广东岩溶区某输电塔桩基稳定性数值模拟分析

采用数值模拟手段研究了广东某岩溶区输电塔桩基与下伏溶洞协同变形的规律。通过不同位置应力、位移、塑性区变化监测,发现覆盖层部分应力分布较均匀,受溶洞影响较小,但溶洞围岩应力变化较大,溶洞顶板出现较大的向下弯曲变形,桩底下移明显,特别是当桩基荷载较大且下伏覆溶洞埋深较浅时,溶洞顶板将可能失稳,进而引起桩基破坏。不同嵌岩深度桩基变形特征表明,桩基嵌岩深度与溶洞变形具有正相关关系。     

锦屏一级高拱坝坝基加固效果分析

锦屏一级高拱坝复杂的坝址地质条件使基础加固处理工程巨大,主要包括左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5、f8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13、f14断层混凝土网格置换。采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的的应力、变形特性进行了计算分析,给出了坝体蓄水期的应力、位移分布及超载、降强对位移的影响结果,并与无垫座方案的相关数据进行对比,表明加固后坝体蓄水期总体变形规律明显改善,坝踵拉应力减小,坝体与坝基安全储备能力提高,满足设计要求;在应力、变形方面肯定了大规模加固措施的必要性。     

粘弹性岩体力学模型识别与参数反演解析方法研究

本文基于圆形和非圆形隧道围岩粘弹性位移反演分析解析方法的最新进展，根据隧道围岩力学参数解析解的反演规律，提出了五个粘弹性力学模型识别与参数定理，并通过算例和工程实例对所给出的定理作了必要的验证。     

松软煤层复合顶板条件下大跨度切眼支护技术研究

为了研究松软煤层复合顶板条件下大跨度切眼支护技术难题,采用数值模拟、理论分析、现场监测方法,分析了切眼巷道变形、位移、破坏特征,确定了围岩类别和支护参数,提出了左旋螺纹钢锚杆+金属网+金属梁+锚索的联合支护技术。研究表明:无支护条件下切眼巷道围岩出现"蝶形"破坏,顶板和两帮是支护的关键部位,支护后切眼巷道顶板和两帮位移大幅度减小,顶板应力释放区垂直应力明显减小,两帮应力集中区垂直应力增加,巷道顶、底角剪应力集中区范围减小。现场监测结果显示支护满足安全生产要求,为类似地质条件巷道支护提供借鉴。      

深部厚顶煤巷道围岩变形破坏机制模型试验研究

为研究深部厚顶煤巷道围岩变形破坏特性及其机制,以赵楼煤矿千米深井厚顶煤巷道为工程背景,开展了大比尺地质力学模型试验,对让压型锚索箱梁支护系统作用下的巷道围岩位移、应力演化规律进行的研究表明：巷道顶底板围岩竖向应力释放较两帮剧烈,水平应力释放反之,巷道顶板中部围岩是顶板竖向应力释放的主要部位。通过与现场试验结果对比验证,总结出深部厚顶煤巷道围岩变形破坏的3个主要特征：顶板变形破坏较两帮和底板严重、顶板围岩变形破坏主要发生在煤岩交界面以下的煤体中、巷中是顶板变形破坏的关键部位,并进一步分析了相应机制：顶板煤岩松软破碎、自承能力差、顶板及其巷中竖向应力释放相对更为剧烈、矩形巷道顶板受力状态差等因素,导致顶煤所受径向应力低,碎胀变形剧烈,且弯曲变形、离层严重,顶板受力结构恶化,最终导致顶板控制困难。     

基于煤层巷道开挖卸荷效应的底板冲击孕育过程研究

采用相似模拟和数值模拟研究了河南义马煤田跃进矿采掘影响下巷道底板的应力及变形规律,揭示底板冲击矿压发生前的孕育过程。研究表明,巷道底板冲击受煤层埋深、顶板条件、巷道施工布置方式等多因素影响。在巨厚坚硬上覆砾岩影响下,工作面开采增加了相邻工作面的应力水平。在厚煤层中巷道沿顶板布置留底煤,巷道开挖后,一定范围的煤层底板中的水平应力升高,垂直应力降低,增加了煤层失稳破坏的可能性。巷道开挖卸荷过程中,底板由于没有支护,垂直位移增加,底板的塑性区范围大于两帮,并产生了明显的拉伸破坏,容易使底板成为冲击破坏突破口。      

考虑构造应力作用下浅埋圆形隧洞的解析解

基于复变函数方法,通过孔边及地表的应力边界条件,获得了自重应力和构造应力作用下浅埋圆形隧洞的应力和位移解析解,并通过ANSYS有限元软件对解析解进行了验证。引入可以反映地表水平应力大小的0q项,使得该解具有一般性,对地表水平应力分量为0或不为0的情形都可进行求解。分析了隧洞开挖后的应力场及位移场。结果表明,当地表存在水平方向应力时,隧洞的侧壁区域可能会出现切向拉应力,地表水平应力越大,出现的最大拉应力也越大;随着0q的增大,洞顶向上拱起,两侧受挤压向内变形的程度会加剧,地表会出现向上隆起现象,且在洞顶正上方程度为最大。     

敦煌莫高窟潜在地震变形数值模拟

在研究莫高窟地区地震地质条件及潜在地震危险性分析的基础上,基于地震的断层弹性位错理论,采用位移水平分布的抛物线模型,假定三危山断层分别发生5.5、6.0和6.5级地震情况下,用三维有限元的方法分析计算了莫高窟地区的潜在地震变形。给出了在震级5.5、6.0及6.5级三种情况断层逆冲和水平走滑两种活动方式下,莫高窟区的地震位移和应变值,供石窟的抗震设防加固设计参考。     

基于边界配点法浅埋隧道开挖引起 周围土体变形的分析

对于浅埋隧道施工引起土层位移的解析解,其边界条件的数学处理上比较困难,因此实际工程的应用中受到限制。为解决这一缺陷,基于弹性力学的Airy应力函数,将半无限平面内土体的应力及位移分布转化为解析函数。然后,采用边界配点的方法,控制地表处的应力边界条件( = 0, = 0)及隧道周边土体的位移边界条件( , )。最后,采用最小二乘法,确定土体应力及位移函数的各项系数,求得浅埋隧道在周边土体产生径向位移的作用下,地表及深层土体位移的半数值半解析解。算例分析表明,该方法可以考虑任意荷载及位移作用的边界条件,能够充分发挥解析法和数值法两者的优点,且计算结果与实测结果较吻合,在预测地表及深层土层位移中具有一定的实用价值,可为进一步采取工程措施控制地层变形提供理论依据。     

正断层错动诱发上覆黏土中隧道变形破坏数值模拟研究

针对隐伏正断层活动引发上覆黏土中的隧道位错破坏研究相对不足,基于不排水条件的总应力分析方法,展开隧道破坏的有限元计算。数值计算结果与试验数据表明,正断层错动影响下,上覆黏土变形由下盘一侧向上盘一侧可划分为静止区、剪切区和刚体位移区。上覆土体中产生的不均匀沉降区域随埋深逐渐减小,使得地下结构物的影响范围随埋深而减小,但破坏程度则逐渐增加。当隧道与周边土体可近似为绑定接触时,基岩断层投影附近区域以受弯变形破坏为主,而远离基岩断层投影的两侧区域则呈现受拉破坏。隧道拱顶衬砌在基岩下盘一侧受拉,在基岩上盘一侧则为受压。拱底与拱顶的轴向应变分量呈反对称分布。     

斜坡下考虑支护效应浅埋隧道力学响应的时效解答

针对岩质或黄土浅埋隧道,考虑岩土体黏弹性流变特性和支护效应,给出斜坡下进行隧道施工时的全域时效解答。根据一般黏弹性问题求解方法,采用复变函数方法、Laplace变换、黏弹性叠加关系,用随时间和空间变化支护力体现管片支护效应,导出适用于任意黏弹性模型岩体、任意时刻施加支护的应力与位移。解答与相同模型有限元结果一致,根据解答分析了广义Kelvin黏弹性模型岩体中浅埋隧道开挖时侧压力系数、斜坡倾角、埋深对稳定地表沉陷大小和范围、洞周时效位移、应力的影响,给出可按深埋问题处理时的埋深范围。解答可用于岩质和黄土隧道初步设计中,并为隧道与地下结构相互作用分析两阶段法提供自由位移场。     

Deformation of a layered half-space due to a very long tensile fault

The problem of the coseismic deformation of an earth model consisting of an elastic layer of uniform thickness overlying an elastic half-space due to a very long tensile fault in the layer is solved analytically. Integral expressions for the surface displacements are obtained for a vertical tensile fault and a horizontal tensile fault. The integrals involved are evaluated approximately by using Sneddon’s method of replacing the integrand by a finite sum of exponential terms. Detailed numerical results showing the variation of the displacements with epicentral distance for various source locations in the layer are presented graphically. The displacement field in the layered half-space is compared with the corresponding field in a uniform half-space to demonstrate the effect of the internal boundary. Relaxed rigidity method is used for computing the postseismic deformation of an earth model consisting of an elastic layer of uniform thickness overlying a viscoelastic half-space.     

多年冻土区路基路面变形及应力的数值分析

针对青藏公路路基下发育多年冻土融化盘的实际情况,选择两种模型,应用ABAQUS有限元分析软件,对冻土路基从修筑到开放交通过程中的路基路面位移及应力进行了分析.结果表明:冻土路基以融沉为主的变形,一般情况下以路中心下最大,变形呈凹形;当路基下融化盘偏移时,最大变形位置随之偏移;路面层底拉应力最大,对融沉变形反映敏感;路面顶部压应力最大值出现在轴载作用位置,面层应力对轴载反映敏感.计算模型断面尺寸、路基填料、路面结构等对青藏公路具有代表性,在3.6 m路基总高度条件下,无论路基下融化盘偏移与否,融化盘厚达0.5 m时路基顶部(路面层底)拉应力即达基层抗拉强度,显示路基融沉变形可能导致路基失稳及路面破坏,此时路基高度即达最大值.     

青藏高原构造变形与热应力场

自新生代以来,青藏高原构造变形的特点表现为强烈的SN向挤压、逆冲、推覆构造,在后期出现伸展拉张构造。这些构造的形成除了与印度板块推挤有关外,尚与地壳深部温度变化引起的热应力有关。该文计算了由于地壳温度升高引起的热应力场及位移场,指出热应力场及位移场的基本特点,分析了他们在青藏高原构造变形中的作用。考虑到印度板块的推挤、重力和热应力场的共同作用,可以较好地解释青藏高原构造变形的特点及动力学机制。      

开放系统下冻胀引起地表隆起变形预测的解析方法

开放系统下土体冻胀引起土工结构变形致使其服役特性面临严峻挑战。基于土体冻胀非线性弹性力学模型, 推导了计算半空间无限体中土单元在自重下冻胀的数学表达式, 建立了水平场地土冻胀模拟方法, 提出了考虑上部压载效应与位移边界变化的场地表面隆起位移及土体应力与应变的计算方法。在此基础上, 利用开放系统下粉质黏土逐级降温冻胀室内试验, 验证了冻胀引起地表隆起变形预测解析方法的可靠性。经验证, 该变形预测解析方法可应用于寒区场地冻胀量的评估, 进而为开放系统下土工结构物变形预测提供科学参考。     

鲤鱼潭大坝在集集地震中的变形分析

鲤鱼潭黏土心墙堆石坝在台湾“9•21”集集地震中有一定的变形损伤。为了研究大坝的地震破坏机制,分析了大坝的永久位移分布规律,同时采用有限元数据平滑方法,对大坝位移监测数据进行处理,得到了大坝的永久应变场。结果表明,大坝在强震作用下永久变形指向坝内,坝体体积整体收缩;由于反滤料孔隙水压力上升,有效应力降低,在上游坝体在反滤层附近出现拉应变;在两岸坝肩与基岩交界部位存在拉应变,易造成拉伸裂缝。     

P-wave velocity and gradient images beneath the Okinawa Trough

To investigate the influence of spatial change of viscosity on postseismic deformation associated with the interplate 1946 Nankai earthquake (M 8.0) at the Nankai Trough, southwest Japan, we newly constructed a realistic viscoelastic structure model, taking into account temperature- and depth-dependent viscosity of materials. For this purpose, we first compiled leveling and triangulation data during postseismic periods and clarified characteristics of the amount and spatial patterns of postseismic vertical displacement and principal strain fields. Then, we calculated the spatial distributions of viscosity from temperature and flow fields, which were obtained from 2D subduction models. By incorporating the obtained viscosity structure into 3D viscoelastic finite element models, we constructed a temperature- and depth-dependent viscosity structure model (MODEL P2). Based on MODEL P2, we constructed a viscoelastic structure model, taking into account Poisson's ratio for the oceanic plate and low-velocity regions and the existence of low-viscosity materials beneath the Shikoku and Chugoku districts (MODEL P3), which were revealed from seismic tomography. We also constructed a conventional layered viscoelastic structure model (MODEL L1) and plate subduction model (MODEL P1) with constant viscosity for each region and evaluated the effects of different viscoelastic structures on postseismic surface deformations, using the coseismic slip distribution obtained by inversion analyses of geodetic data. We also compared the calculated surface deformations with the observed postseismic crustal deformations in and around Shikoku. The results show that postseismic surface deformation fields for the newly constructed MODEL P2 are rather different from those for MODELs L1 and P1. Landward horizontal displacements for MODEL P2 are smaller than those for MODELs L1 and P1, seaward horizontal displacements are negligible, and vertical displacement is characterized by small subsidence over Shikoku. The postseismic horizontal principal strain field for MODEL P2 is characterized by contractions in the N–S to NW–SE directions at amounts smaller than those for MODELs L1 and P1. Postseismic surface deformations for MODEL P3 are almost the same as those for MODEL P2. The observed postseismic vertical displacement and horizontal principal strain fields could not be explained by the viscoelastic response for the realistic viscoelastic structure models P2 and P3. This indicates that the effects of elastic and viscoelastic responses due to interplate coupling on the plate interface, after-slip at the extension of the coseismic slipped region, and poroelasticity should be taken into account to precisely estimate postseismic surface deformation. This also suggests that, in order to evaluate postseismic crustal deformations derived from a large interplate subduction zone earthquake, it is essential to use realistic temperature- and depth-dependent viscoelastic structure models.     

Deformation of two welded elastic half-spaces due to a long inclined tensile fault

The calculation of the deformation caused by shear and tensile faults is necessary for the investigation of seismic and volcanic sources. The solution of the two-dimensional problem of a long inclined shear fault in two welded half-spaces is well known. The purpose of this note is to present the corresponding solution for a tensile fault. Closed-form analytical expressions for the Airy stress function for a tensile line source in two welded half-spaces are first obtained. These expressions are then integrated analytically to derive the Airy stress function for a long tensile fault of arbitrary dip and finite width. Closed-form analytical expressions for the displacements and stresses follow immediately from the Airy stress function. These expressions are suitable for computing the displacement and stress fields around a long inclined tensile fault near an internal boundary.     

考虑降雨条件的堆积体滑坡多场特征研究

重庆市西泉街滑坡于2007年7月中旬遭遇115a一遇的强降雨,导致滑坡产生明显的变形破坏现象,本文在滑坡实际勘察工作的基础上,基于饱和-非饱和渗流理论,考虑降雨入渗的影响,利用有限元分析软件Geo-Studio的不同模块模拟了不同降雨条件下滑坡稳定性的变化情况,进一步对不同降雨条件下滑坡的渗流场、应力场和位移场特征进行了综合分析。研究结果表明:（1）降雨作用下堆积体滑坡体内渗流场和位移场具有很好的相似性,即滑坡体内地下水流速矢量和位移矢量绝对值变化规律具有一致性;（2）滑坡前后缘的位移量与降雨强度和降雨历时均呈正相关性,且滑坡前缘位移量比后缘大;（3）大雨、暴雨和大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑坡前缘及前缘陡坎处集中,有局部产生滑动的趋势,而在特大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑带附近分布相对均匀,有整体产生滑动的趋势;（4）强降雨作用下堆积体滑坡模拟得到的变形破坏规律主要表现为滑坡前缘首先产生的鼓胀变形破坏牵引滑坡后缘产生拉张变形破坏,破坏规律与实际相符。     

石窟围岩地震变形破坏机制的数值模拟分析

针对石窟文物的特点,阐述了影响石窟围岩变形稳定性的主要因素和动力有限元分析方法。以敦煌莫高窟的2个典型工段为实例,通过对不同峰值加速度、频谱、持续时间的动荷载作用下石窟围岩位移场、应力场分布特征的数值模拟计算,揭示了岩土体及其附属构筑物在地震作用下的动态响应和变化规律,指出了窟体防护加固的重点部位。分析结果表明,随着地震动峰值加速度(PGA)、反应谱特征周期和地震动持续时间的增大,洞窟的位移和应力值明显增大,应力集中区的范围扩大,围岩损伤的可能性增加,稳定性降低。应力分布与洞窟数量、组合特性、几何形状和尺寸密切相关,并控制了石窟围岩的震害特征。其成果为石窟文物的科学保护和岩体抗震加固与减灾提供理论基础和实践依据。