岩石疲劳损伤模型的参数估计方法研究

岩石是一种非均质的复杂地质材料,其疲劳损伤演化具有明显的3阶段发展规律。倒S型非线性疲劳累积损伤模型可以很好地描述这一规律。应用倒S型模型开展损伤计算和疲劳寿命分析的先决条件是确定出不同应力水平下的模型参数,而运用Levenberg-Marquardt法进行倒S型曲线拟合的结果表明,不用任何优化方法而随意选取参数初始值时迭代收敛到最优解的概率很低。因此,提出运用有限组合法估算初始值,即在参数可行域中均匀布点,以这些点为起始点分别实施一次Levenberg-Marquardt优化计算,取残差平方和最小的一组参数作为第2次Levenberg-Marquardt拟合计算的初始值。试验结果表明,以有限组合法估算参数初始值,Levenberg-Marquardt迭代计算总能收敛到最优解。     

改进三峰谷雨流计数法在爆破震动损伤评价中的应用

构筑物在爆破地震载荷作用下发生破坏是一个非常复杂的损伤累积过程。在进行爆破地震效应研究时,不仅要考虑几何距离、爆破条件以及地质条件对爆破振动强度的影响,也要关注结构本身的劣化过程。据此提出应用疲劳理论进行爆破地震效应分析的思路。首先,阐述了爆破震动应力谱测量的基本方法。其次,针对于三峰谷雨流计数模型的不足,提出了改进方案。改进后的计数模型融等值点压缩、峰谷值检测以及循环计数为一体,简化了计数过程,运用改进的计数模型分析了震动应力谱,得出了各种循环的频数分布规律。统计结果表明,单次爆破中绝大部分为小幅疲劳循环,而且拉压循环所占的比例比较大。     

基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究

深埋隧洞中岩爆轴向位置的确定以及破坏机理的研究是岩爆灾害预测和防治的理论基础。根据深埋长大隧洞围岩的结构、受力以及变形特点,建立了梁柱力学模型。在弹性范围内,运用力法,求解了该一次超静定梁柱的挠曲线方程和转角方程,得出了临界力的解析表达式。以锦屏II级水电站的松动圈实测数据为依据,给出了梁柱模型截面尺寸的确定方法,计算了围岩各部位存在稳定性问题的临界长度值以及达到临界稳定状态的特征长度值。最后,给出了深埋隧洞坑状岩爆的演化模型,分析了掌子面推进过程中,开挖卸荷、动力扰动等对于裂纹的萌生和扩展、围岩结构的形态和稳定性以及岩爆破坏模式的影响。     

基于能量耗散原理的非均质岩石损伤破坏元胞自动机模型研究

基于能量耗散理论建立非均质岩石的动态损伤破坏元胞自动机,分析单轴压缩试验中岩石破坏截面的损伤状态,得到该情况下的岩石裂隙微观动态发展过程、损伤演化关系以及全程应力应变曲线。研究发现：①加载过程中,均质度较低的岩样裂纹的萌生和扩展较为分散,损伤速率低;均质度较高的岩样裂纹的萌生和扩展非常集中,表现为脆性破坏。②损伤演化曲线呈3阶段S形发展。③随着岩石均质度参数的增加,岩石的峰值强度和峰值应变都有所提高,峰后曲线越来越陡。④给出的衡量岩石脆性破坏强弱程度的指标参数,能够较好地描述岩石破坏形式随着均值度参数m变化的规律。