Hopkinson动态破裂试验的高阶数值流形方法模拟

根据数值流形方法的基本原理，借鉴有限元方法的基本思想对二次位移函数数值流形方法的扩展进行了阐述，推导了数值流形方法在动力学问题中的基本求解格式.同时在介绍数值流形方法在计算裂纹产生、扩展方法的基础上，利用数值流形方法对典型的Hopkinson 动态破裂试验进行了模拟，结果再现了材料的破坏过程.最后通过与理论计算结果进行比较分析，说明数值流形方法是一种可以很好地用来模拟材料动态破坏过程的新型数值计算方法.     

工程岩体不连续变形分析的几种方法

详细介绍工程岩体不连续变形分析的离散元法、有限单元法、边界元法、当量体法和数值流形方法,及在工程岩体不连续变形分析应用中的优点和不足。     

Hopkinson破裂的理论分析与数值模拟

Hopkinson破裂是一种典型的应力波反射拉伸破坏现象,而目前有限元方法还不能很好地对这一现象进行模拟。在阐述数值流形方法的基本原理的基础上,利用其相应的程序对这一现象进行了模拟。模拟结果与理论分析结果相当吻合,这充分说明了数值流形方法在分析材料破坏问题方面的有效性。     

分形几何在研究层状岩体断裂滑落中的应用

应用分形几何研究了层状岩体断裂滑落的分形几何特征，并建立了层状岩体断裂滑落的分形模型，研究结构表明，分形维数值的大小与岩体层理面、节理面的分布及其力学特性密切相关，且最低的分形维数通常出现在层状岩体即将发生滑落之处，故可用分形维数的变化预报层状岩体的滑落。此外，还结合块体理论解析法实例，分析了巷道周围层状岩体的断裂滑落，其结果与分维理论分析结果一致，为进一步研究地下开采引起的采场围岩移动，乃至地表     

基于动态加速度显式数值流形法的边坡稳定性分析

为增强数值流形法（Numerical Manifold Method，NMM）处理大规模非线性动力学问题的精度，借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势，同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连 续问题的特点，提出了动态加速度显式数值流形法。定义加速度在单个时间步长内呈线性变化，推导了动态加速度显式积分算法公式，并进行了动态加速度显式数值流形法稳定性测试，最后将该方法应用到某露天矿 岩质边坡稳定性分析中。研究表明：当程序运算总时步数越多，块体数目越多时，动态加速度显式数值流形法相较于传统NMM的优势越明显，进一步印证了该方法在处理大规模非线性动力学问题的可行性。露天矿边坡 失稳模式为中上部推移式滑坡，考虑到滑坡体厚度约为30 m以及滑坡体的实际状况，推荐采取对滑坡体及失稳面进行注浆加固的方式，增强其自承载能力来提高其稳定性，进而也可支撑滑坡体后方边坡。     

基于动态加速度显式数值流形法的边坡稳定性分析

为增强数值流形法（Numerical Manifold Method，NMM）处理大规模非线性动力学问题的精度，借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势，同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连 续问题的特点，提出了动态加速度显式数值流形法。定义加速度在单个时间步长内呈线性变化，推导了动态加速度显式积分算法公式，并进行了动态加速度显式数值流形法稳定性测试，最后将该方法应用到某露天矿 岩质边坡稳定性分析中。研究表明：当程序运算总时步数越多，块体数目越多时，动态加速度显式数值流形法相较于传统NMM的优势越明显，进一步印证了该方法在处理大规模非线性动力学问题的可行性。露天矿边坡 失稳模式为中上部推移式滑坡，考虑到滑坡体厚度约为30 m以及滑坡体的实际状况，推荐采取对滑坡体及失稳面进行注浆加固的方式，增强其自承载能力来提高其稳定性，进而也可支撑滑坡体后方边坡。     

数值模拟中煤岩层物理力学参数确定的研究

将数值模拟确认为相似模拟的一种，并在此基础上，结合现场观测数据和相关理论研究成果，应用正交试验法，建立了一种用以确定数值模型中煤岩体物理力学参数的较为有效实用的方法，应用此方法可以使得数值模拟参数合理化，使模拟结果接近真实的反映煤岩层变形和破坏行为。     

巷道位置对岩体工程结构失稳破坏的影响

本文论述了岩体工程问题数值模拟的原理和方法，并针对具体矿井的某采区，采用计算机数值模拟方法，分析研究了巷道位置对岩体工程结构失稳破坏的影响规律，这一工作旨在为设计巷道位置提供力学依据。     

加锚岩体复合弹模的研究

为研究岩体加锚的物理效应,将被全长粘结锚杆加固的岩体当作一复合体,根据其受力后变形的特点,利用弹性力学理论推导了该复合体在锚杆的轴向和垂直锚杆轴向的弹性模量,并利用界面元法进行了数值计算。理论分析和数值计算均表明,加锚能提高岩体的弹性模量。通过对这两种方法计算结果的比较分析,给出了实用的简化计算公式。     

不同侧压下两种断面形式隧道裂纹演化的流形元法模拟

本文应用二阶流形元程序对不同围压下两种隧道断面形式(圆形和直墙拱形)的裂纹起裂与扩展进行了数值模拟。模拟现象与理论分析相符;隧道裂纹演化规律不仅与侧压系数有关,而且还与隧道的几何形状相关;验证了裂纹演化过程中初始裂纹和远区裂纹的存在。说明流形元法在隧道工程的设计方面是一种可行的方法。     

工程岩体力学参数的模糊选择

利用模糊数学对工程岩体给出模糊综合评判。以此，对围岩计算参数提出了一种较简便的确定方法，可供围岩数值分析使用。     

节理岩体爆破破坏模式的机理分析及数值模拟

节理的存在是岩体明显区别于岩石的一个重要特征,也是导致岩体具有非均质性及各向异性的一个重要因素。在对节理影响岩体爆破破坏模式的机理进行分析的基础上,利用能够很好模拟岩体内节理分布及裂纹产生与扩展的一种新的数值方法--数值流形方法,对3种不同节理岩体,即无节理岩体、均布水平节理岩体、均布垂直节理岩体等在均布于垂直于圆周方向上的爆炸荷载作用下的破坏过程进行了模拟。由模拟结果可以明显看出,节理的存在对岩体的破坏模式起到了关键性的控制作用,完整岩体的破坏形式呈现出了很好的对称性,而水平及垂直节理岩体的破坏模式在很大程度上是受到节理分布的控制。     

基于改进NMM的深部煤巷围岩碎胀大变形模拟研究

深部煤巷围岩碎胀大变形是一个从峰前损伤扩容到峰后破裂碎胀的连续-非连续渐进破坏演化过程。本文以数值流形方法为基本架构,发展了深部煤巷围岩破裂碎胀大变形模拟预测分析方法,主要进行了4个方面的研究:①在数值流形方法中植入Voronoi随机多边形环路自动生成算法,基于该几何表征方法发展了能够考虑岩体非连续面黏聚力和张拉强度的界面接触计算模型,构建了基于界面接触模型的岩体破裂算法准则;②构建了基于显式积分格式的数值流形算法,并引入Voronoi随机多边形环路自动生成算法和界面接触计算模型,搭建了基于Voronoi多边形环路构型的显式数值流形方法;③在上述算法改进的基础上,发展了基于软化单元法和删除单元法的煤巷开挖卸荷模拟算法;④基于上述改进的数值流形方法,对深部煤巷开挖卸荷作用下围岩渐进破坏演化规律与碎胀大变形力学行为特征、以及最终开挖损伤区的形成与分布特征等进行研究。研究结果表明,上述改进方法能够实现深部煤巷围岩复杂多裂纹扩展路径的模拟,并在同一架构下对围岩峰前损伤扩容连续变形-峰后破裂碎胀非连续变形进行仿真分析;通过该方法能够较好地对深部煤巷开挖卸荷作用下围岩破裂碎胀行为特征、围岩径向收敛变形特征以及最终形成的EDZ分布特征进行预测分析。     

不同等级岩巷力学参数赋值与素喷支护效果评价

优化支护设计和改善支护效果是新时代矿山发展的迫切要求，但目前金属矿山巷道支护设计规范欠缺，设计与施工方案主要依靠简单的经验公式，缺乏相应的理论基础。在Hoek Brown强度准则和地质强度指标GSI的理论基础上，实现了岩体质量等级力学参数随机赋值，提出了支护效果安全系数计算方法，对不同等级岩巷素喷支护进行了数值模拟分析。将模型计算数据与大数据统计分析相结合，建立了不同岩体等级、不同支护厚度与支护效果最小安全系数的经验表达式。研究表明：基于强度理论对围岩力学参数自行赋值，结合数值模拟软件可分析岩巷支护效果；通过确认应力控制阈值，可绘制断面安全系数包络图，直观寻找支护体系薄弱点以便预先加固。研究成果为不同质量等级围岩的素喷支护效果安全性评估提供了一种有效方法，可供实际工程设计借鉴。     

流形元法分析爆破振动对边坡动态稳定性影响

主要分析边坡动态稳定性问题,采用爆破地振波作动载荷,用流形元法对边坡进行分析,对一个岩石边坡上的裂隙岩块随地振波加载产生滑移破坏的过程进行了数值模拟,结果表明流形元法应用于爆破振动边坡稳定性研究是可行的。为类似问题的求解提出一种新的计算方法。     

锚固节理煤岩巷道的损伤力学研究

岩体结构工程的稳定是矿山安全生产的前提和重要课题,岩石损伤力学及适合各种工程条件的计算软件为岩体工程研究提供了科学的理论和技术途径.本文利用岩石损伤力学理论,对锚、索加固节理岩体的损伤破坏进行了理论分析,建立了加锚、加索节理岩体贡献刚度矩阵的理论模型.利用ABAQUS数值计算软件,对节理煤岩巷道进行了支护方案优化设计,分析了支护岩体结构的损伤特征,总结了支护岩体结构的损伤变化规律.结果表明,利用岩石损伤理论和数值计算方法,可以实现岩体结构工程的支护优化设计,有效控制围岩损伤破坏的范围和程度.     

基于扩展有限元的渗流作用下岩石裂纹扩展研究

基于弹性力学和断裂力学的理论对裂纹的起裂准则、扩展长度进行了理论分析。使用扩展有限元方法建立裂纹岩体模型,针对单裂纹在渗流应力状态下的扩展规律进行了数值模拟,对渗流-应力耦合下的裂纹扩展规律进行了研究。     

岩爆及采矿诱发岩体失稳破坏过程数值模拟研究

近年来，数值计算方法引人岩层移动研究中，离散元等均取得了一定成果，但未能对覆岩移动破坏的动态全过程进行模拟研究。本文基于岩石介质的宏观非线性主要是由非均质性和各向异性造成的，应用新的数值计算方法，对来动引起岩体失稳破坏的全过程进行了数值模拟研究。     

许东沟矿下盘岩体边坡能量突变分析

极限平衡法一直是边坡稳定性分析的主要计算方法,具有不考虑岩土体变形的主要理论缺陷,而且 目前经常以数值分析的单元安全度计算相辅助,但总体效果尚未改观。数值模拟、强度折减和能量突变相结合,计 算分析了许东沟露天矿下盘二期设计边坡的稳定性,开采初期至-48 m 水平时,混合岩构成的岩体边坡安全系数 高达 2.18,边坡较为稳定;采深到-204 m 时,绿泥石英片岩在边坡出露后,安全系数下降为 1.59;而下部边坡由强度 较高的铁矿体构成,安全系数并未因高度增加而下降,最终边坡安全系数为 1.64,并同极限平衡法的计算结果进行 了对比。探讨了局部边坡分析时的能量统计区域形状影响问题,梯形和平行四边形区域的能量密度统计值略有差 异,但突变点一致。采用同极限平衡法相同的强度折减策略,数值模拟和能量突变相结合的方法,可弥补极限平衡 法的理论缺陷,考虑问题全面,是值得深入研究的一种计算体系。     

GSI在节理化岩体力学参数评价中的应用

节理化岩体力学参数是岩体工程稳定性评价和进行数值计算的难点与关键，而岩体强度指标（GSI）正是针对节理化岩体提出的一种用于解决这一问题的岩体分类体系。系统介绍了GSI岩体分类体系和GSI值的确定方法，并结合E.Hoek法确定岩体力学参数的原理和关键技术，对金川二矿水平矿柱的岩体力学参数进行了评价。评价表明，该方法可较准确反映节理化岩体的力学特性，且简单、易行，值得在同类工程中推荐。