双河拱坝开裂的反分析数值模拟

通过对垫江双河拱坝的开裂原因的初步分析,建立了地基与大坝的三维网格模型,运用自己开发的TFINE计算程序,对拱坝不同高程的地基做了不同工况条件的敏感分析计算。得出如下结论:大坝的自重和坝中上高程地基减弱是造成拱坝下游面最初发生纵向裂纹的主要原因;水压和泥沙的压力能增大下游面的受压,并减少下游面第二主拉应力的产生,如减少水荷载,则下游坝面仍能在自重作用下出现裂纹。     

中梁水库蓄水影响岸坡变形破坏数值模拟分析

本文在综合分析岸坡工程地质条件的基础上,利用离散元数值模拟分析软件UDEC建立计算模型,对岸坡体在蓄水前、后两种瞬态工况下的应力场、应变场、变形（位移）情况以及塑性区分布情况进行了深入分析; 同时利用GeoStudio软件Seep模块计算水位变动下岸坡体浸润线,并使用基于Sarma法原理的Slope模块耦合计算水位动态工况下的稳定系数变化。结果表明：蓄水前局部变形破坏,蓄水后前部及后部变形大,中前部坡体易发生整体失稳; 水位上升期间斜坡整体稳定性降低明显,下降期间整体稳定性微弱降低。     

天然气水合物开采数值模拟的参数敏感性分析

天然气水合物是储量巨大的一种新型能源,如何有效地开采是关键问题。基于降压开采的机理,建立了一维数学模型,利用自编的数值模拟软件进行了天然气水合物开采过程中的参数敏感性分析;通过与Yousif研究结果进行对比,验证了本模型的正确性。在此基础上,分析了渗透率、初始天然气水合物饱和度及生产压力对开采效果的影响。研究发现,渗透率越大、初始饱和度越低、生产压力越低,天然气水合物分解越快,分解前缘的移动速度越快。研究结果对天然气水合物的实际开采提供了理论支持。     

考虑渗透率变化的煤层气储层数值模拟及参数敏感性研究

煤层气开采过程中储层渗透率的变化对产气量影响较大,通过引入S＆D渗透率变化模型,建立了考虑渗透率变化的煤储层三维气水两相渗流数学模型,完成模型检验后应用所编制软件研究了煤储层参数、吸附参数及渗透率模型特征参数对开发效果的影响。结果表明,煤层气产量随着初始含气量、煤层有效厚度、裂缝渗透率和Langmuir压力的增大而增大,随储层原始压力、裂缝孔隙度和Langmuir体积的增大而减小,而解吸时间对产气量影响不大;裂缝渗透率随着杨氏模量和基质收缩/膨胀系数的增大而增大,随泊松比和裂缝压缩系数的增大而减小。引入S＆D模型后计算的累积产气量要比常规模型低1.3%,因此不可忽视煤层气产出过程中渗透率的变化。     

延脆性变化对隧道掘进机刀具破岩过程及其破坏模式影响的颗粒元模拟分析

在全断面岩石掘进机（TBM）刀具破岩的颗粒元模拟中颗粒参数的选取至关重要,其中颗粒间平行黏结切向、法向强度是关键控制性参数之一,它们之间的比值关系直接决定所模拟试样的延脆性质,影响刀具破岩过程及其破岩效果。为探讨延脆性对刀具破岩模式的影响,（1）建立9种采用不同平行黏结强度比值的数值模型,分别进行单轴压缩及巴西劈裂模拟,研究不同延脆性试样的力学行为及破坏模式的变化。（2）对9种模型进行双刀破岩,并监控其裂缝的发展情况及刀具的受力状况。（3）为减小随机性对模拟结果的影响,通过改变随机数,每种模型重复模拟5次,综合分析5次的计算结果。模拟分析发现,随着切向和法向黏结强度比值( )的增大,试样的脆性增加,破坏模式逐渐从剪切破坏转变为脆性张拉破坏,刀具破岩压碎区范围减小,张拉裂缝更容易在刀具间贯通延伸从而切割出块体更大的岩渣;随着试样脆性的增加,归一化比能减小,刀具破岩的效率增加;平行黏结强度比值相同的条件下采用不同随机数种子生成的模型中,试样的具体破坏情况有一定的差别,但总体破坏模式相似。     

含软弱夹层土样变形破坏过程细观数值模拟及分析

基于颗粒流理论,引入接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒流模型。通过颗粒流程序(PFC)数值模型试验,对含软弱夹层试样的强度和破坏发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压以及不同夹层参数条件下的应力-应变关系曲线,通过位移矢量场分析了破坏发展趋势。模拟结果表明,一般围压条件下试样沿软弱夹层滑动破坏,但在某特定围压下,软弱夹层的存在并不起主要控制作用;试样应力-应变关系曲线峰值随软弱夹层颗粒的摩擦系数和法向接触刚度的减小而下降,当颗粒法向接触刚度趋近0时,试样加载初始阶段呈现塑性流变特征;夹层颗粒的切向接触刚度只有低于某一特定值时才会使试样应力-应变关系曲线峰值降低。通过分析,得到了土体颗粒细观参数和宏观力学行为的内在联系,并对土体软弱夹层力学性质和渐进破坏过程有了更进一步的认识。     

Van Genuchten模型参数对降水入渗数值模拟的敏感性

详细分析不同评价指标下的van Genuchten方程参数敏感性,对于深入认识参数物理意义、合理确定参数值、提高降水入渗数值模拟准确性具有重要意义.用HYDRUS软件建立一维变饱和水分运移模型,以实际补给量、补给过程曲线和极限蒸发深度作为评价指标,采用单因素扰动分析法对van Genuchten方程各参数敏感性进行理论分析,进而选取多组参数实例,分析同一岩性类别下,不同土样土壤水力参数差异及其对入渗补给模拟结果的影响.结果表明:形状系数 (n)、土壤进气值的倒数 (α) 与极限蒸发深度呈负相关关系,是影响极限蒸发深度的显著因素;饱和含水率 (θ_s)、n、饱和渗透系数 (K_s) 对于入渗补给影响的敏感性较高,三者在实际土样粒径分布、干密度和孔隙性的共同影响下发生同向变动.合理的参数敏感性分析及数值模拟调参过程需结合土壤参数的物理意义来开展.      

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。     

杨家岭1~#滑坡稳定性影响因素及敏感性分析

杨家岭滑坡区地质条件复杂 ,且严重影响了 2 0 9国道的正常使用 ,本文研究了影响该滑坡稳定性的各类因素及滑坡稳态对这些因素的敏感性问题。研究表明 ,滑坡的稳定性受多种因素影响 ,主要包括滑坡岩土体容重、滑带的c、值、滑体的c、值、滑坡内地下水的动态和地震作用等等 ,其中滑带的抗剪强度指标c、值、地下水作用和地震作用是滑坡稳态的最敏感因素 ,甚至成为诱发因素。文中还通过研究滑坡坡面加固力的大小、方位与稳定系数的关系 ,确立了滑坡整治方案的最佳加固角 ,为滑坡的综合防治提供了可靠依据     

基于可靠度理论的尾矿坝失稳概率及敏感性分析

为了能够真实反映砭家沟尾矿库的稳定特性,运用Monte Carlo试验原理,考虑库区砂层的空间变异特性,利用Slope/W软件对尾矿库进行了概率分析与敏感性分析。分析表明,抽样方式的不同,使尾矿坝体失稳概率和可靠性指标发生了大幅波动,但是并没有使安全系数产生明显变化,也验证了仅将安全系数作为衡量尾矿坝体稳定性的唯一标准是不合适的;敏感性分析也表明了砂层主要参数对安全系数影响的敏感程度,同时也表明黏聚力是影响库区稳定的主要砂层因素。通过研究,为尾矿库今后的运行与管理提供了理论依据,具有一定的指导意义。     

基于断裂力学的岩石切削数值分析探讨

为研究岩石切削过程中刀具的力学特性以及刀具平均峰值作用力的预测,基于断裂力学和有限元理论建立了岩石切削的数值模型。模拟分析岩石对刀具的反作用过程,得到不同力学特性岩石和刀具作用条件下刀具所受的反作用力,结果表明,冲击速度在一定范围内对刀具平均峰值作用力影响较小;岩石体积呈阶跃性递减,刀具作用力大小与崩落岩石碎片体积变化一致。对模拟、实验以及已有理论计算得到的刀具平均峰值作用力进行线性回归分析,研究结果表明,数值方法计算结果与实验结果、Goktan[1]理论计算结果的线性相关系数分别为0.812、0.930,相关性较好,表明所建数值模型用于模拟岩石切削是正确和可靠的。     

开挖边坡松动区的近似解析

介绍了楔形体与开挖坡体模型之间的关系,提出了确定边坡开挖松动区范围的弹性理论分析方法。阐明在用楔形体理论分析出开挖坡体的应力场的基础上,根据一定的坡体材料强度条件（经过安全储备后的摩尔-库仑强度准则和单轴抗拉强度准则）,且考虑三向应力状态,计算搜索坡体在该稳定系数下的开挖松动区,由此计算出在坡体自上而下分步开挖过程中每一步开挖施工完成之后相应的松动区来。提出了分析计算坡体开挖松动区的主要步骤,说明在分步开挖过程中,计算搜索每一步开挖后的坡体松动区主要需通过讨论上一步开挖后的坡体应力场、本步开挖卸荷量及本步开挖后产生的松动区范围等问题来实现。最后,用算例较为详细地说明了用弹性楔形体理论解析坡体开挖松动区的具体操作过程。     

楔刀作用下岩石微观劣化的试验研究

通过改装RMT-150C系统,使用不同刃角的楔形刀具对花岗岩进行贯切试验,利用DISP声发射测试系统进行声发射的定位特征分析,研究岩石在楔形刀具作用下损伤劣化破坏的全过程。试验结果表明：声发射试验是一种研究TBM滚刀破岩微观机制的有效方法,脆性岩石材料的破坏过程是内部微裂纹的萌生和扩展过程的宏观反映;在楔刃刀具匀速贯入时,声发射信号随着荷载的变化呈一定对应趋势的变化,荷载-贯入度曲线能反映试件内的损伤历程;声发射2D定位结果显示,在岩石破碎区的密实核下方存在“损伤核”,它由微震裂源增生丛聚分布形成,核内劣化程度高,是孕育密实核的场所,为TBM滚刀作用下岩石的宏观破裂现象提供了解释和依据;楔刀跃进式的挤压贯切岩板试件,钝刃刀具产生“球状”损伤核,尖刃刀具产生“水滴状”损伤核,钝刃刀具贯切试件产生更深的贯入度和更宽的损伤核,致使试件中不仅破碎深度大,而且破损范围广,破岩效果优于尖刃刀具。     

开挖边坡随机楔体稳定分析与加锚优化方法

随机楔体的破坏是岩石开挖边坡中常见的破坏类型之一，在对组成楔体的结构而调查统计的基础上，应用随机模拟的方法，生成开挖边坡的三维裂隙网络，进一步运用随机搜索方法与块体理论，搜索出边坡面上的随机楔体，进行楔体的稳定分析，采用风险设计的理论，建立系统锚杆的优化设计方法，将研究结果应用于小湾水电站进水口开挖边坡的稳定分析与锚固优化设计中，得到了较为可信的结果。     

脆性岩石破坏数值模拟研究的两个问题

应用数值模拟方法,对脆性岩石单轴压缩情况下破坏规律进行了初步研究,主要讨论了脆性岩石的破坏机理、脆性岩石破坏数值模拟试验中的端部效应问题,并得出了一些初步的结论。在单轴压缩试验中,脆性岩石破坏过程主要以拉伸破坏为主。端部效应则是除了岩石试件本身所具有的材料非均匀性外影响岩石试件破坏形式的另一个重要因素。总体上存在这样的规律,即端部约束越大,岩石试件破坏型式越趋近于“X”型剪胀破坏,端部约束越小,则岩石试件破坏型式越趋近于张拉破坏。     

岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计

以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。     

Development of a probabilistic approach for rock wedge failure

For rock slope engineering, uncertainty and variability are inherent in data collected on orientation and strength of discontinuities, yielding a range of results. Unfortunately, conventional deterministic analysis based on the factor of safety concept, requires a fixed representative value for each parameter without regard to the degree of uncertainty involved. Therefore, the deterministic analysis fails to properly represent uncertainty and variability, so common in engineering geology studies. To overcome this shortcoming, the probabilistic analysis method was proposed and used for more than a decade in rock slope stability analysis. However, most probabilistic analyses included a deterministic model as part of the analysis procedure causing subsequent problems, which went uncorrected. The objectives of this paper are to develop a solution for these difficulties in probabilistic analyses and to propose an appropriate simulation procedure for the probabilistic analysis of rock wedge failures. As part of the solution, probability of kinematic instability and probability of kinetic instability are evaluated separately to provide a proper, combined evaluation for failure probability. To evaluate the feasibility of this new probabilistic approach, the procedure is applied to a practical example, a major, highway rock cut in North Carolina, USA. Results of the probabilistic approach are compared to those of the deterministic analysis; findings are significantly different, indicating that the deterministic analysis does not depict rock slope variations, particularly where significant scatter in parameter data occurs.     

爆炸荷载作用下卸荷孔效应理论分析与数值模拟

坑道工程在战争中具有十分重要的作用,但又容易遭受炮弹打击。为增加坑道口部的防护能力,利用波的基本理论和耗能原理,分析了波在岩石和空气介质间界面的反射、透射等传播特性、岩石变形及岩体摩擦耗能原理,得出岩石介质中孔洞有利于爆炸荷载的损耗,起到卸荷的作用,并利用有限元分析软件ANSYS-LS-DYNA,对A、B和C 3种不同情况的6种工况进行数值模拟,通过模拟结果与理论分析结果的比对,进一步验证卸荷孔的卸荷效应,为坑道工程防护设计提出了一个新的途径。     

四川王山-抓口寺滑坡成因机制及滑动过程分析

以王山-抓口寺大型岩质滑坡为例,在对滑坡变形破坏特征及周边工程地质条件现场调查和研究的基础上,通过地质分析手段获取区内滑坡体从缓慢变形到失稳破坏全过程的基本信息,提出滑坡演变概化地质模型,并结合非连续变形分析方法模拟真实时间和便于分析非连续大变形的特点,建立非连续变性分析(DDA)数值模型,对滑坡体稳定性和滑动全过程进行数值模拟,并对降雨弱化结构面强度参数影响滑坡滑距和速度进行分析。结果表明:王山-抓口寺滑坡主要诱发原因是汛期持续降雨使雨水沿裂隙大量渗入滑体导致滑坡体结构面强度参数降低;同时,滑坡前缘由于前期堰塞湖人工清理和河水自然侧蚀,临空面高达十数米,为滑坡的发生提供了有利条件,最终形成"强降雨-入渗-岩体软化-推拉"破坏模式,属典型的滑移-拉裂型岩质滑坡;参数影响性表明结构面内摩擦角φ对滑坡滑距和滑速影响显著,黏聚力c对滑坡位移和速度影响有限;模拟得到的滑坡最大滑移速度和后缘最大滑动距离与野外调查相符。     

考虑损伤效应的岩锚梁光面爆破数值分析

在地下厂房岩锚梁爆破施工中,为获得良好的开挖轮廓面和较小的损伤区,常采用光面爆破的开挖方式,但在光面爆破施工中,主爆孔爆破对光爆层岩石造成较大程度的损伤,使岩石的力学参数发生变化,而在爆破设计与施工中未考虑这种损伤效应,结果造成单孔装药量偏大,岩石受到过度破坏,出现超挖或产生大量的爆振裂隙。应用动力有限元程序,建立岩体二维弹塑性模型,对不考虑损伤和考虑损伤的光面爆破过程进行了数值模拟,并比较两种模型最大有效应力随距离的变化关系。研究结果表明,在相同情况下,考虑损伤影响时可适当加大光面爆破的炮孔间距和抵抗线。在现场进行了考虑爆破损伤和未考虑爆破损伤的两组爆破试验,观察爆后效果表明：考虑爆破损伤效应的参数设计爆破效果好、损伤作用小。