岩体中不连续块体的力学分析方法

为了利用损伤力学理论分析岩体结构中的不连续块体,作者首先介绍了不连续块体的裂隙面积密度和等效损伤体等概念,进而分析了等效损伤体的损伤张量和真应力。在提出平均有效应力的概念之后,完成了有限单元法的离散化过程,最后给出了一个完整的计算不连续块体的数值方法。     

大型地下洞室群关键块体地震响应分析

基于块体理论,针对地下厂房围岩中的关键块体,采用Newmark法进行了地震响应特征和稳定性评价方法的研究,研究表明,三向地震荷载组合作用下,在块体上引起的数值较大、作用时间很短的惯性力是关键块体产生永久位移的根本原因。块体在不同烈度地震荷载作用下其响应特征不只发生量的变化,还有运动规律、模式方面的变化。研究还发现,关键块体地震响应特征与其几何特征存在一定的相关性,并由此建立了大型地下洞室群围岩地震稳定分析的多因素、多指标评判方法。最后考虑结构面的退化效应,研究了块体地震响应特征关于结构面强度参数的敏感性,获得了一些有益的结论。     

金沙江溪洛渡水电站拱肩槽工程边坡块体稳定性评价

采用层次性分析原理，研究了金沙江溪洛渡水电站拱肩槽工程边坡各类结构面和临空面组合而成的块体特征，将边坡块体分为确定性块体、半确定性块体和随机块体三个层次；采用块体理论计算评价了不同层次的块体在天然、地震、爆破、地下水状况下的稳定性，并对影响块体稳定性各种内外因素做了敏感性分析，建立了一套非规则边坡块体稳定性分析评价的技术思路和方法体系。研究表明，拱肩槽边坡出现确定性块体的可能性较小，边坡中的不稳定块体大部分为半确定性块体，且规模较小，影响深度有限，切割边界不完善。     

基于结构面抗剪强度演化的块体动力稳定性分析

传统块体理论仅针对块体的静力稳定性分析,而未涉及到动力稳定分析。因此,借用Newmark法累积滑移量的概念,基于块体理论对定位块体在地震历时作用下的动力稳定性进行了研究,提出了以块体累积滑动位移和动安全系数两个指标共同评价块体动力稳定性。提出一种接触面识别及面积计算算法,它考虑了接触面积变化对块体稳定的不利影响,也可用于块体滑动的大变形分析,考虑了块体滑动过程中结构面抗剪强度的演化,可对复杂的凸形块体及凹形块体进行静、动力稳定性分析。将其应用于三峡升船机乘船箱左侧边坡的块体稳定分析中,结果显示块体在强震作用下发生了一段距离的滑动,但震后仍可保持稳定     

三峡永久船闸高边坡关键块体的概率分析(英文)

基于传统块体理论对不连续岩体的稳定分析是建立在不连续面贯穿所研究岩体的假定基础上的，而实际的岩体不连续而长度是有限的。因此，本文将随机概率模型张块体理论，研究了三峡永久船闸边坡关键块体的肖落概率和块体的大小及分布密度，结果表明该方法具有重要的工程实用价值。     

芦山7.0级地震与巴颜喀拉块体中东段的活动性

巴颜喀拉块体及周缘是近年来中国大陆大震主要发震区域之一,2013年4月20日四川省芦山7.0级强烈地震就发生在巴颜喀拉块体东缘的龙门山断裂带的西南段上。以巴颜喀拉块体中东段为研究区,通过对该区域地震前后的多期区域水准观测数据和GNSS连续站观测数据进行计算处理,得出研究区垂直形变速率图像和水平形变速率图像;结合区域地质构造,建立地震诱发模型,解释芦山地震主震发震和余震活动源于龙门山断裂带中大型块体的突然断裂和小型块体集合的流动机制;通过对垂直形变速率图像和水平形变速率图像的分析,认为芦山地震是龙门山断裂带逆冲活动的结果,东昆仑断裂带中东段未来大震发生的可能性增大;提出未来5年基于区域水准测量和GNSS测量为技术手段的监测建议。     

双三次样条方法反演构造变形场的基本原理与应用

一、引言大陆内部变形与板缘变形相比,量级较小难以观测且变形机理更加复杂。对大陆内部地壳变形的研究不能简单套用刚体理论。过去计算大陆地壳变形所采用的模型,主要是对大陆内部进行块体划分,结合刚体假设。这种处理方法虽然取得了一定成功,但是把块体内部简化成不变形的刚体,同时将块体边界处的变形处理成不连续变形,与事实不符。事实上,在块体的内部确实时有地震发生,即使在块体的边界处和断裂从一种活动类型转化为另一种活动类型的地区,地壳的变形也是连续的。     

基于块体单元法的岩石边坡安全系数研究

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂,给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法,对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先,在块体元强度折减计算的成果下,根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法;然后,对安全系数计算方法进行研究,建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数;最后,进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析,并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明,由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布,其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。     

非连续子母块体理论模型研究(Ⅰ):基本理论

对节理岩体的非连续变形与破坏失稳的数值模拟分析是目前岩土力学与工程领域中的前沿课题之一,岩体由节理裂隙以及由其切割而成岩石块体组成,介于连续与非连续之间,由于其内部结构的不确定性造成了其宏观力学行为的复杂性。在讨论了岩体破坏失稳的研究尺度的基础上,从多尺度耦合的角度出发,同时考虑连续问题、非连续问题以及连续问题向非连续问题转化,提出了非连续子母块体理论模型。在非连续子母块体理论模型中,假定岩体与岩体内部被层理、节理等结构面所切割而成的岩石块体均属于宏观尺度,把宏观的岩石块体定义为母块体,用假想的人工节理将其继续分为若干更小的块体,更小的块体称为子块体,子块体为各向同性的均质体,并且在计算中不再发生破坏分解为更小的块体,作为计算分析的基本单元,子块体的研究尺度属于细观尺度。模型也重新定义了子块体间的接触,并将其划分为连续接触与非连续接触两种类型,连续接触在一定条件下发生破坏转化为非连续接触;采用增广拉格朗日乘子法对子块体间的接触进行处理,能够计算出准确的弹簧接触力。     

数值流形方法框架下散体系统与连续介质共同作用模拟

数值流形方法是包含流形元、有限元及DDA在内的数值方法体系,建立流形元与DDA块体的接触方程,则可实现流形方法框架下的连续介质和散体系统共同作用模拟。针对填石路堤工程,编制了大型数值计算程序,采用块体随机生成、块体粒径控制及块体自然堆积的方法建立散体系统的DDA模型,对路堤的分层铺设、碾压及工后沉降变形等进行模拟分析。通过算例表明,在数值流形方法框架下,采用流形元与DDA共同作用的方法,可以很好地对同时存在连续变形和散体大变形的体系进行计算分析,其对该类问题的模拟更接近分析对象的实际情况,有助于从根本上揭示分析对象变形的细观机制和规律,并能考察更多因素对工程问题的影响。     

拱坝坝肩岩体动力稳定性分析研究方法简述

高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析是高拱坝抗震研究的主要内容之一。从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则、坝肩岩体的结构和动力特性、坝肩岩体动力稳定性分析的刚体极限平衡法、离散元法、刚体弹簧元法、拉格朗日不连续变形分析方法、数值流形方法、随机理论与方法等方面对高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析的理论和方法进行系统的归纳和总结,并介绍了各方面的最新进展。可以看出,为满足高拱坝建设实践的需要,应对高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析的理论和方法进行更深入的研究。     

复合单元法动力分析初步研究

复合单元法是一种适用于不连续介质结构分析的数值计算方法,优点是建立网格时不用考虑结构中不连续面,计算时能离散模拟不连续面。在复合单元法静力计算模型的基础上,提出了复合单元的动力分析方法。给出了复合单元动力分析的质量矩阵和阻尼矩阵的具体表达式,通过质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵将分布于复合单元内部的惯性力和阻尼力分别转移到复合单元的广义节点上。建立了惯性力、阻尼力、动力荷载及弹性力作用下的复合单元动力系统的控制方程组。以一个基岩内含有两条断层的混凝土重力坝模型地震为例,采用复合单元法动力分析程序进行计算,其结果与有限单元法解吻合得较好,说明所提出方法的正确性和有效性。     

土坡体系可靠度分析方法及在高土石坝工程中的应用

针对土坡稳定体系可靠度分析问题,提出了一种分析方法框架,包括采用缩减方差抽样技术生成随机变量样本值、采用全局优化算法搜索边坡最小安全系数、采用Monte-Carlo法计算边坡体系可靠度3个主要部分。在此框架下,建立了一种较为简便实用的高土石坝坝坡稳定体系可靠度分析方法。该方法采用拉丁超立方抽样技术生成随机变量的样本值,再用商业软件STAB搜索相应的坝坡最小安全系数,最后用可靠指标法或Monte-Carlo法计算坝坡体系可靠度。工程算例表明,筑坝材料强度参数的随机不确定性对坝坡临界滑弧的位置影响较大,坝坡稳定体系可靠度小于单一滑动面的坝坡稳定最小可靠度,提出的方法可用于实际工程坝坡稳定体系可靠度分析。     

重力坝层间抗滑稳定体系的动力可靠度分析方法

受明显的层状结构影响,加之材料参数和动荷载的双重随机性,动力条件下碾压混凝土重力坝的层间抗滑稳定可靠度问题值得关注。考虑地震波频谱特性、峰值加速度、坝体材料参数的随机性,统计概化出地震作用下坝体的潜在滑动失效路径;在特定地震动作用下,基于随机有限元分析结果,采用刚体极限状态判断准则和响应面法构建失效路径的动力抗滑稳定功能函数,进而求得其抗滑稳定可靠指标;接着考虑不同失效路径的相关性,用Ditlevsen窄界限公式估算体系的可靠度;最后,考虑地震动荷载的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法求解大坝抗滑稳定体系的动力可靠度。研究结果表明,动力条件下,当水平地震系数大于0.2时,重力坝层间抗滑体系可靠度不再由建基面失效路径决定,而是由下游折坡处层面的失效路径决定。该方法数学意义明确,实用性强。     

基于离散元的重力坝多滑面深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡法和非线性有限元法,但刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐进失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法模拟岩体不连续效率低,且还未有统一的失稳判据。基于离散块体边界应力计算结果,提出重力坝坝基多滑面抗滑稳定安全系数计算公式,并探讨了以坝体-坝基系统能量突变作为坝基失稳判据的物理意义。通过与非线性有限单元法、刚体极限平衡法计算结果的比较,验证了所提方法及判据的可靠性及合理性。结合向家坝水电站重力坝泄12#坝段进行计算分析,结果表明：基于离散元强度储备系数法搜索的坝基失稳通道由坝基岩体屈服区和结构面滑移带组成,所提计算方法与判据适用于实际工程的坝基深层抗滑稳定计算分析,且计算结果偏安全。     

基于超载法的拱坝坝肩地震动力稳定性方法研究

拱坝坝肩地震动力稳定性一直是工程界关注的一大热点,然而对坝肩动力稳定性的评判方法和标准的研究还不成熟。为完善坝肩动力稳定分析方法,将有限元法与刚体极限平衡法的优势相结合,提出了地震动力超载方法以及极限累积位移评判标准。首先,基于有限元法开展实时动力分析,对坝肩可能的滑移块体采用多重网格应力插值求任意时刻的阻滑力和下滑力,确定其主滑方向,而后采用刚体极限平衡法计算每个滑块的动安全系数;同时,对瞬时动安全系数小于1.0的时段,进行加速度积分,求出滑块累积失稳位移。结合滑块尺寸及滑动面强度参数提出极限累积位移计算公式作为失稳判据,通过比较累积位移与极限累积位移判定滑块的稳定性。基于以上思路开发了一套坝肩动力稳定分析系统SAFEDAM。以沙牌拱坝经受反映5.12地震的人工波为例,开展了沙牌拱坝坝肩动力超载稳定分析,验证了极限累积位移判据的合理性。研究表明,沙牌左岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =3.2,右岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =4.2。工程实例计算表明,该方法计算坝肩动力稳定性使用较为方便可靠,具有较大的工程实用价值,为坝肩动力稳定性分析和评价提供了一条新路径。     

一种基于安全因子判据的坝肩裂隙岩体动力抗滑稳定分析方法

基于某混凝土拱坝,结合现行拱坝设计规范,研究提出了一种基于安全因子判据的坝肩岩体动力抗滑稳定安全度分析方法。该方法综合利用有限元和（刚体）极限平衡两种方法的优点,考虑了凝聚力和摩擦力是不同的抗力,其不确定性具有较大差异性,定义了抗滑稳定安全因子,据此来判别坝肩岩体的抗滑稳定安全度,安全因子随着凝聚力与摩擦力所占权重不同而变化,这种方法既考虑了坝肩岩体与坝体的联动作用,又能够反映拱坝体系真实的工作性态。通过某混凝土高拱坝工程实例,分析了坝肩裂隙岩体的抗震稳定性,结果表明,该方法具有较高的实用价值。     

不连续岩体变形破坏过程中AE的空间演化与意义

通过一些典型节理化岩体模型变形破坏过程中的AE事件的定位分析和破裂面形态的研究,探讨了不连续岩体变形破坏过程的空间演化特征。结果表明:单节理岩体变形破坏的空间动态特征受节理角控制,随着节理角从小变大,岩体的变形破坏方式从AE在局部集中的突发式失稳向AE弥漫于整个节理层面的类似渐进式的破坏形式发展；失稳破裂面从简单的整体状岩-膏界面变成形态复杂的层内复合破裂面；复杂节理岩体的变形破坏受一条（组）主导构造控制,强AE事件集中发生在不连续构造交汇部位,在包含多条主构造的岩体模型中最终失稳破裂面只与最后阶段AE的位置一致。     

基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演

采用现行的室内外试验方法确定的土石料动力参数与实际坝料的动力参数有何差异是人们关心的问题之一。提出了基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演方法,并使用该方法反演了一个假想混凝土面板堆石坝的坝料动力参数,证明该方法是可行的,计算精度基本满足实际工程要求。利用紫坪铺面板堆石坝在汶川地震中的余震加速度响应信息,反演了坝料的最大动剪切模量系数K和指数n。结果表明,由室内动三轴试验得到的坝料最大动剪切模量系数K值偏小,建议进一步研究予以修正。     

乌东德高拱坝极限抗震能力研究

乌东德水电站是金沙江下游河段上4个水电梯级的最上游梯级,大坝为265 m高的双曲拱坝。采用非线性有限元法,将拱坝坝体-坝基作为一个整体系统,在考虑坝体横缝影响及无限地基辐射阻尼影响基础上,模拟坝肩控制性滑块各滑裂面在地震作用下张开、滑移的非线性力学行为,研究设计与校核地震作用下大坝的抗震性能,探讨大坝-坝基整体系统在强震作用下的抗震潜力。研究结果表明：设计地震条件下,坝体仅在拱端应力集中区域拉应力超过抗拉强度,压应力则均满足强度要求,坝肩块体稳定,大坝-坝基体系的整体安全性可以保证;校核地震条件下,坝体应力值略有增加,能够满足不溃坝的设防要求;以大坝-坝基代表性的位移、变形量变化曲线的拐点作为评价极限抗震能力的标准,可知拱坝-坝基体系的抗震超载安全系数为2.7,相应的基岩水平向峰值加速度0.729g,拱坝-坝基体系抗剪参数强度储备安全系数为2.0,乌东德高拱坝具备较强的极限抗震能力。