软土的弹塑性各向异性损伤分析

以热力学理论为基础,提出考虑各向异性损伤的能量指标概念,构造损伤势函数,建立损伤的演化方程,进而建立软土的弹塑性各向异性损伤力学模型。应用此模型分析试验,结果与试验相吻合。     

基于最小耗能原理的黏弹塑性损伤模型

在基于“应变等效假定”和“余应变能等效假定”两种不同损伤力学基本假定的黏塑性损伤本构方程基础上,将最小耗能原理应用于固体介质的黏弹塑性问题,给出了损伤材料的黏塑性应变流变速率、黏塑性损伤发展速率和黏弹-塑性材料积累应变强弱化速率的非线性演化发展方程,建立了两个不同的黏弹塑性损伤模型（A和B）,并进行了试验验证。作为算例,最后运用黏塑性损伤模型A,对地震荷载作用下建于岩石基础上的某混凝土重力坝的动力损伤问题进行了分析,结果表明该模型应用于混凝土重力坝的动力损伤分析是可行的。     

煤和砂岩加载弹塑性损伤本构方程

为了研究煤岩和砂岩在加载过程中的损伤对岩石力学性质的影响,分别对煤岩和砂岩做单轴和三轴全应力应变加卸载实验。进而构建岩石的损伤本构方程,实验结果表明:随着岩石损伤的增大,岩石的卸载弹性模量逐渐减小,塑性应变逐渐增加,表明岩石损伤属于弹塑性损伤;同时随着围压的增大,岩石的弹性模量随损伤的增加而下降的速率减小,表明岩石损伤主要引起岩石塑性应变的增加,岩石损伤破坏逐渐由脆性破坏向塑性破坏转变。假设岩石损伤速率符合威布尔统计分布规律,在此基础上构建煤岩损伤演化方程,通过实验和相关分析构建煤和砂岩弹塑性损伤本构方程。最后用构建的本构方程对实验曲线进行拟合,验证了弹塑性损伤本构方程的正确性。      

大型地下洞室群围岩应力-损伤-渗流耦合分析

以渗透体力来考虑渗流场的力学效应,建立了应力-损伤-渗透系数关系方程来考虑应力和损伤对渗流场的影响,结合岩体结构的三维弹塑性损伤有限元分析,建立了大型地下洞室开挖围岩应力-损伤-渗流耦合的计算模型。该计算模型求解的难度主要体现在岩体材料弹塑性、损伤、渗流自由面边界、渗流溢出边界、应力-损伤-渗流相互影响关系等。提出分步迭代法对以上因素进行归纳后按一定顺序分别进行迭代求解,取得了良好的计算效果。将该方法应用于某水电站大型地下洞室群分析,得出了一系列有意义的结论。     

双江口工程地下洞室群围岩损伤及稳定性研究

对四川省双江口水电站工程的地下洞群的节理岩体围岩稳定性进行研究,分别采用了弹塑性模型、节理岩体断裂损伤模型进行数值分析。在弹塑性模型中,采用锚固等效法来模拟锚杆及锚索的支护效果。断裂损伤模型以损伤及断裂力学原理为基础,运用损伤本构模型和损伤演化方程在FLAC3D软件的框架下开发出子程序,考虑了岩体中节理裂隙对洞室围岩稳定性的影响,进而得到用上述的模型和计算程序分析出的围岩塑性区、损伤演化区和位移规律。将两种模型的计算结果与相应工程模型试验的结果进行了比较分析。研究结果表明,损伤模型更接近工程实际情况,与模型试验结果更为接近     

循环荷载作用下饱和软黏土的损伤模型

基于各向同性弹塑性损伤和Prevost模型的基本理论,把弹塑性等向硬化、运动硬化和各向同性损伤结合起来,推导了循环荷载作用下不排水饱和软黏土的弹塑性动力损伤本构模型。由循环累积塑性偏应变建立损伤演化方程,以描述循环加载对软黏土结构的破坏作用,并通过对循环三轴试验的模拟验证了模型的有效性。结果表明,提出的模型能较好地描述饱和软黏土在循环荷载作用下的变形、孔压变化及模量损伤过程。     

泥岩弹塑性损伤本构模型及其参数辨识

以连续介质力学和不可逆热力学为基础,将损伤引入到修正的Mohr-Coulomb准则中,建立了泥岩弹塑性损伤本构模型反映泥岩软硬化行为,通过构建损伤势函数导出了泥岩的损伤演化方程,编制了泥岩弹塑性损伤本构模型及其参数反演程序。并根据非排水条件下泥岩三轴试验结果,采用多目标函数优化反分析法获得了泥岩本构模型参数。研究成果表明,所提出的弹塑性损伤本构模型能有效地描述泥岩在不同应力状态下的力学特性。     

基于TCK损伤本构的岩石爆破效应数值模拟

脆性岩石在爆破载荷下的动态破碎行为是工程技术人员所关心的,采用数值法预估岩体破裂范围和损伤大小对施工安全具有重大意义,其中合理的岩石损伤模型是关键。假设岩体破坏近似服从Mises屈服准则,且考虑到岩体的应变硬化特性,把Taylor-Chen-Kuszmaul（TCK）模型中的拉裂损伤演化方程和材料双线性、弹塑性本构耦合到一起,并简洁地嵌入到有限元分析软件LS-DYNA中,通过半无限岩体中柱形药包爆破实例验证了其合理性与准确性。对球形药包爆破问题也进行了数值分析。该损伤模型及其数值模拟在工程中具有一定的参考价值。     

大型地下洞室群开挖支护弹塑性损伤优化研究

正在设计施工的某大型水电站地下洞室群地质条件复杂,其开挖支护方案对围岩稳定性非常重要,因此,对支护方案进行优化研究非常必要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤模型和损伤演化方程,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM,具有模拟开挖与支护、计算速度快、群组功能等特点。建立大型地下洞室群三维数值模型,将通过实测地应力反演的应力作为初始地应力。采用D-FEM模拟了不同支护方案洞室群的施工过程,通过分析洞室围岩的应力、位移和破损区,支护方案2的支护效果最好,建议采用此方案。考虑岩体损伤演化后与FLAC3D塑性区相比,洞室群边墙中部的破损区显著增加,因此,程序可应用于地下工程的稳定性分析     

热-应力-损伤耦合作用下深埋隧洞围岩稳定性分析

以热力学和弹塑性力学理论为基础,分析岩石热-力完全耦合作用及其对力学参数和热特性参数的影响,建立了岩石热-力-损伤耦合模型及其参数演化方程,以ABAQUS软件为平台对其进行二次开发,并通过典型算例验证了岩石热-力完全耦合的重要性。然后以某深埋软岩隧洞为例,研究温度和开挖卸载共同作用下的隧洞围岩力学行为和损伤过程。计算结果表明：温度对岩石的力学性质和损伤演化过程影响显著,开挖损伤和热应力诱发的损伤对围岩热力学参数的影响不可忽略;所提出的力学模型可以有效反映围岩损伤演化、调热圈演化以及热力学参数演化,具有一定的借鉴作用。     

Numerical analysis of seepage–deformation in unsaturated soils

A coupled elastic–plastic finite element analysis based on simplified consolidation theory for unsaturated soils is used to investigate the coupling processes of water infiltration and deformation. By introducing a reduced suction and an elastic–plastic constitutive equation for the soil skeleton, the simplified consolidation theory for unsaturated soils is incorporated into an in-house finite element code. Using the proposed numerical method, the generation of pore water pressure and development of deformation can be simulated under evaporation or rainfall infiltration conditions. Through a parametric study and comparison with the test results, the proposed method is found to describe well the characteristics during water evaporation/infiltration into unsaturated soils. Finally, an unsaturated soil slope with water infiltration is analyzed in detail to investigate the development of the displacement and generation of pore water pressure.     

Correction to: Zeolite containing rocks of kudurs and reasons of geophagy within the territory of Sikhote-Alin Nature Zapovednik,Far East of Russia

This paper establishes a mechanical model of the stress distribution in front of the driving face during coal roadway excavation. Theoretical research shows that the stress state in the plastic zone of the driving face is consistent with the limit equilibrium equation, and the elastic zone is in accordance with the equilibrium equation based on elasticity mechanics. Based on this improved mechanical state solution model, different coal material constitutive hypotheses are used for the analysis. The width of the plastic zone calculated under the brittle-perfectly elastic model can reach 2–5 times the height of the roadway, and the stress concentration coefficient can reach two or more times. 3DEC numerical simulation software was used to simulate the stress distribution of the heading face. The results of the simulation are similar to those of the theoretical analysis. Compared with the elastic-perfectly plastic model, the calculated results of the brittle-perfectly elastic model are more consistent with the numerical simulation results. The heading face coal during roadway excavation shows obvious damage, and the strength characteristics of the coal decrease.     

含水层释水系数及贮水系数的初步研究

释水系数及贮水系数是含水层的重要水文地质参数之一。由于松软含水层是属于弹性、塑性体、除具有弹性释水性能外、还有塑性释水性质。往往塑性释水要大于弹性释水的几倍、几十倍,甚至几个数量级。而用抽水试验方法又只能求得弹性释水系数,无法确定塑性释水系数。为弥补此不足,作者根据土力学中饱水土的压缩理论,进行释水及贮水模拟试验建立起计算公式,并利用地下水动态长期观测资料,求得不同岩性含水层的弹性释水系数、塑性释水系数和贮水系数。为采用释水系数计算下降水位,用弹性贮水系数计算回升水位提供了可靠依据。从而提高了地下水位预测精度。     

水平受荷桩的弹性有限元虚拟加载上限分析

基于将塑性上限分析等效为弹性迭代计算的总量虚拟加载上限分析理论,在商业化有限元软件ABAQUS中实现了弹性有限元虚拟加载上限方法（弹性有限元T-EMSD）。应用弹性有限元T-EMSD法分析了不排水黏土中的二维水平受荷桩,其获得的荷载-位移曲线与弹塑性有限元分析结果一致,其极限承载力与塑性解相近。在极限位移加载量下弹性有限元T-EMSD法对应的上限机构从弹性始速度场开始随迭代逐渐演化,迭代收敛后的速度场和解析塑性破坏机构相似。与其他基于可变强度概念（MSD）的方法相比,弹性有限元T-EMSD法对水平受荷桩桩身的分析具有更高的精度。弹性有限元T-EMSD法最大的优势在于可在计算中自然地获得塑性机构,因而可被用于研究一些塑性机构难以构造的复杂问题,并对弹塑性数值方法进行验证。     

桩身荷载传递的弹塑性分析方法

荷载传递函数法是桩荷载传递机理分析的重要方法之一。针对桩-土共同作用过程中的桩周土体分别处于弹性与塑性状态的划分,以天然地基抗剪强度随深度线性增长的规律,由荷载传递函数的基本微分方程解得荷载传递的解析表达式,并以实例说明这种分析思路的实用性。     

弹塑性有限元模拟分析影响基坑位移的因素

分析影响基坑支护破坏因素对于防止基坑事故的发生,优化基坑支护设计有重要意义。本文用弹塑性有限元方法模拟基坑破坏过程,分析了影响基坑支护破坏的因素。分析结果表明,土体和桩墙的弹性模量都对基坑的位移有一定影响,但土体弹性模量的影响比桩墙弹性模量的影响更大。根据这些结果,推论出传统基坑设计方法与弹性地基梁法的不足之处。另外,分析结果还表明,基坑坑顶水平位移与土体弹性模量的关系无固定规律,而坑底最大位移与弹性模量呈非线性的关系。由此推论出基坑坑顶水平位移监测方法的不可靠性。      

上覆岩层组合运动的力学解析特征研究

运用弹性薄板理论和复合材料力学的层合板理论,讨论了在覆岩运动中起决定作用的组合关键层的应力,为计算组合关键层的整体强度提供了途径;并且从控制开采沉陷工程实际入手,将结构塑性极限分析理论运用于组合关键层的失稳最大荷载计算,解析得出了充分采动情况下关键层塑性极限荷载的表达式,从另一个角度得到了一种判别关键层位置的新方法,为实施离层带注浆减沉提供参考。     

Template elastic‐plastic computations in geomechanics

In this paper we present a new approach to computations in elasto‐plastic geomechanics. The approach is based on the object oriented design philosophy and observations on similarity of most incremental elastic–plastic material models. This new approach to elastic–plastic computations in geomechanics allows for creation of template material models. The analysis of template material models will in turn allow for an easy implementation of other elastic–plastic material models based on the object oriented design principles. Furthermore we present some illustrative implementation details. Finally we present analysis results that emphasize features of template elastic–plastic computations in geomechanics. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

冻土蠕变的渐进屈服准则

基于冻土蠕变的现象分析表明，冻土蠕变的破坏是由于冻土中非弹性变形积累的结果，在冻土的任何变形阶段都存在着非弹性变形。非弹性变形的积累在一定条件下导致了冻土渐进屈服的出现，渐进屈服反过来又促进了冻土蠕变的进一步增加。