底含渗突水上条件下井筒变形特性的试验研究

通过模型模拟试验，本文着重讨论了在底含渗突水条件下井筒的受力变形特性。试验结果表明：在渗突水条件下，底含土体内水平应力呈降低趋势；井壁纵向应力升高趋势明显，并表现出很高的不均匀性，其中底含顶界部位井壁表现尤为明确；底含砂岩中井壁受力呈非稳定变化。     

桩基承载力模拟试验中相似性问题

通过对桩基承载力模拟试验中相似性问题的研究,重点探讨了试验与工程桩所处环境的相似性, 剪切摩擦试验与工程桩桩侧摩阻力的相似性以及三轴试验与桩端承载力的相似性等三个主要的相似问题。研究表明对于模拟试验中桩侧摩阻力的试验,应采用原状样,并保持应力与工程应力状态一致。对于端承力则应采用原状样,但将围压按几何相似常数缩小,并将端承力试验结果按该相似常数扩大以作为实际工程桩的端承力。     

底含渗突水条件下井筒变形特性的试验研究

通过模型模拟试验，本文着重讨论了在底含渗突水条件下井筒的受力变形特性。试验结果表明：在渗突水条件下，底含土体内水平应力呈降低趋势；井壁纵向应力升高趋势明显，并表现出很高的不均匀性，其中底含顶界部位井壁表现尤为明显；底含砂岩中井壁受力呈非稳定变化。井筒成为底含土体因渗流潜蚀架空而应力降低的重要应力转嫁支承体。过去把井壁纵向附加力完全归结于由底含失水压缩围抱井筒下沉而产生的观点值得商榷。     

基于有限元法的层状岩体破裂规律探讨

层状岩体的非均质性及各向异性导致其破裂方式及规律与均质岩体有显著不同。对层状岩体分别进行不同方式的单轴、双轴、三轴试验, 分析应力-应变曲线特征; 再利用ANSYS有限元软件进行数值模拟, 观察应力、应变在岩体上的分布, 通过曲线和图件的对比分析, 并结合岩石破裂理论, 总结不同应力状态下层状岩体的破裂方式、顺序及规律; 最后以富台地区为例, 对分析结果进行验证。研究结果表明, 不同受力方式对层状岩体破裂的影响体现在施加的载荷及约束与层面的方位。当应力方向与岩层面平行时, 强度大的石灰岩岩体发生集中应力, 首先破裂; 而应力与岩层面垂直时, 强度小的泥岩岩体首先破裂。岩石试验、数值模拟结果以及实例均成功验证了这个规律。      

承压水沿煤层底板递进导升突水机理的物理法研究

完整底板和非完整底板的注水试验发现底板深处的耗水早于浅部,显示底板的破裂发生在采前,相似材料模拟具一定导升高度的底板在采动中的变化揭示了同样的规律。底板的原位应力测试发现承压水在采前出现了向上入侵的现象,二次应力给导升的发展提供了条件,递进导升是突水机理之一。     

控制应力路径散体材料真三轴试验强度特征的离散元模拟与细观机制分析

通过一系列真三轴离散元数值试验,模拟了不同应力路径下的等b试验中散体材料的强度特征。根据模拟结果详细地分析了三维应力条件下中主应力和应力路径对散体材料峰值强度的影响,研究了峰值摩擦角、峰值应力比的变化规律,并根据真应力的概念和组构张量的演化结果分析了散体材料的强度成因。研究表明,在不同类型的数值试验中峰值偏应力随b参数的变化规律不同,但采用初始围压归一化后的应力-应变曲线规律一致。峰值强度线的斜率只与b值有关而与应力路径无关,且随着b值的增加,峰值应力比qf /pf逐渐减小,数值模拟结果与室内试验结果吻合较好;随着应变的发展,数值试样的组构也随之发生变化,产生了明显的应力诱发各向异性;散体的强度为颗粒摩擦及材料各向异性共同作用的结果;理论上,组构比-应力比坐标系中破坏点位置仅取决于颗粒摩擦角 ,而数值模拟结果与理论值的差异源于颗粒间咬合和滚动摩擦的影响,其影响与颗粒表面摩擦系数有关,也受空间应力状态的影响。     

渤中坳陷中部地区构造应力场光弹模拟实验研究

在对渤中地区沉积构造详细分析的基础上,明确了其中部地区断裂的分布特征,采用以E44-6101型环氧树脂为基体,顺丁烯二酸酐为固化剂,邻苯二甲酸二丁脂为增塑所配制的材料制成渤中中部地质结构模型,对渤中坳陷中部地区构造应力场进行了光弹实验模拟,再现了近北北东向和近东西向断裂在晚近构造格局下的应力状态及分布。试验证明,在构造应力场的作用下,油气往往由高应力值区向低应力值区迁移,而且渤中地区自新近系以来,最大主压应力方向比较稳定。基于试验结果的分析,对北北东向和近东西向两组断裂在晚近应力场的作用下的构造特征及其对油气的控制作用进行讨论。由于渤中坳陷是中国的油气主要产地,通过研究盆地构造应力场的分布,可为盆地的油气勘探和开发提供依据。     

贵州鱼简河水库拱坝地基软硬互层岩体等效弹性模量的试验研究

软硬互层岩体弹性模量的大小对贵州省鱼简河水库拱坝的优化设计具有举足轻重的作用。对坝址区泥岩与泥质白云岩的弹性模量进行了现场承压板试验,试验所得弹性模量为塑性松动圈的弹性模量,利用GSI法可求出比较符合实际的弹性模量。在以上试验成果的基础上,根据泥岩与泥质白云岩的实际厚度,建立了岩体结构模型,并考虑岩体应力状态,利用ANSYS软件对复合层状岩体进行了三轴压缩试验的计算机模拟。结果表明:复合层状岩体平行层面与垂直层面方向的等效弹性模量分别为2.57~3.93 MPa与0.48~2.99 MPa。研究成果为拱坝的优化设计提供了技术依据。     

深部采动覆岩移动变形致灾的试验分析

针对深部开采条件下覆岩移动变形引起的安全问题,采用理论分析、相似材料模拟试验结合的方法,通过监测相似材料模拟深部煤炭开采过程中覆岩位移、应力变化情况及覆岩的断裂破坏、弯曲和移动变形的过程,对比分析了采场覆岩体的移动变形、应力场演化过程和采动应力的影响区域.试验结果表明:在深部倾斜煤层开采过程中,沿着采煤工作面形成了应力升高区、应力降低区和原岩应力区;对孤岛工作面进行开采时,新旧采空区容易因上覆岩层的垮落塌陷连通成整体,极易发生矿井动力灾害;布置孤岛工作面的巷道位置时建议考虑布置在采空区的应力降低区内,并且煤柱宽度不应大于10 ～ 12m,最佳选择为6～8m.     

库水动态对沿岸路基应力的影响

基于室内物理模拟试验和FLAC数值模拟方法,对沿河（库）路基岩土体内部的孔隙水应力和总应力在河（库）水位动态变化条件下的变化特征进行了研究,两种模拟方法得出的结果是一致的。研究表明,水位上升阶段,总应力和孔隙水应力的总体变化趋势是增大的,但是总应力增大的幅度小,因而有效应力的总体变化趋势是减小的;水位下降阶段,总应力也略有减小,但由于孔隙水应力的大幅度减小,使得填土内有效应力总体上是增大变化的。同时,用FLAC数值模拟方法,能够很好地研究数据的规律性和掌握数据的连续性。因此,用FLAC有限差分法可以有效地模拟沿河（岸）路基在各种水力边界条件下应力场和渗流场的变化情况。     

深隧道围岩稳定性的数值模拟与模型试验研究

在大型真三轴模型试验机上进行隧道的超载试验,试验过程中采用内窥摄影实时监测试件的破坏演化全过程,确定了高应力条件下隧道的变形特征和裂纹演化特征;采用应变测量技术对隧道关键部位的应变值进行了测量,据此分析了围岩体的应力变化规律。针对相似材料的力学特性,建立了应变软化模型,采用与模型试验相同的边界条件进行了数值模拟分析,对围岩体的塑性应变变化过程和应力场进行了研究。结果表明,两种手段反映的破坏演化过程是基本吻合的,所反映的围岩体应力变化规律也是一致的。     

大型桩基承载力确定的模拟试验

介绍了一种模拟试验确定桩承载力的新方法,通过室内中型剪切摩擦试验确定桩与土层间的c,φ值,按库仑准则确定桩侧摩阻力.桩侧法向应力的确定采用桩土上部荷载引起的作用于桩身的水平应力;桩端承载力通过室内三轴试验确定.最后通过实例,介绍了该方法在肇源松花江大桥桩基承载力试验中的应用,并取得了很好的效果.     

堆石料大三轴试验的细观模拟

采用三维颗粒流计算程序,对堆石料的大三轴排水剪切试验过程进行了数值模拟。在数值模型的生成过程中,使堆石料集合体达到规定密度和级配;采用动态松弛算法迭代求解,并引入粒间阻尼,以吸收颗粒填装的多余动能使其稳定;颗粒间引入黏结力来提高试样的峰值强度;确定堆石料的细观力学参数,拟合室内试验应力应变曲线。模拟不同围压下堆石料的试验,得到的应力-应变曲线与室内试验基本一致,说明颗粒流方法可以较好的模拟堆石料的大三轴试验过程。由于没有考虑颗粒形状及颗粒破碎的影响,造成大应变剪胀偏大。     

条带开采煤柱稳定性的试验模拟与数值分析——以山东省济宁市太平煤矿为例

以山东省济宁市太平煤矿为例，采用煤柱模拟试验和数值分析手段，对薄基岩条带开采时所留设煤柱的应力应变状态、煤柱强度结构及煤柱长期稳定性进行了深入的分析与研究，揭示了煤柱稳定性及煤柱应力分布与条采尺寸、采出率、覆岩特征的相互关系，进行了条带煤柱的稳定性评价，为工程实践提供了理论依据。     

深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出机制探讨

为深入探讨硬煤的煤与瓦斯突出机制,对深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出的相关理论和模型试验进行研究。根据断裂力学、岩石力学及煤与瓦斯突出有关理论,提出深部开采过程中硬煤掘进工作面薄板理论假设,并将该理论应用于深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出模拟试验研究。对硬煤掘进工作面薄板理论分析,认为工作面尺寸、煤的弹性模量、围岩侧压系数、瓦斯压力等因素对硬煤掘进工作面突出具有较大影响。试验结果表明,在围岩应力、煤的坚固性系数较大的情况下,硬煤突出临界条件主要受围岩应力、煤的弹性模量、围岩侧压系数及工作面尺寸等因素影响,而受瓦斯压力影响相对较小;在围岩应力、试样的坚固性系数较大且煤的弹性模量和侧压系数稳定不变的情况下,发生突出的临界轴向应力随模拟工作面尺寸增大而近似呈线性减小。试验结论基本符合本硬煤突出薄板模型理论公式,在一定程度上验证了硬煤掘进工作面煤薄板模型理论及硬煤掘进工作面突出机制假设。     

冻结管受力分析与试验研究

对冻结管受力的理论分析和模拟试验研究表明,在安装阶段,冻结管的应力很小,可略去不计,在积极冻吉阶段,受管材冷缩。冻土冷缩和冻土冻胀的作用,冻结管轴向受拉（压）并向井外弯曲,在该阶段后期,纯拉（压）应力σ１由正最大值和负值转变,且数值变小,而纯弯曲应力σｗ则趋于稳定,其值虽较大但对后期冻结管的安全无害,在掘砌施工阶段,冻管的受力大小决定冻结壁的变化形,σ１和σｗ随时间的变化规律与冻结壁的蠕变规律相似     

叠瓦状逆断层的变形规律和力学机理物理模拟试验——以龙门山断裂带为例

为了揭示叠瓦状逆断层在地质过程中的变形和应力变化规律,为地震预报和地质灾害防治提供参考,以龙门山断裂带为研究背景,采用大型物理模拟试验,再现了叠瓦状逆断层的演化过程。通过对模型内部位移和应变的实时监测,得出了叠瓦状逆断层的变形和应力分布规律:1)除下伏断层的下盘局部斜向下外,整个构造区的变形以沿断层带斜向上为主;断层带同侧,变形量深部大于浅表层;水平向变形随与挤压端距离的增大而逐渐减小,并伴有瞬间的跳跃性增大。2)研究区除在断层上盘的浅层出现局部的拉应力外,其余都处在压应力状态,深部应力及其释放量都大于浅层;应力不是线性的增大或减小,而是随挤压端位移的增大沿某个趋势上下震荡。地应力在下伏断层带附近更容易发生聚积和释放,在变化时间上深部先于浅层。浅层地应力呈现出先增大后减小再增大再减小的规律;深部地应力的释放在上覆断层两侧出现了跳跃性的减小,而下伏断层的两侧先出现瞬时的增大,然后才逐渐减小。3)浅层变形量和应力变化具有相同的规律和同步性,但均滞后于深部应力的变化。     

利用旁压试验的砂土初始状态反演分析

讨论了砂土旁压试验的反分析问题。建议利用旁压试验实测数据反演确定土体的初始状态而非材料参数,材料参数可以通过实验室常规试验确定。主要利用了新型的亚塑性本构模型参数不受土体状态影响的特点。主要内容包括：建立有限元数值模型,利用文献中的试验数据确定了特定砂土的材料参数;通过模拟砂土的实验室旁压试验,验证了数值模型;通过改变土体初始应力状态和相对密实度进行数值计算,并利用数值计算成果,建立了可适用于砂土初始状态反演分析的实测旁压荷载和土体中应力与相对密度的数学关系。     

软土固结试验数值模拟

基于太沙基一维固结理论,采用有限差分法对室内固结试验进行了数值分析,编制了室内固结试验的C++数值程序和自动求解固结系数的Matlab拟合程序,该程序能够模拟不同尺寸（排水高度）软土试样的固结过程。讨论了试样尺寸、渗透系数和初始固结应力对模拟结果的影响。数值结果显示随着排水高度和渗透系数的增加,由时间平方根法和时间对数法求解的固结系数比不断减小,且排水高度较小时固结系数比变化较快。土体初始应力越小,主固结完成所需的时间越长。与日本广岛重塑土大尺寸试样固结试验结果进行了比较分析。研究结果表明所采用的数值方法能够较好地模拟软土的固结试验过程,可以进行一定条件下大尺寸软土试样的固结特性研究,研究成果对于揭示软土的固结变形发展有一定的理论价值和实际意义。     

模拟应变软化岩石三轴试验过程曲线

在经典弹塑性理论框架下,认为岩石材料在应变软化过程中遵守摩尔-库仑强度准则,塑性变形服从非关联流动法则。对两组岩石在三轴试验中呈现的应变软化行为进行了分析,获取了峰值前后强度参数的大小。采用应变软化模拟方法,将应力-应变曲线峰后应变软化阶段简化为一系列应力跌落和塑性流动的脆塑性过程,在给定的强度参数演化规律基础上,得到了岩石的应力-应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体应变-轴向应变曲线和塑性体应变-轴向塑性应变曲线。模拟得到的应力-应变曲线与试验结果吻合较好,其他曲线与相关试验测试规律基本一致。研究成果对确定岩石强度参数与认识岩石峰后强度演化规律有一定的指导意义。