圆形放坡基坑临界深度极限分析

近几年,圆形基坑出现在许多土木工程中,为求解圆形放坡基坑的临界深度,用塑性力学中的上限法对其稳定性进行分析。假设基坑的滑裂面为旋转对数螺旋面,根据库仑材料相关联流动法则构建相应的机动许可速度场,利用体应变率求得变形区的内部能量耗散率,最终建立求解圆形放坡基坑临界深度的最优化模型。通过对该模型的求解,研究临界深度随基坑坡角、深径比及土内摩擦角等的变化规律。分析发现“拱效应”使得圆形基坑的临界深度大于平面边坡的临界高度,但当深径比很小时,前者的上限解将接近后者的上限解。若基坑的深度与直径之比小于10,则可忽略“拱效应”,将其看成平面边坡,用条分法对其进行稳定性分析。另外,将圆形基坑临界深度的上限解与轴对称极限平衡解进行比较,发现前者更接近真实解。     

节理岩体裂隙扩展过程一种新改进的弹脆性模拟方法及应用

 通过改进原有的FLAC3D本构关系为弹脆性本构,并采用超细单元划分法,模拟和研究双裂隙岩石试件在单轴、双轴加载作用下的破坏过程。数值计算结果与前人试验所得到的相应结果具有良好的一致性。用此方法还模拟了4条2组不同倾向裂隙的破裂过程和椭圆形三维单裂隙的扩展过程,且三维数值模拟结果与前人试验也有很好一致性。最后,将该模型引入到某边坡开挖工程的裂隙扩展过程研究和稳定性分析中,取得较好效果。     

以二滩工程为背景的洞群开挖系统分析

采用三维有限差分FLAC3D程序,以二滩工程地下洞群的结构形式为背景,考虑了几种主要不同因素的影响对围岩稳定性进行了大量计算工况的准三维数值模拟。对毛洞开挖时主厂房边墙关键点的最大水平位移和主厂房的塑性区进行了系统分析,得到若干规律性结果,可供大型地下洞室群稳定分析时作为参考。运用本文提供的方法对八个大型工程的位移做了预测分析,表明此方法的有效性。     

采用非连续变形分析方法分析巷道的稳定性

用改进的非连续变形分析方法对某巷道进行了稳定性分析。采用考虑空间影响的等效初应力方法分析了巷道的开挖,并与忽略空间作用的方法进行了对比。结果表明,在工程中垂直于平面的应力或应变比较大时,空间作用不能忽略。然后将改进后的 SSOR-PCG 方法加入到非连续变形分析程序中,节省了方程的计算量,加快了计算效率。此外,采用改进后的程序分析了某工程六种不同断面形状的巷道的位移场和应力场,得到了巷道的最优断面为直墙半圆拱形断面。另外,通过对工程关键点位移的监测分析了预应力锚索对巷道围岩的加固效应,得到了锚索的长度为3 m,施加预紧力为150 MPa为巷道最优支护方式,可提高巷道围岩的稳定性。     

多元线性回归算法在地应力场计算中的应用

以某地下泵站工程为背景,建立了工程地质体三维数值模型,并根据实际地应力测量结果,基于FLAC3D数值模拟软件,使用应力回归分析方法,对该工程的地应力场进行了反演计算。结果表明:该工程包括厂房及出水阀室的中心区域,在x方向的侧压系数Kx约1.003,而在y方向Ky则约为1.4。计算结果与实测结果基本吻合,说明采用应力回归计算求得的初始地应力场,能够真实的反映工程现场实际情况,其结果具有较好的可靠性,可作为厂房设计、施工和稳定性评价的参考依据。     

辉长岩中张开型表面裂隙破裂模式研究

采用含张开型表面裂隙辉长岩试样,对单轴压缩荷载作用下预制裂隙的破裂模式进行一系列试验研究。试验结果表明:预制裂隙的破裂模式是以一种新的方式——反翼裂隙(其扩展方向是与翼裂隙方向相反的)模式为主的,且新生裂隙的起裂位置并不在预制裂隙的端部。翼裂隙只在试验的后期出现。预制裂隙倾角对试样的起裂应力影响较为显著,当60°≤α≤75°时,试样的起裂应力约为辉长岩抗压强度σc的75%;当30°≤α≤45°时,试样内部轴向应力值接近辉长岩抗压强度σc的90%时,预制裂隙才起裂。反翼裂隙扩展角为135°～145°,当反翼裂隙扩展长度达到预制裂隙长度的1/2时,其扩展方向基本与加载方向一致。裂隙扩展过程的声发射(AE)定位结果与试验观察结果是一致的,这表明反翼裂隙是张开型表面裂隙三维破裂模式的主要特征,反翼裂隙属于局部劈拉应力作用下的压张性裂隙(模式V),其扩展的具体理论机制目前还不清楚,值得进一步研究。此外,当预制裂隙倾角在45°附近时,试样起裂后极易发生爆裂现象,说明原生裂隙的倾角也许是影响岩爆现象的一个重要参数。     

多裂隙岩体的损伤断裂分析及工程应用

本文通过对裂隙岩体内的应力、应变的体积平均,提出了适合于多裂隙岩体特性的等效连续模型。综合运用损伤力学和断裂力学理论,定义了岩体损伤张量、有效应力张量、损伤应变等;建立了损伤演化方程和多裂隙岩体的本构关系。利用所建立的模型,对一座水电站地下厂房的分步开挖进行了数值模拟。     

节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法

节理岩体的渗透破坏、节理岩体中石油渗流、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关,而节理岩体渗流介质的非均质性和各向异性特性、边界条件和几何形状的复杂性、初始条件的不确定性等因素制约着解析法在渗流计算中的应用。应用无网格法来求解节理岩体的渗流问题,建立节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法。通过变分原理详细推导无网格与有限元耦合方法求解节理岩体渗流的离散方程及相关计算公式,并利用耦合方法对边界条件进行处理。最后,给出的数值算例说明该方法的正确性和有效性。     

能量耗散弹性损伤本构方程及其在围岩稳定分析中的应用

在内变量不可逆热力学的理论框架下，应用能量耗散的基本原理，求解弹性损伤的等效应变和损伤演化方程，建立损伤屈服准则。应用考虑能量耗散的本构方程，求解大型地下洞室围岩稳定问题，从分析结果能够给出洞室围岩损伤演化区的范围和损伤值的大小，进而判断洞室围岩何处发生损伤和断裂。认为损伤值等于1．0时，材料发生完全断裂，此时材料的破坏分析应借助宏观断裂力学的手段来进行。因此，该法为工程分析提供了细观上的理论依据，同时也为宏观分析提供了手段。     

非饱和板岩裂隙扩展机制CT试验研究

祓岩内部不仅含有大量的由黏土类矿物组成的层理、片理，且还含有数量众多的微裂隙及微孔洞，这使得其力学!特性显得相当复杂。采用CT机及配套岩石三轴试验加载设备，完成了2个锦屏Ⅱ级电站非饱和板岩试样的单轴压缩破坏CT实时试验，得到了试样破坏的各个阶段的CT图像。通过对CT图像的分析处理，从细观角度分析板岩微裂纹萌生、扩展，直至宏观裂纹形成并贯通的整个演化过程，解释含水平层理和垂直层理2种情况下非饱和板岩破坏方式不同的机制。根据CT原理，推导基于CT数的非饱和岩石标量型损伤变量的计算公式。