结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35kPa。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140 kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35 kPa。     

断续节理岩体破坏模式对强度特性的影响

为定量分析断续节理岩体破坏模式与强度的关系,基于离散元软件PFC~(2D)标定了测试材料的强度包络线,并通过对不同节理倾角、排距和连通率的断续节理试样进行扩展数值模拟,研究了破坏模式对岩体强度特性的影响。计算结果表明,节理的倾角、排距、连通率均显著影响岩桥断裂机理,进而影响岩体强度和破坏模式;随着加载方向与节理夹角的减小、节理连通率或排距的增大,节理岩体的破坏模式逐渐由阶梯状张拉断裂转变为沿节理平面剪切断裂,张拉破坏的强度受排距的影响较大,而剪切破坏的强度受连通率影响较大;同时,破坏模式转变时的临界节理倾角α_(crit)与节理排距d、岩桥长度l_r密切相关,其关系可用经验表达式α_(crit)=α_(cont)-λl_r/d来表示。     

节理三维形貌与抗剪强度相关性研究

岩石节理的表面形貌对其力学特性具有重要影响。运用JAW 1000试验系统开展不同节理试样的剪切试验,得到不同法向应力条件下节理试样的剪切变形曲线和法向变形曲线,并利用KEYENCE_LK G5000激光扫描仪在剪切前后对节理试样表面形貌进行高精度激光扫描测试,得到节理试样表面三维形貌数据。根据改进的节理三维形貌表征参数的算法,分析剪切试验前后节理试样表面三维形貌变化,研究节理三维形貌表征参数与抗剪强度的关系。结果表明,三维平均视倾斜角越大,抗剪强度越大,并提出了三维平均视倾斜角与抗剪强度的经验模型。     

基于PFC~(2D)软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟

为了解泥石流的启动及运动过程,以栾川县柿树沟泥石流堆积体为例,基于堆积体室内大型直剪试验指标,利用PFC2D模拟软件对其启动及运动过程进行仿真数值模拟,分析了不同工况下堆积体的运动速度场、应力场及位移场,研究了崩滑松散碎屑堆积物质启动、形成泥石流的过程和机制。结果表明,强降雨是柿树沟沟内松散堆积体启动形成泥石流的触发因素;中雨工况下,地表径流的冲刷力仅对堆积体表层有影响,但堆积体整体形态基本无变化;暴雨工况下,泥石流沟上游的洪水迫使土石颗粒脱离堆积体表面,后缘表层土体首先开始运动,产生的推挤力不断推动前方堆积土体向前运动,坡面形态发生显著变化;暴雨时间越长,堆积土体的运动速度和位移也越大,最终导致堆积体发生连锁式破坏,形成泥石流。     

干热河谷岩质岸坡节理面剪切特性劣化规律研究

干热河谷库区岸坡岩体在库水位升降过程中，特别是表层岩体需考虑本身所处干热河谷的干热条件，即热湿循环作用。基于此，开展了热湿循环作用下节理岩样的重复剪切试验。结果表明，随试验周期的推进，剪切应力—剪切位移曲线整体下移，节理面剪切强度劣化明显；对剪切强度修正后，仅由重复剪切导致的剪切强度劣化效应在初始状态下尤为显著；仅由热湿循环导致的剪切强度劣化效应主要集中在前5个周期；修正后仅在热湿循环作用下，节理面剪切强度、粘聚力和内摩擦角均呈“先快后慢”的劣化趋势，与试验结果规律一致。研究结果对热河谷库岸消落带岩体的劣化及岸坡稳定性分析具有指导意义。     

节理参数对水电站地下洞室围岩地震反应的影响研究

以节理受力特性为出发点,基于FLAC3D软件平台,改进了Interface单元的法向刚度及切向刚度的输入取 值方法,定义了节理参数的敏感度,并以含有一给定方向节理的某实际水电站地下洞室为背景建立了数值试验模 型,根据场地条件输入人工地震波进行地震反应分析,探讨了对洞室围岩地震反应影响较大的节理参数,以期为 含节理的地下岩石洞室动力稳定性分析提供参考。     

基于颗粒流数值模拟的交叉裂隙岩体剪切力学特征研究

为研究交叉双裂隙岩体在剪切过程中的力学响应机制,利用颗粒流程序PFC2D模拟了含交叉双裂隙试样直剪试验,分析了次裂隙倾角和法向应力对交叉双裂隙试样剪切应力、破坏模式、微裂纹发育及演化、能量转化和接触法向方位角演化规律的影响。试验结果表明,法向应力为1、5、15 MPa时,试样破坏受主次2条裂隙的共同控制,大部分交叉双裂隙试样剪切峰值强度高于单一裂隙试样;法向应力为30 MPa时,试样破坏主要受主裂隙影响,表现为各试样强度相近,由于微裂纹扩展速度不均致使剪应力曲线在峰后呈"台阶"状;剪切过程中,裂隙试样所做边界功和黏结能与峰值强度具有相同的变化趋势,裂隙周围颗粒接触矢量方向向剪切方向发生显著偏转。研究成果有助于理解双裂隙岩体在剪切过程中的力学响应机制,是对双隙岩体力学行为研究的补充。     

用于排架结构的铅剪切阻尼器试验及数值分析

为进一步促进铅阻尼器在工程中的应用,针对常见的排架结构,研制了一种铅剪切阻尼器,通过低周往复加载试验,逐个分析阻尼材料铅的有效剪切面积、受剪区厚度、剪切截面形式、加载位移幅值、加载频率、加载次数等因素对阻尼器耗能性能的影响。试验结果表明,设计的阻尼器的阻尼力—位移滞回曲线饱满,耗能性能良好,符合双线性力学模型,并对试验中两个典型型号的阻尼器进行了数值模拟分析,通过对比数模值和试验值,证明了数值计算模型的实用性,为阻尼器在结构体系中的减震应用奠定了基础。     

密实度对桩端承载力影响的离散元分析

为探究土体密实度对桩基的滑动面和破坏机理产生的影响,采用PFC3D软件模拟浅埋条件下的单桩在密实和松散砂土中的载荷试验,从微观角度揭示密实和松散两种状态对桩端承载机理的影响。结果表明,在桩端承载力与沉降位移的关系曲线中,密实地基的桩端阻力存在明显的峰值并出现沉降软化,松散地基的桩端阻力不断增大;通过颗粒速度场随桩体位移的变化,密实地基的破坏面与MEYERHOF G G提出的破坏面类似,松散地基的破坏面与VESIC A S提出的冲剪破坏面和局部剪切破坏面类似;通过颗粒位移场随桩体位移的变化,密实地基桩端附近土体发生侧向挤压和隆起而松散地基桩端土体仅发生严重的侧向挤压;通过分析地基破坏后的颗粒接触力,密实地基的力链有沿桩端向桩端以上的地基边界和桩身发展的趋势,松散地基的力链集中在桩底以下并向下传递;通过孔隙比和应力状态随加载过程的变化可知,密实地基发生土体剪胀,松散地基发生土体剪缩。     

泥质白云岩结构面抗剪强度各向异性的数值模拟

针对结构面抗剪强度的各向异性对坝基稳定性评价的影响问题,利用3DEC模拟软件对泥质白云岩结构面进行直剪模拟试验,研究了其抗剪强度随粗糙度变化的规律。结果表明,泥质白云岩结构面的粗糙度越大,剪切应力—剪切位移曲线峰值越明显,结构面的抗剪强度越大,抗剪强度参数也越大;法向应力水平越高,粗糙度对结构面抗剪强度的影响越弱。     

带预制裂隙岩石单轴压缩破裂特征颗粒流模拟

为研究带预制裂隙岩样的单轴压缩破裂特征,采用颗粒流法对带两条预制裂隙深埋大理岩样在单轴压缩条件下的变形破裂进行数值模拟研究。结果表明,单轴压缩岩样模型主要产生拉裂纹,剪裂纹在峰值应力之后产生;岩样裂纹在预制裂隙端部启裂,之后朝向主应力方向;裂纹近似平行,岩石破裂为板状,预制裂隙岩样破坏后承载力降低很快,预制裂隙影响岩样在残余强度时裂纹扩展的情况,完整岩样在残余强度时裂纹数目稳定,预制裂隙岩样在残余强度时裂纹缓慢增加,预制裂隙减小了岩样的弹性模型,减弱了岩样的启裂应力及岩样抵抗变形破坏的能力。     

白鹤滩水电站典型顺层岩质高边坡稳定性评价

为分析白鹤滩水电站顺层岩质高边坡的稳定性,采用地质力学模型试验与FLAC~(3D)数值计算两种方法对边坡稳定性进行评价。试验得到了边坡的变形特征及变位值,整体稳定安全系数K_(SC)=1.450~1.575,控制性结构面为层间层内错动带C_(3-1)。试验结果表明,边坡的破坏模式为顺层的滑移—拉裂破坏,安全稳定性较好,置换洞加固措施有效。研究成果可为类似边坡稳定性评价提供参考。     

串场河防洪闸群桩基础施工期仿真分析

串场河防洪闸建在覆盖层较厚的软土地基上,为防止基础不均匀沉降过大、增强闸基础稳定性和运行安全性,采用管桩方案加固基础.采用基于三维快速拉格朗日算法的FLAC3D程序对该闸施工期上部结构、群桩和地基共同作用机理进行数值仿真模拟,探讨了地基沉降及桩承载力分布规律.计算结果表明,施工期群桩基础的应力分布和不均匀沉降处于合理范围,桩顶反力满足承载力设计要求,基础不均匀沉降与现场观测资料基本吻合,可为工程设计和施工提供技术指导,同时说明FLAC3D软件在大型群桩基础分析具有可行性与可靠性.     

基于剪应变增量的岩质边坡开挖卸荷深度判别

鉴于确定卸荷破坏程度和深度是岩质边坡稳定性分析首先要解决的问题,基于卸荷岩体力学基本理论,提出以岩体剪应变增量确定卸荷分区的方法,将开挖后的岩体划分为剪切变形区、开挖扰动区和应力不变区,并以锦屏水电站缆机平台边坡为例,对开挖过程进行数值模拟计算,通过与卸荷量百分比法的对比分析,验证以剪应变增量为标准判别卸荷深度的合理性,同时表明卸荷破坏程度和深度与岩体结构密切相关,存在结构面的岩体比完整岩体卸荷破坏深度更大。     

考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。