物理模型试验光纤传感测试方法应用进展

室内模拟试验是岩土力学与工程地质领域科学研究的重要手段之一。光纤传感测试是一种高精度、实时性、分布式和并行式的测试技术,构建物理模型试验光纤传感测试方法,推动了模拟试验技术的进步,为现场工程可以提供更可靠的指导。本文列举了常用模型试验光纤传感测试技术,综述了岩土力学与工程地质在5个方面应用模型试验光纤传感测试的进展,并对光纤传感器的结构形式、温度补偿、传感器标定、布设工艺等应用关键问题进行了总结,探讨了光纤与模型材料变形同步、协调和相容的关系。表明基于光纤传感技术的多尺度、多源信息模型试验研究将成为未来岩土力学与工程室内试验的热点。     

西安城区地裂缝破裂扩展的数值模拟

西安城区由于其复杂、特殊的地质条件,成为世界上地裂缝发育最典型的城市,这给建设中的西安地铁带来了全新的课题。隐伏地裂缝在黄土中的扩展机理,影响范围,影响程度等问题,都是西安地铁建设中所广泛关注和亟待解决的问题。为研究黄土中地裂缝的扩展机理和扩展特征,笔者结合大型物理模型试验结果,利用数值模拟的方法,建立了三维数值分析模型,进行了不同工况的对比分析研究。研究表明,采用数值模拟的结果与模型试验以及调查所见地裂缝带上建筑物的破裂形式基本一致,这说明用数值模拟进行地裂缝扩展分析是有效的。     

粗粒土的离心模型试验与数值模拟

岩土工程数值计算中粗粒土常采用邓肯-张本构模型,为了验证该模型在轴向加载、卸载、侧向加载等复杂应力路径条件下的适用性,进行了粗粒土的三轴试验获取其力学特性及本构模型参数;根据相似性原理制作了堆石坝的离心模型试样,并采用与三轴试验同样级配与粒径的粗粒土进行复杂应力路径的堆石坝离心模型试验,试验中通过改变离心加速度模拟加载、卸载,利用上游蓄水模拟坝体的侧向加载;采用ABAQUS对离心模型试验进行三维数值模拟,并研究了模型箱侧壁摩擦系数与土体的初始应力对数值结果的影响。通过比较离心模型试验与数值模拟成果,表明土体的初始弹性模量对计算结果影响较大,初始应力应选择自重作用下的应力场;邓肯-张本构模型能较好地描述堆石坝的加载应力路径,而模拟卸载应力路径有一定的差异,需要改进邓肯-张本构模型中卸载模量的确定方法。     

洞群模型试验中微型多点位移计的设计及应用

地质力学模型试验是研究大型地下洞室群围岩稳定性状况的重要方法,但是,许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果,其中包括试验过程中物理量的量测问题。以双江口水电站地下洞群稳定性为研究对象,开展了模型试验为准确量测三维应力状态下洞群模型试验中围岩内部的微小位移,设计、制作和安装了高精度微型多点位移计,获得了围岩在开挖全过程中的位移变化规律曲线,同时,还开展了与模型试验相对应的数值模拟。将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,设计成功的微型多点位移计能够广泛应用在各类岩土工程模型试验之中。     

城市地铁隧道施工对管线影响的试验与数值分析

结合深圳地铁大剧院～科学馆区间隧道非降水施工对管线的影响这一实际问题,给出了管线安全性的评价标准.利用土工离心模型试验,模拟了隧道开挖对管线的影响,然后利用三维弹塑性有限元法模拟了隧道施工过程中,管线的动态响应,通过离心模型试验、数值模拟分析、现场量测的地表沉降值的对比分析可知,三者的数据基本吻合,论证了文中分析结果的合理性,并对施工期间管线的安全性做出了评价,为该工程顺利实施提供了理论依据和指导作用.     

数值流形元中水压力与开挖作用的模拟方法研究

水是影响岩土工程安全性的活跃因素,开挖是岩土工程中常见的工程作用,作为一种较新的数值方法,数值流形方法在这两方面的研究仍然较少,影响了数值流形方法在实际工程中的应用。针对结构面可能承受三种不同类型的水压力作用,分别给出了相应的计算公式以计算水压力对岩体结构的影响。数值方法中常删除开挖区域块体和单元的做法模拟开挖,这种处理方法易于描述且物理意义明确,相应的算例表明将它引入数值流形方法之后,数值流形方法能够合理地模拟开挖后的围岩变形,扩展了数值流形方法的应用范围并为更深入研究流形方法奠定了基础。     

再论岩土工程有限元方法的应用问题

岩土工程数值分析方法对于研究复杂的岩土介质与多变的施工措施是一种得力的方法,比传统的解析方法、室内试验方法、模拟试验方法、现场试验方法等具有无可替代的优越性。按岩土工程数值方法的历史发展、作用及发展方向,将其分为4个层次：作为一种高级计算器,直接为某个具体岩土工程的设计服务,对该岩土工程在各种极端设计工况下进行安全性、稳定性的计算分析;作为一种强大的、无与伦比的模拟分析器,对复杂工况条件下复杂岩土工程的各种不利因素的相互作用、相互影响、耦合效应等进行模拟分析;作为一种无成本、可重复的多功能试验机,探索具体岩土工程的稳定机制或某工程措施的加固机制;作为岩土工程数值方法的终极目标,对数值分析方法进行二次开发——研发智能化、快速化、简便化的新型数值分析工具。对这4个层次进行了讨论,并对每个层次进行举例说明。     

土动力学与岩土地震工程研究进展

指出了土动力学与岩土地震工程领域课题的特点与研究方法,并从土的动力特性与本构理论、动荷载作用下饱和土的液化、岩土体的地震变形与稳定性分析、土与结构动力相互作用、数值分析方法、物理模型试验与技术6个方面评述了国内外研究进展与发展趋势,建议了应着重研究的学科前沿与关键科学问题,希望能对今后的科研工作有一定的启迪作用     

岩土工程数值模拟新方法

论述了岩土工程数值模拟的新进展和近年来新出现的数值模拟方法,重点介绍了无网络伽辽金法（ＥＦＧＭ）和数值流形法（ＭＭ）的原理及其在岩土工程中的应用,指出了今后研究的重点方向。     

陡倾角反倾层状岩质边坡变形特征数值模拟验证

对于大量中、小型岩质边坡，因地质结构简单、边界条件清楚，且施工周期较短、经费有限，不可能也没有必要对其开展较大规模勘探工作。而物理模型试验则周期较长、费用较高。因此，数值模拟技术可以替代模型试验，成为这类边坡变形破坏分析的首选手段之一。论文利用离散单元方法(DEM)分析了某公路陡倾角反倾岩质边坡开挖变形破坏机制及其演变过程，验证了教科书上该类边坡的机理，并在此基础上提出了边坡防治工程建议。该方法加深了对边坡变形的认识，节约了工程周期及造价，应成为中、小型岩质边坡研究的辅助措施。     

应用正交试验设计进行数值模型参数的敏感性分析

结合深基坑重力式挡土墙侧向变形的有限元分析 ,提出了采用正交试验设计及其统计分析方法研究数值模拟结果对岩土参数敏感性的步骤。该方法能够区分影响计算结果的主要参数和次要参数 ,并对参数的敏感程度进行量化。实例分析表明 ,模拟结果只对个别参数的变化比较敏感 ,而其它参数对模拟结果影响较小。敏感性分析结果符合工程实践经验 ,表明该方法是可行的。     

预应力锚索锚固效应的三维数值模拟及其工程应用研究

预应力锚固技术在岩土加固的各个领域中得到了广泛的应用,但是关于其锚固机理的研究仍处于探索阶段。本文采用快速拉格朗日分析法(FLAC3D)对预应力单、群锚体系作用下锚固段、自由段以及锚头部位的受力、变形和破坏机理进行了三维数值模拟分析,探讨了影响锚固段剪应力分布的一些因素,在此基础上得出了一些有益的结论,可为预应力锚固的工程设计和理论研究提供参考。最后,将其应用到工程实践中,证明了其有效性。      

洪早期库岸边坡稳定性的数值分析

在库岸边坡稳定性分析中,按传统的滑坡稳这定性计算方法搜索滑面,本身就是一项繁琐的工作,库水位变动的影响使问题变得更加复杂。数值分析方法在这方面就体现出其优越性。本文采用专业岩土工程软件FLAC^3D计算软件,在枯水期和洪水期对杨家坝滑坡进行了分析,研究了两个时期滑坡的变形与受力状态,判定了滑坡的稳定性。结果表明,利用数值方法分析库岸边坡稳定性的方法是值得借鉴的。     

复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建

复杂三维地质可视化和数值模型的构建是采矿、岩土及水利水电工程中常常遇到的关键问题。针对数值模拟软件在复杂矿区地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等缺点,结合矿业软件在复杂三维地质体建模的强大优势,在研究线框模型和块体模型差异的基础上,提出了基于线框模型的复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建技术。根据线框模型特点不同,以地表和采空区模型为型,分别阐述了基于Surpac的表面模型和实体模型无缝转换成MIDAS/GTS数值模型的有效方法,并将该技术成功应用于冬瓜山铜矿复杂采空区群围岩稳定性研究中。结果表明,该方法是可行、有效的,从而为矿山开采设计、安全分析及复杂地质体结构的岩土工程数值模拟分析提供了一种新的建模方法。     

A physical and numerical model-based research on the subsidence features of overlying strata caused by coal mining in Henan,China

The major environmental consequence of coal mining is anthropogenic land subsidence. In particular, mine subsidence can cause damage to public and private infrastructure such as railroads, roads, pipelines and buildings. What is more, it is an engineering problem which troubles engineering construction and safety. Ground surface deformation is related to the measure of mining and the deformation mechanism of overlying strata above the gob. In this paper, a physical and numerical model on the subsidence of longwall mining within a geotechnical setting is presented. The physical model is developed within the framework of physical similar law and geological model in Henan Province, China. The numerical solution is developed within continuum poromechanics and finite element setting. The law of overlying strata deformation is obtained according to physical model experiment and numerical simulation.     

对岩土工程数值分析的几点思考

首先,介绍了笔者对我国岩土工程数值分析现状的调查结果及分析,然后,分析了采用连续介质力学分析岩土工程问题的关键,并讨论分析了岩土本构理论发展现状,提出对岩土本构理论发展方向的思考,最后对数值分析在岩土工程分析中的地位作了分析。分析表明,岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一;采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键是如何建立岩土的工程实用本构方程;建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。     

大唐国际东营一期49.5 MW风电场工程桩基施工及其原体试验

大唐国际东营风电一期工程拟建风电场场区位于东营市东部沿海区域,拟建场地上覆第四系地层,结构松散,厚度较大,工程性质较差,地基强度较低,不能满足重要建（构）筑物对其强度及变形的要求,且场地内的饱和粉土及砂土在地震影响烈度达Ⅶ度时将可能产生液化现象,因此需进行地基处理。根据现场岩土条件,拟采用预应力高强混凝土管桩（PHC）,需进行桩基原体试验。主要介绍了桩基原体试验施工过程、检测方法及试验成果等。     

岩基载荷试验影响因素分析

在大型工程的岩土工程勘察中,如何确定岩石地基的承载力,直接影响到建筑的质量、造价和进度。载荷试验作为模拟建筑物基础受力条件的试验,科学、直观地提供了地基的承载力和变形模量,给设计部门提供了不可或缺的设计依据。然而,岩基载荷试验结果受基岩埋深及孔径的影响尚不清楚。利用ABAQUS有限元分析软件,对深层岩基载荷试验影响因素进行数值模拟分析,得出的结论可为今后岩土工程勘察提供借鉴。     

Probabilistic Methods Applied to Unsaturated Numerical Modeling

The numerical modeling of unsaturated soil processes is becoming more prevalent worldwide. Although numerical modeling is becoming increasingly accepted in geotechnical engineering practice, care must be exercised and improper modeling techniques and procedures must be avoided. Many issues such as nodal resolution and imperfect convergence can result in inaccurate solutions. Unfortunately, analyses of highly nonlinear unsaturated soil flow and slope stability models can significantly increase the modeling time required. As a result, there is a trend to reduce the number of model runs. Results are often presented to client as single model runs or simplistic sensitivity analysis. This paper presents methodologies for applying probabilistic methods to unsaturated soils seepage and slope stability analysis models. The focus is on the application of the alternative point estimate method to practical problems in such a way as to minimize the number of model runs. The demonstration of a successful application to a waste rock pile is presented.