土体应变局部化现象的理论解析

引起土体失稳的应变局部化现象是在特定应力状态下,土体本构产生的分叉特性。基于有限变形理论推导了应变局部化产生的三维解析解。基于应变局部化的理论解析,分析了轴对称和平面应变条件下应变局部化现象在弹塑性硬化阶段的存在性以及剪切带的方向性。 理论分析表明,在轴对称条件下,土体应变局部化产生于土体应力-应变的软化阶段,而平面应变条件下,土体应变局部化一般出现在应力-应变的硬化阶段,其剪切带方向角的理论预测与Arthur等[1]建议值较为一致。     

基于CLoE与Gudehus-Bauer亚塑性模型的颗粒材料应变局部化对比研究

基于CLoE与Gudehus-Bauer亚塑性模型数值模拟了平面应变条件下Hostun砂的应变局部化现象。从侧向压力和初始缺陷两个方面对比研究了两种模型所预测应变局部化的产生及演化模式。结果表明：（1）两种模型均能反映Hostun砂刚度随着侧向压力提高而增大的现象。（2）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型,CLoE亚塑性模型所得出的应变局部化形态与试验结果更加一致。（3）CLoE亚塑性模型能够反映随着荷载增加,砂的体积先膨胀后缩小的特点。（4）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型,CLoE亚塑性模型所得到的应变-应力曲线能够更明显地反映应变局部化带中单元的软化现象。（5）CLoE亚塑性模型能够更好地模拟由初始缺陷导致的不均匀应变。总的来说,所得的数值结果表明,CLoE亚塑性模型能够较好地模拟侧向压力和初始缺陷对应变局部化的影响,在模拟应变局部化现象方面较Gudehus-Bauer更有优势。然而,现有CLoE亚塑性模型无法考虑孔隙比,也未包含颗粒材料内尺度变量,有待进一步完善。     

弹塑性介质内的波速变化

应用一个具体问题展开了波在固体在弹性、弹塑性和应变局部化阶段的传播特性的研究。当经典本构计算到材料出现应变局部化时失效、控制方程出现分叉现象时,非局部效应本构描述得以继续分析,破坏过程变形进一步体现。本构内引入梯度项的贡献,以牺牲了特高频率( )特性为代价,增强了控制方程的稳定性。阻尼的影响复杂得多,考虑滞变阻尼、且仅与质量有关时,阻尼对控制方程的稳定性没有贡献。如果阻尼考虑为与质量和刚度联合相关时,阻尼对控制方程稳定性是有一定的贡献。     

软化岩土介质的应变局部化研究进展--意义·现状·应变梯度

如何准确描述岩土的应变软化已是岩土力学研究的难题,而岩土介质的软化性状与应变局部化的产生和发展直接相关。阐述了研究岩土材料的软化性状的意义以及岩土材料的软化与应变局部化的关系。从实验研究、理论建模和数值模拟三方面综述应变局部化在岩土力学中的研究现状;说明应变局部化发生时考虑应变梯度的必要性;就应变局部化研究在岩土力学中的发展趋势提出初步看法。     

基于应变梯度理论的韧性剪切带理论研究

地质领域中存在的大量事实都可以归为应变局部化范畴,韧性剪切带是剪切应变局部化带。本文首次应用应变梯度塑性理论对韧性剪切带进行了理论分析。获得了韧性剪切带内部局部剪应变(率)分布规律,剪切带错动总位移及剪切带法向位移的理论表达式,以及韧性剪切带内部体积应变(率)和孔隙率分布规律。剪应变局部化导致了体积应变和孔隙率局部化。随着应变软化的加剧,剪应变、体积应变和孔隙率局部化加剧;随着应力率绝对值的增加,剪应变率、体积应变率集中程度增强。      

应变局部化问题中的正则化机制探讨

应变局部化问题是当前岩土力学研究的一个重要课题。处理应变局部化问题,一般的方法是引入正则化机制,包括黏性效应、Cosserat理论、非局部化、梯度理论。对应变局部化问题中的各种正则化机制应用进展作了系统总结,并分析讨论了各种正则化机制所存在的问题,最后对应变局部化问题中的正则化机制应用作了展望。     

单轴压类岩石试件应变局部化位置、方向及预警应用研究

应变局部化是岩石破坏的先兆,为揭示单轴压缩条件下控制变形局部化带出现时间、位置和生长方向的主要因素。以白光数字散斑相关方法作为观测手段,获取实验过程中变形局部化的时间演变全过程数据,计算最大主应变场、最小主应变场、位移场,并结合轴力-位移关系曲线对多个试件的局部化演变特征进行了综合对比分析,发现类岩石脆性材料在单轴压受力条件下局部化带的发展沿最大主应变(最大压应变)方向,并随着最大主应变方向的偏转而发生偏转;局部化带的出现位置受最小主应变控制;短时位移场显示脆性类岩石材料局部化带内以张拉破坏为主,并非剪切破坏;局部化带不仅可在接近峰值载荷的高荷载条件下出现,还可能出现在荷载值较低的变形加速拐点处;局部化启动、局部化带两侧观测点水平位移分量反向是较好的构件破坏预警指标。     

饱和多孔介质材料的应变局部化萌生条件

在单相介质和非渗流饱和多孔介质应变局部化萌生条件的基础上,应用饱和多孔介质控制方程和Liapunov稳定理论,导出了渗流条件下的固相应力-应变描述和有效应力-应变描述的多孔介质固相部分的应变局部化的萌生条件。不同应力描述下的萌生条件的形式有一定变化。应用简单算例,讨论了Terzaghi有效应力描述的应变局部化萌生条件中两种固、液相对运动特例下的饱和多孔介质应变局部化破坏的形式。     

涉及流体的岩土工程自然灾害统一机制探讨

渗透系数依赖于塑性剪切应变（率）。塑性区可以进一步划分为剪应变局部化区和非剪应变局部化区,采用应变梯度塑性理论将是描述塑性区内应变局部化区的材料性质矩较好方法之一。涉及流体的岩土工程自然灾害统一机制的过程可以分为4个阶段：（1）在孔隙充体存在的条件下岩土材料分叉,应变局部化启动;（2）应变局部化导致岩土材料剪胀或剪缩;（3）剪胀或剪缩引起孔隙流体的流向应变局部化区或流出应变局部化区的渗流运动;（4）在流体作用下岩土结构失稳。将涉及流体的岩土工程中自然灾害的发生机制统一在同一理论框架之中,有助于对这些灾害发生机制的认识和理解,而且对其预测乃至防治也会产生积极的意义。     

贵州岩溶地区公路地质灾害风险分析系统设计

介绍了地质灾害风险、风险评价模型等有关概念。针对贵州岩溶地区公路地质灾害现象严重的特点，在分析地质灾害危险性和受威胁对象易损性的基础上，建立公路地质灾害风险分析系统，并阐明该系统的设计思路及基本结构。     

地基渐进破坏及极限承载力的Cosserat连续体有限元分析

利用Cosserat连续体理论和所发展的有限元数值方法,模拟了地基由应变软化引起的以应变局部化为特征的渐进破坏过程,并从等价塑性应变的发展变化,阐述了渐进破坏过程对所能发挥的极限承载能力的影响。结果表明,Cosserat连续体模型能有效地模拟由应变软化引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象,对地基等土工结构物有必要进行渐进破坏分析。同时指出,在求解软化型土体地基的极限承载力时,如果仍按传统的极限平衡或极限分析理论进行分析,可能得出偏于危险的结果。     

黄土崩塌破坏模式及离散元数值模拟分析

黄土崩塌是黄土高原区最常见、致灾最为严重的一种地质灾害.首先,从黄土地形地貌、黄土类型及结构、黄土垂直节理、坡脚侵蚀、降雨、人类工程活动等方面分析了黄土崩塌的成因,认为黄土中的垂直节理和坡脚侵蚀作用是造成黄土崩塌的主要原因;其次,通过野外黄土崩塌变形破坏特征及地质现象分析,将黄土崩塌归纳为拉裂-坠落式、拉裂-倾倒式、拉...     

Diffuse instabilities with transition to localization in loose granular materials

This paper is concerned with diffuse and other ensuing failure modes in geomaterials when tested under homogeneous states of shearing in various loading programs and drainage conditions. Material instability is indeed the basic property that accounts for the instability of an initially homogeneous deformation field leading to diffuse failure and strain localization in geomaterials. The former is normally characterized by a runaway type of failure accompanied with a sudden and violent collapse of the material in the absence of any localization phenomena. Against this backdrop, we present a brief overview of material instability in elastoplastic solids where one finds a rich source of theoretical concepts including bifurcation, strain localization, diffuse failure and second‐order work, as well as a considerable body of experiments. Some compelling laboratory experimental studies of material instability with focus to diffuse failure are then presented and interpreted based on the second‐order work. Finally, various material instability analyses using an elastoplastic constitutive and a general finite element analysis of the above‐mentioned laboratory experimental tests are presented as a boundary value problem. It is shown that instability can be captured from otherwise uniform stress, density and hydraulic states, whereas uniform deviatoric loads are being applied on the external boundaries of a specimen. Although the numerical simulations reproduce well the laboratory experimental results, they also highlight the hierarchy of failure modes where localization phenomena emerge in the post‐bifurcation regime as a result of a degradation of homogeneity starting from a diffuse mode signalled by a zero second‐order work. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

则木河断裂带活动特征和地质灾害对地貌演化的影响——以鹅掌河流域为例

则木河断裂带具有构造活动强烈、地震活跃、次生地质灾害严重的特点。本文以鹅掌河流域为例,通过对断裂的活动特征,地质灾害的分布规律、长期活动性与成因机制和地貌演化进行分析,研究得出:（1）则木河断裂带活动特征影响地质环境的演化。新构造运动引起断裂带局部应变失衡,断裂活动诱发频繁地震;隆起和断陷断块的差异性活动,加剧地貌演化与地表过程;沉积建造环境的不同,影响岩土体的剥蚀与沉积;断裂的掀斜运动,改变地表水系格局与地热运移。（2）活动断裂对地质灾害的控制作用,表现为灾害具有时空效应。空间上,灾害沿断裂带呈带状分布,沿水系呈线状分布,具有地层倾向性,集中于断裂破碎带的软岩,微地貌效应显著;时间上,现有地质灾害在多次地震扰动和强降雨触发下形成,鹅掌河形成高频泥石流。（3）断裂活动影响灾害成因机制和灾害类型及破坏模式,脆弱的地质环境在地震持续扰动和极端降雨的耦合作用是灾害频发的根本原因;依据灾害成灾机制,将灾害分为3大类,7小类,具有震裂斜坡的典型破坏模式。（4）活动断裂与地质灾害相互作用决定地貌演化。鹅掌河泥石流影响邛海的地貌变迁,通过计算构造隆起量与灾害剥蚀量,表明鹅掌河处于隆起区,邛海处于淤积区。由此可见,则木河断裂活动特征通过影响区域地质环境演化,诱发大量的地震地质灾害,最终由地震构造作用驱动的隆起和断陷,地表灾害过程驱动的剥蚀和淤积,两者相互作用决定现有地貌的演化。     

“5．12”大地震前后汶川县地质灾害发育研究

汶川大地震对地质环境影响很大,由于大地震的影响,其震前震后的地质灾害类型、数量等发生了很大的改变。本文通过搜集前人资料,现场调查,分析了汶川大地震前后汶川县地质灾害的变化。结果表明,地震前汶川县地质灾害类型主要以泥石流为主,地震后,汶川县地质灾害类型主要为崩塌,其次为泥石流和滑坡。地震使汶川县地质灾害数量极大增加,同时,也使得其主要地质灾害类型发生改变。     

川西甘孜地区活动断裂与地质灾害分布相关性探讨

活动断裂带的地质灾害效应是工程地质与地质灾害领域研究的重要内容。川西甘孜地区位于青藏高原东南缘,区内新构造运动强烈,地质灾害频繁发生,对人类生命财产安全造成威胁,对社会生活和经济建设起到了破坏作用。文章从活动断裂与地质灾害点空间分布之间关系进行分析研究,总结出两者在空间分布的规律。认为活动断裂是川西甘孜地区地质灾害孕育的内动力条件之一;在空间位置上关系密不可分,在主要活动断裂0~1 km范围内0.095处/km2、1~2 km范围内0.050/km2、2~5 km范围内0.029处/km2频发。在活动断裂沿线开展针对地质灾害的监测和防范工作亟待落实,可为减轻或避免地质灾害提供依据和建议。      

灰色聚类分析在地质灾害综合区划中的应用

地质灾害作为一种主要的自然灾害,其综合区划研究成为当前学术界重要的前沿课题。利用灰色聚类分析的相关理论,在确立评价指标体系原则及要求的基础上,建立基于区域多源信息融合的地质灾害综合评价指标体系和评价模型,对陕西铜川地区的区域灾害程度进行了定量评价并得到地质灾害的聚类区划图谱。该地区可划分为极重灾、重灾和中灾3大片区,所得结果与区域实际灾情基本吻合。研究表明,灰色聚类分析的数学模型可以实现区域地质灾害的定量区划研究。      

甘肃省灵台县地质灾害特征分析

在综合把握灵台县地质环境的基础上,进行了详细的野外地质灾害调查,查明了该地区滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡四类主要地质灾害的分布、成因及发育规律,并对典型的地质灾害成因与现状进行了具体分析。研究表明：该县地质灾害十分发育、分布较广、危害性强,严重制约着社会经济发展,威胁着人民生命财产安全。     

高分辨率遥感技术在地质灾害调查与成灾规律分析中的应用——以攀西米易地区为例

攀西地区山高谷深,地形切割强烈,历来是地质灾害的重灾区和易发区。为摸清地质灾害家底,查明地质灾害分布与发育规律,排查出可能存在的地质灾害隐患,支撑灾害现场核查与工程防治,利用高分辨率遥感技术(简称高分遥感技术)对四川攀西米易地区开展地质灾害遥感调查与现场验证,共确定有明显威胁对象的地质灾害隐患点106处,主要以崩塌、滑坡为主,其次为泥石流。结合调查结果,开展隐患点成灾规律分析,结果表明: 地质灾害主要发育于安宁河及其支流沿岸一线,沿省道S214线及米普路、麻楠路、二滩库区环湖路段呈带状分布,主要分布于断层两侧500 m范围内,达到51处,占遥感调查隐患点总数的35.8%; 2019年5—9月共发生地质灾害104处,占全年发生地质灾害总数的98.11%; 区域西北部和中北部地质灾害发育程度相对较低。应用结果表明,利用高分遥感技术能够有效查明地质灾害隐患分布与成灾规律,对服务基层防灾减灾工作,减轻灾害损失,提升地质灾害科技水平和防灾能力具有重要意义。     

贵州上洋水河流域拉裂倾倒型崩塌机理研究

贵州上洋水河流域采矿工作引发了形式多样、成因复杂的崩塌地质灾害。以拉裂倾倒式崩塌失稳模式为例,在分析斜坡结构特征的基础上,运用岩体力学理论对崩塌形成岩体的受力演化过程以及中间出现的压缩、挤胀等现象进行了深入研究,并采用离散元数值模拟再现了崩塌形成的变形破坏过程。研究结果表明:磷矿开采产生采空区引起斜坡的应力应变调整,使得岩体产生变形,出现挤胀扩容现象导致岩体失稳倾倒,继而引发崩塌。岩体受力变形过程分为应力调整结构面张拉贯通-岩体变形受压-坡脚岩体挤胀扩容-岩体失稳破坏等4个阶段。在这整个过程中,应力应变的调整和岩体的变形形态以及裂隙的张拉形成相互作用,共同影响着崩塌的进行。