含倾斜定向排列裂隙介质纵波特征

根据Schoenberg的含裂隙介质的线性滑移模型在弱各向异性近似条件下根据Bond变换获得了含倾斜定向排列裂隙介质的弹性系数矩阵。在将含倾斜定向排列裂隙介质视为倾斜横向各项同性（TTI）介质的基础上根据弱各向异性近似条件下TTI介质纵波相速度、弹性波阻抗以及反射系数的近似解析解,研究了裂隙倾斜角对含倾斜定向排列裂隙介质中纵波相速度、反射系数以及波阻抗的影响。研究发现含倾斜裂隙介质的纵波相速度、各向异性弹性波阻抗、反射系数三个参数具有类似方位各向异性特征：入射角大的时候,显示较强方位各向异性,但是这三个参数对入射角的依赖程度却不完全相同,反射系数对入射角的依赖程度最大。     

裂隙介质弹性性质研究

波在介质中传播，主要是受介质的弹性性质的影响，在各向同性的岩石背景上，含有裂隙；岩石表现为各向异性，裂隙的形状不同，各向异性的性质也不同。本文在Hudson模型基础上，应用散射理论，研究了垂直定向分布的裂隙介质（EDA），水平分布的裂隙介质（PTL）、正交裂隙介质（ORA）、两组垂直斜交的裂隙介质（EDA＋EDA）等4种类型裂隙介质的弹性性质，给出弹性参数计算公式，并分析了裂隙介质与各向异性之间的内在联系。     

两种类型裂隙介质的弹性常数分析

作者在 Hudson关于裂隙介质假设的条件下 ,分析了含随机取向裂隙介质和两组取向裂隙介质的弹性常数矩阵。结果表明 :含随机取向的裂隙介质等效于各向同性介质 ,含两组取向的裂隙介质为各向异性介质 ,并给出弹性常数矩阵中各分量的具体表达式     

有限单元法在会泽铅锌矿涌水量预测中的应用

该文通过对会泽铅锌矿区水文地质条件的研究，采用等效裂隙介质模型概化矿床充水含水层，并利用矿坑涌水资料及矿区地下水水位观测资料，应用里兹有限元法计算和预测了麒麟厂矿坑深部1511、1451中段的涌水量。     

裂隙连通性对含流体介质剪切波分裂特征的影响

地下介质受到多期构造运动的作用,裂缝以多组形式存在的现象比较普遍,多组裂隙之间的连通性会影响介质的弹性参数。计算含两组交错裂缝饱和岩石弹性模量时,对于裂隙连通的情况,先计算干燥岩石的弹性参数,再通过各向异性流体替换获得含流体裂隙介质的弹性参数。对于不相交裂隙的情况,先对两组裂隙分别计算其饱和裂纹韧度,再计算饱和裂隙岩石的总体弹性参数。研究结果表明:①油水饱和条件下,当裂隙连通时,剪切波分裂参数随着油饱和度的增加变化较小;当裂隙不连通时,剪切波分裂参数随着油饱和度的增加变化较大;②随着裂隙倾角θ的增大,剪切波分裂参数减小;③在油饱和条件下,当裂隙连通时,剪切波分裂参数随着孔隙度的增加稍稍增加;当裂隙不连通情况时,剪切波分裂参数随着孔隙度的增加而减小,减小程度相对较大。     

基于等效连续介质模型的单裂隙渗流数值模拟研究

基岩裂隙介质的空间变异性导致裂隙渗流情况十分复杂。在等效连续介质模型的基础上,建立数值分析模型研究了裂隙宽度和渗透系数对单裂隙渗流的影响。利用单裂隙立方定律对裂隙流量进行解析计算,并在单一变量研究原则下,利用MODFLOW创建了光滑平行板单裂隙介质的数值模型。据等效理论,将单裂隙宽度放大10倍的条件下,解析解计算结果比模拟结果高出6个数量级;不同裂隙宽度条件下,数值模拟结果与解析计算结果都表现出通过单个裂隙的水流量随着裂隙的宽度的增加而增加;不同渗透系数条件下,稳定流与非稳定流条件下得到的流量都随渗透系数的减小而变小。     

模拟裂隙多孔介质中变饱和渗流的广义等效连续体方法

描述了一种计算裂隙多孔介质中变饱和渗流的广义等效连续体方法。这种方法忽略裂隙的毛细作用,设定一个与某孔隙饱和度相对应的综合饱和度极限值,并假定：（1）如果裂隙多孔介质的综合饱和度小于该极限值,水只在孔隙中存在并流动,而裂隙中则没有水的流动;（2）如果综合饱和度等于或大于该极限值,水将进入裂隙,并在裂隙内运动。分析比较了等效连续体模型的不同计算方法,并给出了一个模拟裂隙岩体中变饱和渗流与传热耦合问题的应用算例。结果表明,所述方法具有一般性,可以有效地模拟裂隙多孔介质中变饱和渗流的基本特征。     

岩体非连续裂隙网络水力学特征

介绍了非连续裂隙网络及其水流自动模拟系统。针对实测的非连续裂隙网络，就其等效多孔介质的存在性、非连续裂隙网络系统的的边界效应等水力学特征进行了分析。研究表明：即使一个非连续裂隙网络的渗透性征可以用一个对称的二阶张量描述，也无法保证等效多孔介质是存在的。     

岩体裂隙系统渗流场与应力场耦合模型

岩体系统具有复杂的结构。一般认为，岩体系统是非均质各向异性不连续的多相介质体系。当岩体以裂隙为主，且其分布较密集时，可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。本文运用等效连续介质理论，提出了两种岩体裂隙系统渗流场与应力场耦合模型：一是以渗透水压力与隙变形关系、应力与渗透系统数关系为基础，建立渗透系数张量计算公式，进而建立等效效连续介质渗流为数学模型。以裂隙岩体应变张量分析为基础，建立裂隙岩体效应力张量     

裂隙岩体的多孔介质水力等效性研究

工程岩体中数量众多的裂隙面限制了离散裂隙网络模型在岩体渗流中的应用,迫使人们寻找能够用理论上成熟的等效连续介质模型替代,这就要求进行岩体多孔介质的水力等效性研究。在野外大量实测裂隙的基础上,进行裂隙密度、方位、大小、延续性、开度等几何参数的统计分析,以Enhanced Baecher模型建立离散裂隙网络随机模型,采用Monte-Carlo随机模拟方法进行三维裂隙网络随机模拟。在所生成的一定尺度的三维裂隙网络图基础上,给出计算研究域REV的方法,通过判断REV是否存在,确定能否用等效连续介质模型分析岩体渗流。     

Effective elastic properties of the double‐periodically cracked plates

In this paper, the interaction of double‐periodical cracks is accurately solved based on the isolating analysis procedure, superposition principle, pseudo‐traction method, Chebyshev polynomial expansion and crack‐surface collocation technique. The jump displacement crossing crack faces, the average additional strain and therefore the effective compliance of the double‐periodically cracked plate are directly determined. The numerical results for axial‐symmetrically distributed double‐periodical cracks, general double‐periodical cracks with one collinear direction as well as two sets of double‐periodical cracks with same size and square distribution are given in this paper. And the partial typical numerical results are compared with the previous works. The analysis shows that the anisotropy induced by the general double‐periodical cracks is generally not orthogonal anisotropy. Only when the double‐periodical cracks are axial‐symmetrically distributed, is the anisotropy orthogonal. In this special cases, the effective engineering constants (consist of effective elastic modulus, the effective Poisson's ratio, the effective shear modulus) of cracked plate versus crack spacing, in the plane stress and plane strain conditions, respectively, are analysed. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

Stress fields and subsurface crack propagation of single and multiple rock indentation and disc cutting

Summary Indentation stress fields of one- and two-point loads applied on an ideal elastic half-space are presented. Laboratory observations, although few, are in surprisingly good agreement with long median and cone-type tensile cracks predicted by normal principal stresses. Results indicate that simultaneous loading by multiple indenters offers a possibility partly to control the direction and length of such cracks. This suggests the development of new cutter configurations with a possible increase in efficiency, as compared with present rock boring and rock cutting practice. A simple fracture mechanics calculation of the length of subsurface cracks is performed by applying indentation fracture studies of ceramics. Results demonstrate the influence of material parameters such as fracture surface energy, hardness and elastic constants.     

Determining elastic constants of transversely isotropic rocks using Brazilian test and iterative procedure

The elastic constants of rocks are the basic parameters for rock mechanics, and play a very important role in engineering design. There are many laboratory methods to determine the elastic constants of transversely isotropic rocks, and the Brazilian test is a popular method. This paper presented a method combination of the Brazilian test, back calculation, and iterative procedure to evaluate the five independent elastic constants of transversely isotropic rocks in laboratory. The strain data at the centre of discs were obtained using Brazilian test. The stresses at the centre of discs were computed using numerical programs. By using back calculation, the temporary elastic constants were computed after the stresses and stains were substituted into elastic mechanics equations. After iterative procedure, the convergent values of the elastic constants can be obtained. One numerical example and three experimental cases were proposed to show the applicability of this method. The convergent values of the five independent elastic constants can be obtained in no more than 10 iterative cycles. The results coming from numerical analysis method exhibited satisfactory outcome in accordance with those of generalized reduced gradient method. The merits of this method include convenient specimen preparation of the Brazilian test, simple iterative procedure, and readily available commercially numerical programs, so that this method can be easily popularized in research and engineering analysis. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析

门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。     

拉剪应力状态下岩体裂隙扩展的断裂力学机制及物理模型试验

开挖卸荷岩体裂隙面通常处于拉剪应力状态。在裂隙应力和变形状态分析的基础上,采用线弹性断裂力学理论和物理模型试验研究了拉剪应力状态下裂隙扩展的力学机制。岩体裂隙在拉剪应力状态下沿裂隙面间的滑动抗剪摩擦力消失,裂隙起裂沿Ⅰ型张拉裂隙断裂韧度KⅠ最小的方向起裂,并最终发展与卸荷拉应力方向垂直;拉剪应力状态下岩体的总位移方向平行于拉应力方向,通过合理的位移假设,基于能量及线弹性断裂力学理论,求解了拉剪应力状态下分支裂隙扩展过程中尖端的动态应力强度因子和扩展长度判据;通过拉剪应力状态下单裂隙扩展物理模型试验验证了理论推导的正确性。     

Numerical simulation of crack propagation in layered formations

In the present study, a boundary element method based on the higher order displacement discontinuity formulation is presented to solve the general problem of hydraulic fracture propagation in layered formations. Displacement collocation technique is employed to model the higher order displacement variation along the crack and the special crack tip element near its ends. The hydraulic fracture propagation and its interaction with the layer interface in non-homogenous rock materials are studied by the proposed semi-analytical (hybridized boundary element-boundary collocation) method. The maximum tangential stress criterion (or σ-criterion) of fracture mechanics considering different elastic constants (Young modulus and Poisson’s ratio) is used to obtain the fracture path. The fracture propagation from stiff to soft and soft to stiff media for cracks having different inclination angles is modeled, and the effects of elastic constants on the hydraulic fracture propagation is studied. The results show that if the hydraulic fracture originates in the stiffer layer, its capability to cross the layer increases and is vice versa for the softer material. The comparison of the results gained from the numerical method with those in the literature show a good performance of the method in the case of propagation of hydraulic fracture in layered formations.     

混凝土开裂对地基板弯矩的影响

当前地基板的配筋设计均按弹性体计算得到的弯矩进行，这在理论上是不合理的，因为地基板是高次超静定问题，地基板开裂后其弯矩会有较大的改变。笔者通过合理模拟地基板裂缝开展过程及土．结构的相互作用，采用非线性有限单元法对地基板进行了分析，着重讨论了不同计算方法及裂缝对地基板弯矩的影响。计算结果表明，按平面问题计算得到的弯矩比按空间问题大40％左右，地基板开裂后弯矩减小，且裂缝越多，弯矩减小越多。     

考虑桩土效应的双排桩模型及参数研究

双排桩作为一种新型的深基坑支护结构,目前尚无简单而有效的设计方法。首先,借助Winkler地基梁基本思想,在忽略桩土竖向摩擦效应及空间效应的前提下,对双排桩支护结构力学机制进行分析,建立了考虑桩土效应的双排桩平面杆系有限元模型。接着围绕双排桩平面杆系有限元模型的关键参数土压力分布及弹性抗力系数展开了研究,针对连梁拉力将使传统的坑后土体滑移面临界距离增加特征,利用滑动比例系数法获得了土压力分配规律;针对弹性抗力系数正分析取值不确定性,提出了采用位移反分析优化方法获得弹性抗力参数的取值。最后,根据杆系有限元及反分析中位移最优准则函数的求解步骤,分别编制了doublerowpile及doublerowpileparameter计算程序,并进行了相应的工程计算,工程计算结果表明,计算位移与监测位移趋势一致,计算内力符合规范要求,且能较准确获得弹性抗力系数取值。     

深基坑双排桩支护结构设计计算方法研究

考虑了土压力的空间效应,分析并计算了冠梁对双排桩支护结构的变形协调作用;考虑了滑移面和排距对作用在前后排桩上的土压力的影响,在弹性地基梁法的基础上,提出了一种新的双排桩支护结构设计计算模型。将理论计算结果与工程实测资料进行了对比分析,结果表明应用该计算模型进行计算,能得到有效的计算结果。     

类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究

节理岩体的剪切特性是主导岩体工程稳定性的关键因素。基于PFC2D离散元颗粒流程序,结合室内试验结果对比分析,选取合理的细观参数进行数值模拟,分别从细观角度研究了节理岩石的裂纹发展、能量转化及声发射现象等特性,从宏观角度研究了节理岩石的强度模型和破坏形态。结果表明：节理岩体主要呈现磨损和剪断两种破坏形态,不同的破坏形态对应不同的强度模型;随着剪切变形增加,岩体沿节理面发生破坏,弹性阶段以法向裂纹为主,而塑性阶段切向裂纹起主导作用,滑移区R、P裂纹贯通形成破碎带,节理面产生较大滑移;在应力达到峰值强度前,边界能主要转化为应变能,法向裂纹生成较多;越过峰值强度后,摩擦能快速增长,并伴随大量切向裂纹产生。与室内试验结果相比,PFC2D较好地模拟了节理岩体剪切力学特性,弥补了室内试验中无法进行细观特性研究的缺陷,对于节理岩体后期研究提供了一些参考。