中深部含软弱夹层的深基坑土钉支护失稳破坏数值模拟分析

以中核北京科技园综合楼深基坑项目在分层开挖与分层土钉支护中出现的边坡顶端土体开裂、坡底土体坍塌形式的失稳破坏现象为研究背景,运用FLAC3D有限差分软件进行模拟分析。数值模拟分析中考虑土层分布、基坑边坡坡度、土钉的排列方式、钢筋网喷射混凝土面层、含水层的孔隙水压力、分层开挖支护等因素,使模拟分析与实际相接近。根据基坑大小建立相应的基坑边坡三维模型,采用莫尔-库仑弹塑性模型计算基坑边坡在不同开挖支护阶段的位移变形,并通过后处理程序显示基坑整体、最大位移截面的位移云图,记录所设置的关键点处水平位移与沉降量。在工程实际分布开挖过程中,测量每次开挖支护所引起的边坡水平位移与沉降量。将数值模拟中所得节点水平位移、沉降量与两者的实测数值对比分析,由此判断基坑潜在滑裂面与可能出现坍塌的大致位置,为工程设计方案中关于变形量较大区域支护方式的整改提供重要参考。     

工程材料的扰动状态构模型（Ⅱ）——基于扰动状态概念的有限元数值模拟

介绍利用扰动状态概念进行的有限元数值模拟方法。阐述基于干扰概念有限元法的应变平均化方法、解的收敛性和单值性、解对局部化问题的适宜性及其具有避免虚假网格相关性的特点。通过实验对该有限元法的计算结果进行了验证。研究结果表明，基于扰动状态概念的有限元方法具有传统方法所无法比拟的优势。     

深部试验隧洞围岩脆性破坏及数值模拟

 围岩破坏模式和机制的深入认识和把握、围岩破坏程度的合理评价对于深部地下工程围岩稳定性的分析和调控至关重要。锦屏二级水电站深部地下试验隧洞即为针对该问题而建设的国际上埋深最大(2 500m)的地下试验隧洞之一。通过大理岩室内试验结果的分析,深入研究和认识大理岩基本工程力学特性。基于此,分析试验洞开挖后围岩的破坏模式和机制,应用脆性岩体本构模型(RDM)、数值模拟方法和FAI评价方法分析开挖后围岩脆性破坏的范围和深度,并与现场揭露情况进行对比。分析结果较好地体现高应力条件下大理岩的脆性破坏特征,达到对围岩破坏程度合理把握的目的,为引水隧洞开挖期间支护参数的设计和施工处理措施的制定奠定坚实的基础。     

基于MatDEM的尾矿坝坝体失稳离散元数值模拟

针对尾矿坝由于浸润线以下砂土间的孔隙水压力的作用容易发生溃坝的问题,利用离散软件MatDEM建立尾矿坝离散元模型,进行了尾矿库溃坝模拟.在此模拟中,为每个颗粒单元赋予含水率属性,将浸润线以下砂土考虑为饱和,浸润线以上部分考虑为非饱和砂土.模拟结果表明:非饱和砂土部分裂缝出现的原因是由于水平位移变化不均所导致,此外沉降位...     

包山式南京城墙整体失稳破坏预警数值模拟分析方法

南京城墙根据受力特点可分为自承重式城墙和包山式城墙,其中包山式城墙易受后侧土坡影响发生整体式失稳破坏.为了获得包山式城墙发生失稳破坏的顶点变形预警值,将土体作用下的包山式城墙简化为城墙、粘结界面和土坡三部分,对城墙采用混凝土塑性损伤模型进行整体建模;假设土坡符合Mohr-Coulomb定理,同时定义粘结界面法向和切向系数.数值模拟分析时,采用强度折减法模拟降雨情况下土体强度指标下降情况;当城墙顶点的位移发生突变时,令其为发生整体失稳破坏的预警值.最后,以南京城墙小桃园倒塌段为例进行分析,数值模拟结果与实际情况相符,同时还与单自由度假设下的砌体墙平面外计算理论进行对比,两者变形规律相似.     

岩溶地下洞河诱发路基空间失稳机理数值模拟

随着“西部大开发”等国家战略的实施以及这些地区城市建设的发展,许多公路、铁路等交通都需要源于或穿越这些岩溶洞穴地区,随即面临因岩溶洞穴的塌陷所导致的路基失稳与破坏问题。本文依托昌金高速某段的岩溶塌陷进行了数值模拟,并结合塌陷段模拟分析所得的岩土体参数对邻近未塌陷段的二个处治方案进行了处治工程效果的数值模拟分析,为方案比选提供依据,对岩溶洞穴地区道路建设具有一定的指导与借鉴意义。     

岩溶地下洞河诱发路基空间失稳机理数值模拟

随着“西部大开发”等国家战略的实施以及这些地区城市建设的发展，许多公路、铁路等交通都需要源于或穿越这些岩溶洞穴地区，随即面临因岩溶洞穴的塌陷所导致的路基失稳与破坏问题。本文依托昌金高速某段的岩溶塌陷进行了数值模拟，并结合塌陷段模拟分析所得的岩土体参数对邻近未塌陷段的二个处治方案进行了处治工程效果的数值模拟分析，为方案比选提供依据，对岩溶洞穴地区道路建设具有一定的指导与借鉴意义。     

深井巷道掘进围岩演化特征模拟与扰动应力场分析

 深井巷道围岩扰动应力场与开挖扰动区的形成密切相关。然而,受现场地质条件和监测技术制约,尚难以准确获得围岩扰动应力的演化过程。为此,首先通过原位监测得到深井巷道围岩开挖扰动区的演化特征;然后,基于监测结果利用反分析的方式构建能较为准确地模拟围岩开挖扰动区演化特征的数值模型;最后,通过这一模型分析了深井巷道掘进过程中围岩扰动应力场的演化特征。研究结果表明：当工作面未掘进至监测断面时,由于工作面前方岩体空间约束,测点应力值基本没有变化;当工作面掘进过监测断面后,巷道帮部、顶底板的主应力大小和方向均发生了变化;通过对比扰动应力场与原位监测得到的开挖扰动区的演化特征,发现两者的部分演化特征较为相似。     

含不连续面巷道的动力破坏过程数值分析

利用新近开发的动态版岩石破裂过程分析系统RFPA2D模拟了动力扰动下含不连续面巷道的破坏过程,从细观角度分析了不同宽度不连续面的岩石巷道在动力扰动下破坏的规律,并和未含不连续面巷道结构的相应情况进行比较,探讨了含不连续面巷道结构在动载荷作用下的力学特性,结果表明不连续面对应力波衰减作用明显,对巷道的稳定与破坏影响较大.     

高层建筑火灾温度场分布及失稳特性数值模拟研究

高层建筑火灾已经成为威胁城市公众安全和社会发展的主要灾害之一,且随着楼龄的增加,高层建筑发生火灾坍塌的风险在逐年增加.为了探究高层建筑火灾发生后的温度场的分布及失稳坍塌情况,文章综合利用FDS软件和PFC3D软件模拟不同楼层着火后,楼梯间、火源楼层等重要位置纵向和横向温度变化以及高层建筑整体失稳坍塌过程,为高层建筑防火...     

静态和动态载荷作用下岩石劈裂破坏模式的数值模拟

简单介绍了岩石破裂过程分析程序模拟岩石在动载荷作用下破裂过程的原理和功能,并用该程序研究岩石试样在静态和动态载荷作用下的劈裂破坏过程。数值模拟再现了岩石在静态和动态应力作用下破裂模式的差异,给出了在不同冲击应力波幅值条件下岩石试样的3种典型的破裂模式。数值模拟表明,在动态加载时,应力波幅值较低时试样表现出与静态加载时类似的破裂模式,随着应力波幅值的增加,其他2种典型破裂模式就表现出来。     

岩石三维破裂过程的数值模拟研究

采用细观弹性损伤模型和有限元计算方法实现岩石三维破裂过程的数值模拟。考虑到岩石非均匀性的本质特征，通过引入简单直观的单元本构模型，采用细观单元材料性质退化的办法，利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过干旱；模拟单轴压缩、单轴拉伸和剪切破裂3种基本试验，得到岩石非线性应力-应变曲线和不同载荷阶段三维损伤破裂演化系列图像；分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。试验研究表明，三维破裂比二维破裂更为复杂，RFPA^3D可以有效地模拟脆性材料的三维破裂。     

岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析

岩质边坡的稳定性主要由其结构面控制，采用有限元强度折减法对岩质边坡破坏机制进行了数值模拟分析。计算表明，破坏“自然地”发生在岩体抗剪强度不能承受其受到的剪切应力的地带。分析表明，根据塑性力学破坏原理，采用有限元强度折减法有助于对岩质边坡破坏机制的理解。算例表明了此法的可行性。     

动力扰动导致巷道围岩层裂结构及冲击矿压的数值模拟

煤矿生产中存在着大量的动力扰动,常导致采矿巷道和采场围岩局部失稳,诱发冲击矿压发生。在一定条件下,动力扰动可简化为平面应力波。针对片帮型冲击矿压,采用数值方法模拟应力波作用下巷道围岩层裂结构的形成过程,探讨巷道围岩层裂结构的形成与巷道埋深、岩体弹性模量及应力波强度、时程特性的关系,进而讨论“小进尺、弱爆破”可减小扰动应力波诱发冲击矿压的机制,得到一定地质条件下动力扰动诱发冲击矿压的条件。     

边坡动力稳定性数值模拟分析

本文利用FLAC~(3D)建立边坡模型,分析在动力作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。边坡在动力作用下主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑动面上部。通过数值计算分析对边坡动力响应应力状态的渐变过程和变化规律,为边坡动力破坏灾害的监测、预警、预防提供借鉴模式。     

变埋深下软弱破碎隧道围岩渐进性破坏试验与数值模拟

 以一定范围内埋深(25～60 m)的3车道公路隧道软弱破碎围岩(公路隧道IV级)为研究对象,研制相似模型材料和配套试验设备,再现开挖后围岩的渐进性破坏全过程,分析不同埋深下围岩的应力场特征。通过模型材料室内试验获取岩体相关计算参数,引入弹塑性损伤本构模型对试验工况进行有限元数值模拟,计算结果与模型试验吻合较好。综合模型试验和数值模拟结果,可以得出以下结论：(1) 围岩破坏区是隧道塌落荷载的来源,主要集中在拱顶上方区域,在两侧边墙下方和拱底也有局部存在;(2) 隧道埋深对围岩破坏区域大小有重要影响,随着埋深的增大,围岩破坏区域呈渐进扩大趋势;(3) 围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高而后逐渐降低,其最大值所在位置即对应压力拱位置,且该位置随着破坏区域的扩大而不断向围岩内部移动,形成动态压力拱现象;(4) 通过对围岩内部周向应力最大值的测试来获取隧道压力拱范围,并进而确定围岩塌落荷载大小,这在理论上是可行的。     

岩石声发射规律数值模拟初探

提出了岩石声发射规律数值模拟的基本设想和框架，并以有限单元法为例就具体实施的几个关键问题作了简述，包括单元的划分、单元参数的赋值、声发射率的计算。本文给出了一个计算实例，所得结果包括岩石声发射的时间序列和空间序列分布。     

层状岩体中洞室围岩层裂及破坏的数值模拟研究

非均质性是岩石类材料的基本特性,均质度的不同使得岩石表现出不同的力学特性和失效特征。基于RFPA?8程序,对层状岩体中洞室围岩的层裂及破坏进行了数值模拟,得到了层裂结构的层裂板厚度。同时,研究结果表明,对于岩石材料,其均质度对受压岩体内裂纹的演化具有重要意义。对于不同均质度范围,洞室围岩将表现出较高均质度的层裂破坏或较低均质度的局部弱化失效两种特点。     

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。