基于细观损伤力学试验的大理岩单轴压缩统计损伤模型

通过对取自四川锦屏大理岩试样进行基于扫描电镜的细观损伤力学全程数字化跟踪试验,并对试验结果进行统计分析,得到在单轴压缩过程中微裂纹间距服从变参数的广义极限分布这一结论。基于此,根据宏、细观损伤力学理论描述损伤的特征,在内变量不可逆热力学理论框架下,应用能量耗散原理建立包含宏细观两个尺度损伤信息的统计损伤模型。最后,应用此模型模拟得到大理岩单轴压缩的应力-应变关系及三个损伤变量的发展过程。研究结果表明,模型应力应变曲线处于试验应力应变曲线包络线内,并且包含细观损伤信息的损伤变量D比由宏观物理力学参数角度定义的损伤变量KD、GD对损伤更为敏感,且三个损伤变量的发展具有明显的阶段性。     

粉砂岩三轴压缩条件下细观损伤特征的定量研究

首先利用RMT-150B岩石伺服试验系统,以不同围压(2,4,6,8,10 MPa)分别对大坦沙工程粉砂岩试样进行三轴压缩试验。然后,利用扫描电镜(SEM)拍摄得到的大量细观损伤图片,运用数字图像技术获取微裂纹的细观几何信息,从方位角、长度、宽度、面积和数量对不同围压条件相应的粉砂岩细观尺度微损伤特征进行统计分析。研究结果表明：三轴压缩条件下粉砂岩微裂纹的方位角、长度和宽度基本服从广义极限分布;微裂纹的方位角主要集中在与σ1作用方向成35°附近;随着围压的增长,仅有小部分微裂纹在长度尺寸上出现较大幅度的增长,而绝大部分微裂纹在宽度尺寸上基本不发育;经历三轴压缩试验的粉砂岩试样的能量耗散方式,主要以数量和长度两个方式进行。     

大理岩细观破坏行为的量化分析

对选自四川镜屏二级水电站的大理岩进行带有加载装置的扫描电镜(SEM)细观损伤破坏过程的动态试验.获取试验过程中裂纹生长发育的相关图片,并进行图像处理、分析、可视化和算法开发的研究,获取岩石损伤破坏的过程中的重要参数(长度、面积、角度等),进行损伤破坏特性的量化分析.研究结果表明,加载过程中,长度、方位角、面积等细观结构参数服从一定的分布规律和演化规律;加载过程中分叉裂纹极其发育,加载后期裂纹扩展迅速,最终形成剪切破坏面.     

深埋长大隧洞围岩非定常剪切流变模型初探

 针对锦屏二级水电站深埋长大隧洞(埋深2 525 m,长19 km,宽13 m)围岩在开挖与运营过程中呈现出显著的流变劣化特征,采用CSS–283双向万能实验机,对含硬性结构面的大理岩进行剪切流变特性的实验研究,分析岩石黏弹变形随应力水平不同和时间发展的变化规律;在对实验数据和定常流变模型本构关系深入分析的基础上,引入与时间有关的非确定参数,提出一种非定常流变模型,并建立其在一维情况下蠕变方程;通过对定常流变模型理论、非定常流变模型理论和流变实验结果的比较表明,考虑参数时间相关性的非定常黏弹流变模型比定常黏弹流变模型更为准确地反映了岩石的黏弹性变形性能。研究结果是对岩石非定常流变模型研究的一种初探,并对锦屏二级水电站深埋长大隧洞工程有重大的参考价值。     

大理岩脆－延性转换的微观机理研究

为探讨高水压对大理岩变形、强度、脆－延转化特性及破坏断裂损伤劣化的影响，取锦屏二级水电站引水隧洞大理岩分别进行高水压、高围压、低围压作用下全应力－应变过程三轴压缩对比试验，对大理岩破坏断裂断口进行微观扫描电镜试验，分析不同工况条件下大理岩断口微观形貌特征.结果表明，在低围压作用下莫尔强度包络线近似为线性，在高围压作用下莫尔强度包络线为非线性.高外水压力的存在抑制了岩石脆性向延性的发展，降低了岩石的强度，对软化区裂纹的扩展起到加剧作用.通过微观数字图像实验分析可知，高围压比低围压条件下大理岩断口裂纹长度小、密度大，分布均匀.给出了高水压、高围压作用下岩石破裂产生的微观损伤力学机理，为进一步分析高围压、高内外水压条件下非圆形洞室围岩失稳破坏提供了可靠的理论依据.     

应变花的平差计算及其在工程中的应用

根据自由网平差理论，提出了一种处理应变网络数据以确定该点应力状态的方法，推导出更符合实际、适应性更广泛的计算主应力公式结果表明，该方法能够充分利用所有的测试信息，大大地提高了处理实测应变数据的精度，效果良好因此，在验算金属支架强度、高层钢结构网架的可靠度等方面具有一定的应用价值     

岩石细观结构量化试验研究

岩石是一种多尺度材料,以往的研究大多是在宏观尺度下进行的,由于岩石在外部荷载作用下的断裂乃至破坏是由于处于细观尺度的微裂隙的增长和贯通引起的,所以对处于细观尺度的微裂隙进行量化分析,对于了解和研究岩石的力学性质有一定的意义.首先,基于损伤理论建立一套岩石细观量化试验方法,利用扫描电镜对四川锦屏大理岩进行观测,得到大量岩石细观结构图片.基于数字图像处理理论,利用区域生长算法对图片进行处理,并编制相关程序实现图像增强和图像分割,从分割后的二值化图像中提取微裂隙的长度、方位角、宽度、面积和周长等细观信息.然后,利用统计学理论对获取到的微裂隙细观信息进行统计分析,得到各参数的统计规律,进一步利用Monte Carlo理论模拟岩石细观结构体积表征单元.最后,依据几何损伤理论得到岩石细观结构体积表征单元的初始损伤张量,将其引入到G.Swoboda的损伤理论中,模拟得到单轴压缩试验和常规三轴压缩试验的应力-应变关系,并与实际试验的结果进行比较.结果显示可以较准确模拟2种力学状态下的应力-应变关系.     

一种新的非线性粘弹塑性流变模型

根据岩石蠕变条件下裂纹扩展特性,在前人研究的基础上建立了一个能反映加速蠕变阶段的非线性粘弹塑性流变模型,该模型能描述蠕变变形的3个阶段,即初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。结合锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞板岩剪切流变试验结果,通过编写变尺度法(DFP)算法,辨识流变模型参数,结果表明作者提出的非线性粘弹塑性流变模型是正确的。     

边坡稳定的离散元强度折减法分析

分析边坡稳定性的传统方法主要有极限平衡法和有限元法,传统的极限平衡法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数,有限元法对节理岩质边坡的稳定分析需要设置节理单元,而离散单元法能真实地表达节理岩体的几何特征,便于处理非线性变形和破坏都集中在节理面上的岩体破坏问题,因此可以更好地模拟边坡的稳定状况。将离散元法与强度折减法结合,分别对土质边坡和含结构面的岩质边坡的稳定性进行了算例分析,结果表明离散元强度折减法在岩土体边坡稳定分析方面具有潜在的优越性,是节理岩质边坡稳定性分析的可行、有效的方法。     

基于GIS的岩土工程有限元分析系统集成方法

GIS因具有对空间信息和属性信息强大的管理功能,已在许多领域得到广泛的应用.而岩土工程有限元计算分析实际上也是一个对空间信息和属性信息的分析处理过程,进行GIS和岩土工程有限元计算的融合其优势是明显的.就基于GIS的岩土工程有限元分析过程中的数据前处理、有限元计算、计算结果后处理及可视化等问题进行了研究探讨.