基于孔隙分布的变形土土水特征曲线模型

土体孔隙分布对土水特征曲线具有决定性影响。虽然土体孔隙分布随变形的演化规律较为复杂,但实验研究表明,土体在变形过程中,孔隙分布的基本形态未发生显著变化、统计分布特征基本不变。基于这一结论,假定变形后的孔隙分布函数可以从参考状态孔隙分布函数经过平移、缩放得到。在此基础上,建立了考虑土体变形并反映滞回效应的土水特征曲线模型。由于变形对土水特征曲线的影响是通过孔隙分布随变形的改变来表征的,因此模型参数的物理意义明确,仅有7个参数,均可通过常规室内试验确定。最后,通过一系列试验数据验证了该模型的正确性与可靠性。     

应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究

通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出单裂隙在压剪荷载作用下，其机械开度和水力传导度的解析模型，并采用已有相关试验研究成果对解析模型进行验证。在此基础上，通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质，给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型，给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法，该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形，而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性、变形行为和水力传导度变化特征。通过数值算例，研究了裂隙岩体在力学加载及开挖条件下渗透特性的演化规律。     

水力耦合下岩石的声发射特征试验研究

在单轴压缩条件下，分别讨论了4种岩石在考虑渗流和不考虑渗流条件下的声发射特征。研究表明：在低应力阶段，岩石几乎没有声发射活动，淳流对声发射活动无影响：一般在达到其强度的60％～80％左右、临近破坏时，声发射活动才显著增加；加渗流和卸渗流的瞬间均产生较大的声发射事件，从稳定渗流到卸渗流一般接收不到明显的声发射信号；岩体破坏的声发射过程分为4个部分，即初始区、剧烈区、下降区和沉寂区；在破坏时，声发射信号的主频分布较宽，其中不加渗流时低频成分所占的比例超过了50％，坚硬岩石主频的最大值较破坏前、后急剧增大；加渗流或长期浸泡（130h左右）时低频成分所占的比例超过了60％～80％，软化岩石土频的最大值较破坏前后变化不大；岩石的声发射主频与岩石的强度有关，强度越高，主频也越宽；随着应力的增加，有些岩石的声发射主频最大值有增大的趋势。     

岩土体参数约束随机场解析模拟方法及边坡可靠度分析

约束随机场模型可充分利用有限的现场试验数据和监测资料等,较真实地表征岩土体参数空间变异性。提出岩土体参数二维各向异性约束随机场解析模拟方法,结合边坡可靠度分析给出计算流程,并基于2个钻孔的不排水抗剪强度现场试验数据建立约束随机场模型更新边坡可靠度评价。通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性,并探讨钻孔位置与钻孔布置方案对边坡可靠度的影响规律。结果表明:提出方法不仅可以充分利用有限的现场试验数据真实地表征岩土体参数空间变异性,而且所获得的岩土体参数约束随机场能够有效反映岩土体参数的均值和标准差沿埋深逐渐增加的内在特性,使得边坡可靠度评价结果更加接近工程实际。钻孔位置与钻孔布置方案对边坡可靠度均具有一定的影响,在坡趾附近区域钻孔取样获得的现场试验数据可对边坡可靠度评价提供更多的信息量。     

矿物颗粒形状的岩石力学特性效应分析

岩石作为矿物颗粒的集合体,其宏观力学特性主要影响因素为矿物的细观形态特征。基于颗粒流理论,建立了4种代表颗粒形状用于模拟石英砂岩的矿物颗粒,并采用球度指标对矿物颗粒形状进行参数量化。通过石英砂岩的室内三轴试验校准了颗粒流模型的细观参数,在此基础上进行四种矿物颗粒形状试样的岩石三轴力学模拟试验。研究结果表明：颗粒的球度越大,试样的启裂强度、损伤强度和峰值强度均越低。随着颗粒球度的增加,试样的弹模降低,泊松比增大。内摩擦角和黏聚力则随球度的增大而下降。根据岩样数值试验中的变形数据,研究了不同颗粒形状剪胀角随着塑性剪切应变的演化规律。     

粗砂岩变形破坏过程中渗透性试验研究

利用三轴耦合试验机进行粗砂岩不同围压条件下的变形破坏过程渗透性试验,分析粗砂岩变形及破裂过程中渗透性的变化规律,研究围压对粗砂岩渗透性的影响,探讨试样变形过程中渗透系数与体积应变的关系。研究表明:粗砂岩三轴压缩变形过程中,渗透性变化的总体规律呈现出与偏应力–应变曲线相应的阶段性,即微裂隙压密阶段与弹性变形阶段,渗透性随偏应力增大呈略微降低;弹塑性变形阶段,随新生裂隙的扩展,渗透性先缓慢增大,而后急剧增大,峰值强度后达到极大值;残余流动阶段,产生的贯通性裂隙由于围压作用被压密而导致渗透性下降。在岩样变形破坏过程中,渗透性对环向应变的变化更为敏感。围压越大,粗砂岩渗透性变化曲线的峰值及峰后残余值越小,渗透系数–应变过程曲线越平缓。最后,基于多孔介质理论的质量守恒方程得到孔隙率与体积应变的关系式,采用Kozeny-Carman方程研究粗砂岩变形过程中渗透系数与体积应变的关系,计算结果显示,Kozeny-Carman方程在岩样以孔隙为主要渗流通道阶段适用性较好。     

考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法

现有边坡可靠度研究均未考虑土体空间变异性对边坡最危险滑面的影响。为此,提出了考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法。首先,采用谱表现法建立了表征土体空间变异性的随机场模型。在此基础上,提出了基于SIGMA/W和SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法。其次,采用非侵入式随机分析方法研究了抗剪强度参数空间变异性对边坡最危险滑动面空间分布的影响。最后,采用算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的边坡最危险滑动面随机分析方法能够有效地确定边坡最危险滑动面空间分布特征。土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡最危险滑动面的空间分布特征有重要的影响,它直接决定了边坡最危险滑动面的位置和滑体规模。土体抗剪强度参数波动范围越大,最危险滑动面的空间分布范围越大。随着土体抗剪强度参数水平向和竖直向波动范围比值的增大,边坡上部发生局部滑动的可能性增大。抗剪强度参数的变异系数越大,最危险滑动面的空间分布范围越大,边坡发生小规模局部滑动的可能性越大。     

基于贝叶斯更新和信息量分析的边坡钻孔布置方案优化设计方法

为在节省岩土工程勘察成本的前提下获得最有价值的现场试验数据,通常需要事先设计最优的工程勘察方案。提出了基于贝叶斯更新和信息量分析的边坡钻孔布置方案优化设计方法,其中采用贝叶斯方法更新空间变异土体参数统计特征和计算边坡后验失效概率,在此基础上进行场地信息量分析确定边坡最优钻孔位置和最佳钻孔间距。此外,为更加准确地表征土体参数的先验信息,发展了非平稳随机场模型以表征土体参数均值和标准差随埋深逐渐增加的特性。最后通过一个不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性。结果表明:所提出的方法能够在现场勘察试验之前仅利用现有的土体参数先验信息有效确定边坡最优钻孔位置和最佳钻孔间距。对了解边坡稳定性能所需的试验数据,并不是钻孔间距越小所获得的信息量越大。     

初始地应力场对钻爆开挖过程中围岩振动的 影响研究

采用动力有限元方法,通过分析爆破过程中开挖边界上初始地应力的高速(动态)卸载过程,研究了初始地应力场对围岩振动的影响.研究结果表明,爆破开挖过程中,在地应力较大的方向上动态卸载振动较大,因而此方向上围岩总体振动值也较大;且侧压力系数越大,影响越明显;同时,初始地应力场对爆源中远区的围岩振动值影响较近区显著,这是因为虽然在爆源近区爆炸荷载所诱发的振动比地应力动态卸载所诱发的振动大,但前者的峰值衰减速度比后者振动要快的多,故在爆源中远区,地应力卸载振动在围岩总体振动中占据主导地位.正在施工的瀑布沟水电站地下厂房处于花岗岩山体中,施工区地应力值约为20 MPa.利用小波变换突出信号奇异点的特性,并采用小波模极大值方法,识别了该地下厂房开挖过程中实测围岩振动曲线的地应力动态卸载振动到达时间;初步分离了围岩总体振动中的地应力卸载振动,对数值模拟结果进行了验证.     

基于Copula函数的并联结构系统可靠度分析

不完备概率信息条件下变量联合分布函数的确定及其对结构系统可靠度的影响还缺少系统地研究,该文目的在于研究表征变量间相关性的Copula函数对结构系统可靠度的影响规律。首先,简要介绍了变量联合分布函数构造的Copula函数方法。其次,提出了并联系统失效概率计算方法,并推导了相应的计算公式。最后以几种典型Copula函数为例研究了Copula函数类型对结构并联系统可靠度的影响规律。结果表明：表征变量间相关性的Copula函数类型对结构系统可靠度具有明显的影响,不同Copula函数计算的系统失效概率存在明显的差别,这种差别随构件失效概率的减小而增大。当并联系统的失效区域位于Copula函数尾部时,Copula函数的尾部相关性对系统可靠度有明显的影响,计算的失效概率比没有尾部相关性的Copula函数的失效概率大。当组成并联系统的两构件功能函数间正相关时,系统失效概率随相关系数的增大而增加;当构件功能函数间负相关时,系统失效概率随相关系数的增大而减小。此外,无论构件失效概率和变量间相关系数如何变化,Copula函数计算的失效概率都位于系统失效概率的上下限内。