Effect of heterogeneity on mechanical and acoustic emission characteristics of rock specimen

The influence of heterogeneity on mechanical and acoustic emission characteristics of rock specimen under uniaxial compress was studied with numerical simulation methods. Weibull distribution function was adopted to describe the mesoscopic heterogeneity of rocks. The failure process of heterogeneous rock specimen under uniaxial loading was simulated using FLAC^3D software. Five schemes were adopted to investigate the influence of heterogeneity. The results demonstrate that as the homogeneity increases, the peak strength and brittleness of rocks increase, and the macro elastic modulus improves as well. Heterogeneity has great influence on macro elastic modulus and strength when the homogeneity coefficient is less than 20.0. The volume expansion is not so obvious when the homogeneity increases. As the homogeneity coefficient increases the acoustic emissions modes change from swarm shock to main shock. When the homogeneity coefficient is high, the cumulative acoustic emission events-axial strain curve is gentle before the rock failure. The numerical results agree with the previously numerical results and earlier experimental measurements.     

基于筋材断裂的加筋膨胀土强度特性分析

基于三轴剪切试验对加筋膨胀土的强度特性进行研究,得出加筋土与对应素土的强度指标关系,分析了加筋土强度的提高宏观表现;结合不同层数加筋土体的应力应变关系及加筋土等效围压分析原理,分析了基于筋材断裂的加筋膨胀土的强度特性,得出不同加筋层数筋材刚断裂时应力莫尔圆应相切于同一条直线,随着轴向压力的增加,多层加筋膨胀土试验筋材逐层断裂,应力莫尔圆向外扩展,表明多层加筋膨胀土的强度逐渐增大,而且试验表明对于柔性筋材,多层加筋土体的强度包络线基本平行,加筋土体强度的增加,只是粘聚力c的增加引起的。     

富水岩层隧道区域涌水量预测方法及工程应用

为预测穿越富水岩层区域隧道的涌水量,依据工程实例提出随机性数学模型和确定性数学模型进行涌水量预测的方法。通过理论解析公式和数值解等确定性数学模型对比分析隧道单位长度涌水量,并讨论了围岩渗透系数、隧道半径、地下水位高度、隧道含水层厚度对隧道涌水量的影响。研究表明,除佐藤邦明公式外,各影响参数有较强的敏感性。单位长度涌水量随各影响因素的增大而增大,数值解的增长趋势最为显著,佐藤邦明公式的增长趋势最不明显。研究成果可为富水区隧道突涌水灾害治理提供理论支持。     

混凝土随机冻融损伤三维预测模型

为了有效评估混凝土在冻融循环作用下的损伤,在混凝土损伤力学理论的基础上,结合实验测试建立混凝土冻融损伤预测模型,开展了引气混凝土在冻融作用后抗拉强度测试试验研究。针对混凝土的耐久性失效实质是一个内部损伤演变的逐步劣化过程,对混凝土试块进行网格离散,应用概率方法分析混凝土冻融随机损伤的累积发展过程,建立混凝土损伤演化的三维多元Weibull分布模型,基于梯度法进行参数估计,采用实测数据进行模型验证,设计了相应算法,采用C＋＋语言编制程序进行计算,建立适用于冻融条件下的混凝土耐久性随机预测模型。数值和实测数据显示,随着冻融次数的增加,混凝土的损伤呈现非线性增长趋势。     

ABAQUS有限元分析软件中Duncan-Chang模型的二次开发

以ABAQUS用户子程序UMAT为基础,利用Fortran编程语言,开发研制了Duncan－Chang模型接口程序。通过数值检验表明,所研制的接口程序开发思路正确,可以用于分析实际工程问题。     

大跨度暗挖地铁车站开挖工序优化研究

青岛地区良好的地质条件为暗挖工法提供了广阔的应用背景,软土地层条件下难以实现的大跨度浅埋暗挖工法能够在硬岩环境中顺利开展。但随着工程经验的积累,发现传统的双侧壁导坑法及拱盖法在硬岩环境中仍存在优化空间。如何结合地质条件,简化工序成为设计施工的关键。笔者结合不同的地质环境,对施工工序进行优化设计,研究出适用于硬岩环境下的工法,根据工程经验总结阐述了双侧壁导坑法、拱盖法、拱部双侧壁+下部台阶法、初支拱盖法、台阶法等工法施工步序,并对各种工法工序特点、适用地层及其施工耗时进行对比。研究结果表明,优化后的初支拱盖法、能够适用于Ⅱ、Ⅲ及部分Ⅳ级围岩中,适用范围较广,且施工安全性较高,施工周期比双侧壁导坑法缩短了8~10个月,比优化之前的拱盖法缩短了4~6个月,优化后的拱盖法能够在青岛硬岩地层广泛应用。     

基于相似材料的光纤应变传感器在分区破裂模型试验中的研究

基于模型相似材料研制了适用于地质力学模型试验的光纤光栅应变传感器,能够同时实现横向、纵向和切向3个方向的应变测量。将7个光纤应变传感器依次预埋在模型巷道的左边墙,采用波分复用技术组成光纤传感网络,实现对模型内部应变分布的实时监测。光纤传感器的监测结果表明,在巷道开挖过程中,深部巷道周围径向应变值没有表现出随距离巷道远近而递减的规律,而是呈波浪形分布;超载试验完成后,巷道周围径向应变值依然呈波浪形分布。最后将模型剖开,成功观测到了高地应力深部巷道围岩的分区破裂现象,同时验证了设计的光纤光栅应变传感器的可靠性。     

小湾水电站拱坝坝肩岩体加固方案分析研究

根据建立的多裂隙岩体弹塑性损伤耦合力学模型，通过三维有限元计算，系统地研究了小湾水电站拱坝坝肩岩体的稳定性，得到了坝肩岩体应力和变形的定量结果，在此基础上，提出了技术经济较优的坝肩加固方案。     

模拟节理岩体水压致裂的CT实时试验初探

采用自行研制与CT机配套的专用注水加载装置,对含单裂纹试件在水压作用下裂纹扩展并贯通的全过程进行了CT实时监测试验。在不同水压情况下,试件原生裂纹扩展导致微裂纹萌生、发展,最终试件劈裂,同时伴随周围颗粒被挤密压实。CT实验得到了各阶段清晰的CT图象及CT数和方差。通过分析,从细观上掌握了节理岩体水压致裂的损伤演化特性及裂纹扩展规律,提出了损伤和劈裂门槛值概念,并推导了基于CT数的损伤变量。     

围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的

采用注浆模拟试验及理论分析研究了围岩性质对于注浆压力变化规律及浆液扩散模式的影响。试验采用在注浆模型架内分区充填不同孔隙比土体的方法模拟被注围岩显著的向异性及非均质性;采用多个注浆管依次注浆的方法模拟实际注浆工程中的不同注浆施工阶段。通过开挖揭露浆脉(浆泡)特征研究围岩性质对于浆液扩散形式的影响;通过分析注浆过程中注浆压力数据研究围岩性质对于注浆压力的影响;通过对注浆前后围岩试样进行室内试验测试,获取注浆对于围岩孔隙比及压缩系数的影响规律。研究结果证实：注浆压力变化规律及浆液扩散模式与围岩性质密切相关,通过分析注浆压力变化规律与浆液扩散模式可判定围岩性质,从而为注浆施工过程中的注浆参数动态调整提供依据。相关研究结论在永莲隧道帷幕注浆工程中进行了现场试验,进一步验证了其正确性。