线性,分析了德兴铜矿4号高尾矿坝的静应力和动应力,然后根据尾矿的动三轴液化试验资料,分析了该坝在8度、9度地震时的液化情况和地震稳定性,并推断当7度地震时可能发生的情况。 文中对于地震产生的孔隙水压力作了近似分析,并对坝体在地震作用下的稳定性作了一般性分析。     

三维地下洞室的动应力集中

本文用半解析边界元方法分析无限介质中具有任意截面形状的有限长洞室在瞬态应力波作用下动应力集中问题。通过一种新的坐标变换将复杂截面形状的地下洞室映射成圆柱形洞室,利用半解析边界元法对圆柱洞室作一维数值分析即可。文中计算了圆柱、椭圆柱、3/4圆弧截面地下洞室的动应力集中,讨论了地下洞室的长跨比效应和截面形状改变对动应力集中系数的影响。