长江科学院岩土离心机EI北大核心CSCD

离心模型试验是目前岩土工程研究最重要的手段之一。通过高速旋转的离心机,可使小比尺模型再现原型的应力场,使得模型和原型应力相等、变形相似、破坏机理相同。长江科学院是我国最早研制和应用大型岩土离心机的单位之一。20世纪80年代初,即建成了当时国内最大、直径6m容量为3000g-t离心机。该设备在三峡工程深水围堰、小浪底土石坝以及深圳机场、     

基于CT图像处理技术的岩土材料有限元模型

提出了一种利用数字图像技术对岩土材料CT图像进行处理的有限元模型方法。该方法建立的有限元模型能充分考虑岩土材料的非均匀性,特别是可以考虑空隙分布对岩土材料力学性质的影响。应用该方法对沥青胶结颗粒材料的劈裂试验进行了数值模拟,结果表明：不同方向拉应力分布不均匀,最大拉应力出现在空隙与颗粒的交界处。     

初始应力各向异性结构性土的二元介质模型

天然岩土材料具有结构性和各向异性。在岩土破损力学的理论框架下,建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质模型。岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块（胶结元）和无胶结的软弱带（摩擦元）组成的二元结构体,变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。假定胶结块为横观各向同性的理想弹脆性体,胶结块破损后转化成的软弱带为可用邓肯-张模型描述的非线性弹性体。通过引入考虑各向异性影响的破损率和局部应变系数,建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质本构模型,并给出了模型参数的确定方法。最后给出了模型的表现,且通过人工制备初始应力各向异性结构性土的三轴压缩试验结果验证了模型的适用性。计算结果表明,所提出的本构模型可以较好地模拟初始应力各向异性结构性土的应力-应变和体积变形特性。     

岩土类材料率相关性及硬化-软化特性模型研究

岩土类材料具有显著的率相关性,其应力-应变关系全过程一般表现为硬化-软化特征,研究如何描述这两类特征具有重要的意义。基于岩土类材料的物理变形机制分析,考虑到其结构性特征,采用弹黏塑性本构模型,引入反映材料结构变化的可变结构黏滞系数及其演化方程,并将其嵌入到弹黏塑性本构模型中去,建立能够反映材料结构变化的弹黏塑性本构模型。利用玄武岩常规三轴常应变率试验结果对所建立的模型进行试验验证,结果表明：所建立的弹黏塑本构模型能够完整、合理地描述岩土类材料应力-应变关系全过程以及材料本构关系的率相关性,同时还能够反映材料的峰值强度、残余强度特征。     

金川露天矿边坡岩体移动和变形的光弹性软材料模拟实验研究

通过对边坡岩体破坏机理的光弹性力学模拟实验研究, 岩体在地应力作用和自重体积力作用下, 对露天矿边坡的力学状态具有明显地影响。实验采用了明胶软材料, 模型比例1:1100。实验模拟了在自重应力和构造应力作用下, 边坡岩体的位移和变形。     

岩土基坑开挖过程中的周围土体渗流-应力耦合模型

传统渗流-应力耦合模型仅考虑土体的各向同性特征,忽略了工程中应力与渗流的非线性影响,导致计算结果与实际情况偏差较大,由此,设计一种岩土基坑开挖过程中的周围土体渗流-应力耦合模型。搭建测试装置,利用瞬态试验法测定岩土基坑周围土体渗透率,分析岩土基坑周围土体基质块微观结构,得到土体变形方程并求解;从宏观角度分析土体应力,得到应力边界的面力结构,构建土体渗流-应力耦合模型。根据实际情况设定工程边界条件,选择某建筑工程中岩土基坑作为分析实例,测试结果表明,该模型计算结果与实际情况的误差低于0.2 m,可以为岩土基坑开挖提供参考。     

考虑自重变化的协调分析方法及其在路基沉降计算中的应用

在传统分层总和法基础上,考虑变形对自重应力和附加应力的影响,提出考虑自重变化的协调分析方法.通过饱和排水地基的路基沉降计算,分析了协调分析方法与传统方法的计算差别及其规律,结果表明传统分层总和法的沉降解答偏小,而其考虑参考构形变化的解答误差较小等等.     

岩土材料不同应力路径下脆性变化的二元介质模拟

试验研究表明,岩土材料在加卸荷时表现出不同的变形破坏特性,卸荷时脆性增加。建议了一个可以描述材料脆性变化的脆性指数 ,并验证了B指标能较好地描述岩土材料在加卸荷时的脆性变化。应用二元介质模型,对岩样在卸载周围应力过程中的应力-应变关系进行了模拟,表明这一模型不但可以模拟岩样在低围压下的应变软化到高围压下的应变硬化现象,而且可以模拟岩样在卸载周围应力过程中的变形破坏过程,特别是对于表现为应变软化的岩样,可以反映出应力峰值前后卸围压时的变形破坏过程的差别。     

Cosserat介质理论针对节理岩体的应用

由于考虑了内在尺度的影响,Cosserat介质理论较传统连续介质力学更精确和一般化,在考虑具有微结构介质的力学行为时拥有优势.节理岩体的力学性质明显受结构面影响控制,传统连续介质理论对于认识结构应力、应变的真实状况是有限度的.Cosserat理论应用于岩土介质模拟时,根据具体情况有三种方式一种是将岩土介质视为粒状材料,第二种则是将节理岩体看作是层状材料,此种模型应用最为常见;另一种则是将高度节理化岩体看作是块体结构.与试验或其它数值计算的对比表明,采用层状和块状模型对节理岩体进行数值模拟得到的分析成果是合理可信的.空间模型的应用也作了讨论.     

基于CGP模型的岩土材料应力-应变曲线拟合

介绍了复杂性理论中的一个重要概念--涌现,同时介绍了一种用于研究复杂系统涌现行为的CGP(constrained generating procedure)模型方法。首次将涌现概念应用于岩土工程,提出基于CGP模型拟合岩土材料应力-应变曲线的新方法。通过算例,说明所提方法可对应力-应变曲线进行成功拟合。     

地下开采引起围岩间断面变形特征的软材料小模型研究

为了研究地下开采引起围岩变形和断层活化现象,文章采用一种软材料的小模型进行地下开采间断面变形的模拟。模型中通过模拟一个矩形地下采区上方围岩的变形来研究一个水平间断面发生活化后的弯曲现象。模拟结果表明,间断面上的剪切位移分布具有"双峰"的特征或规律。这种分布特征或规律,得到了数值模拟结果的验证。同时,也证明了该方法的有效性。该方法最大的优点是,可以用小尺寸模型有效模拟在自重体积力作用下开挖引起的围岩变形现象,具有实验装置简单、实验用时短、操作方便、实验成本低等诸多优点,是一种值得推广的物理模拟方法。      

离心模型试验在粉喷桩处理软土地基沉降中的研究

离心模型中的固结时间是原型的固结时间缩短至1/N2,能够在较短的时间内模拟软土地基的长期沉降.采用离心模型试验方法,模拟软土地基在粉喷桩处理后的渗透固结性状。通过对地基施工期阶段及工后的沉降进行分析,证实了用粉喷桩进行处理地基是可行的。     

多级多层复合滑坡工程病害的试验研究

张家坪滑坡具有多级多层的复杂滑体结构,本文选取最典型的断面开展了大型地质力学模型试验,模拟了边坡的开挖过程,并采用均匀毛细浸润技术研究雨水作用下的坡体稳定性,通过有无支挡的两阶段试验对比,分析了多级多层复合滑坡的变形失稳机制和工程病害,以及相应抗滑支挡结构的加固效果。     

海底碎屑流冲击海底管道的模型与某一特定原型的相似性分析

小尺度的水槽实验和数值模型被广泛应用于真实尺度条件下海底碎屑流对海底管道冲击力的研究,但模型与某一特定原型之间的相似性一直未能得到保证,从而严重影响模型结果的适用性。为此,本文采用幂律本构关系(Power-law)描述海底碎屑流的流变特性,并基于雷诺相似准则,推导出海底碎屑流冲击海底管道时模型与原型之间各物理参数的比尺关系。根据该比尺关系,本文对现有水槽实验中模型与某一特定原型之间的相似性进行了分析,发现该水槽实验与预期的原型工况并不相似,继而推算出与该水槽实验相似的原型工况,并设计出与预期的原型工况相似的模型工况。此外,本文还对基于幂律本构关系和雷诺相似准则推导得到的比尺关系的适用性进行了讨论,认为该比尺关系适用于常重力环境下(1g)海底碎屑流冲击海底管道的小尺度水槽实验和数值模型,但不适用于超重力环境下(Ng)的土工离心机实验,也不适用于海底碎屑流的低剪切应变率工况。本文的研究结果将为保证常重力环境下(1g)海底碎屑流冲击海底管道时模型与某一特定原型之间的相似性提供理论依据。     

A physical model of an underground coal mine prototype

Conclusions A physical model simulated qualitative ground movement above a retreating longwall face in a shallow coal mine with considerable accuracy, after modification to allow for scale effects. It is considered that in prototype geometries such as mines where strata deformation involves rock fracture, the use of physical models may have advantages over other types of model.     

自重体积力作用下弹性体位移与尺寸间非线性关系的推导

本文用相似理论推导了线弹性体在自重体积力作用下原型与模型间的位移关系式。根据对这个关系式讨论的结果, 以及对竖直立柱自重压缩问题的解析, 得到了位移与尺寸间的非线性关系。     

动力学相似材料配比试验研究

地质力学模型试验是一种形象、直观的岩体物理力学性质研究方法, 被广泛地应用于国内外岩土工程界。在地质力学模型试验中, 如何快速、准确地选择材料的配比是成功模拟原型的关键。随着动力学模型在地质力学模型试验中的应用越来越广泛, 对相似材料配比的研究也应从静力学方法向动力学方法转变。相似材料由骨料与胶结物混合而成, 两者的含量变化是影响相似材料性质的重要参数。本文选择以河砂为骨料, 石膏和水泥为胶结物, 采用弹性波速测量和单轴抗压试验的方法, 研究了不同配比条件下材料的物理、力学性质的变化规律。实验结果表明:单独以水泥或石膏作为胶结物时, 在骨料与胶结物总量不变的情况下, 试件的质量及动、静弹性模量随砂胶比的增大呈先增大后减小的变化; 以水泥和石膏混合作为胶结物时, 在砂胶比与胶结物总量不变的情况, 试件的动、静弹性模量随石膏和水泥用量比的增加呈先减小后增大的变化。     

黄河三角洲土体非均匀性及对底坡微地貌形成影响

通过在潮滩现场 2 0m 2 0m范围对土体细致的微贯试验和所取样品室内土体粒度分析, 指出黄河三角洲土体的物理及工程力学性质在小尺度空间上具有非均匀性, 这种非均匀性对黄河口底坡微地貌形成会产生控制性的影响作用。     

Integrated geothermal modeling on different scales in the Northeast German basin

Geothermal modeling is an important part of large-scale basin studies. Based on a new 3D structural model of the Northeast German basin, the present day regional geothermal field is modeled. Range and regional trend of the modeled temperature values are in agreement with the published data. Due to the high spatial resolution, the calculated temperature distribution provides additional information with respect to areas where no measured data is available. The results are used as input and boundary parameters for small-scale models of geothermal energy production. In general, in many regions not enough data is available to define all necessary physical or chemical parameters for modeling. In this context, data obtained from the large-scale model help to constrain unknown parameters. Subsequently, the small-scale model is used to simulate various production schemes focusing on enhanced predictions with respect to the possible lifetime of such installations. The simulation results also show the need for elaborated models if reliable predictions of the temperature evolution are required.     

岩石圈板块变形物理模拟研究进展综述

岩石圈板块变形物理模拟是对板块构造演化的近似再现,代表了板块构造研究的一种主要方向。自然原型向实验模型的转换是模拟的理论基础,包括原型流变剖面的确定,原型与模型间比例关系的选取,实验模型流变剖面的建立。基于流变剖面的流变模型的结构为实验模型建构不仅提供了几何学、运动学以及动力学等方面的信息,而且在物质材料选取上提供物性方面的指导。文章最后对相关技术进行了阐述,并就华南-华北大陆板块碰撞模拟的关键问题进行了探讨。