离散元法及其在岩土工程中的应用综述

离散元法是基于不连续性假设的数值方法,它特别适合于求解节理岩体中的非连续性问题。在介绍离散元法基本原理的基础上,着重对离散元法在岩土工程领域的应用现状作了叙述和分析,并对其发展趋势进行了探讨。     

受静载荷的岩石在周期载荷作用下破坏的试验研究

为了研究受静载荷的岩石在周期载荷作用下破坏及变形发展规律,在Instron电液伺服材料试验机上进行了红砂岩的单轴动静组合加载试验。采用自制的一维水平静压加载装置,配合Instron电液伺服材料试验机进行了红砂岩的二维动静组合加载试验。试验表明,受静载荷的红砂岩在周期载荷作用下的破坏形态因所受静载荷的状态不同而不同,在周期载荷作用下的应力-应变曲线表现为滞回圈先疏后密再疏,直至破坏;相同条件的受静载荷的红砂岩受不同周期载荷作用时,尽管其应力-应变曲线表现为不同的滞回圈数和不同的全应变,但仍与岩石在周期荷载作用下疲劳破坏的极限变形规律一致,并且破坏岩石所消耗的有效全应变能有向相同值发展的趋势。     

应力波作用下节理面前后电磁辐射强度的变化

从压电体中的压电本构方程出发,得到了含石英等压电介质岩体在应力波作用下产生的电场值的关系表达式．电磁辐射强度随电阻率增大而增大,随传播距离发生衰减．对于电阻率较大导电性能较差的岩石来说,压电电荷的贡献是足够引起重视的．利用所得到的表达式对实际地震电磁信号幅值进行了估算,所得结果与实测结果吻合．依据所得到的电场值的表达式及应力波在节理面处的透射解,获得了垂直入射应力波作用下产生的电磁波在线性变形节理面前后的强度关系．研究了节理参数、岩体电性参数以及入射波频率对节理面前后电磁辐射强度的影响．结果表明,电磁辐射的强度随节理初始刚度增大而增大;对于节理面两侧岩体性质不同的情形,从理论上讲,电磁辐射强度随单个参数的变化是明确的,但在多种参数的综合影响下,电磁辐射强度变化情况相对比较复杂．本文的理论计算结果与其它众多学者得出的实验结果一致．      

损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数研究

岩体条件复杂多变,为了提高光面爆破的适应性、改善光面爆破效果,对损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数进行研究。通过对深部岩体巷道光爆层原岩应力场、光面爆破机制和振动损伤特征进行分析,基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论,考虑高原岩应力和岩石损伤影响,提出了损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数确定的计算方法。研究表明, （1）高原岩应力相当于提高了岩石的抗拉强度,不利于炮孔初始裂纹的形成及贯通,宜减小周边眼间距;（2）岩石损伤后,其他条件不变,光面爆破的炮孔间距和抵抗线值可适当加大;（3）高原岩应力和损伤条件下,光面爆破的炮孔间距较小时,容易造成爆后围岩损伤,降低围岩的稳定性能,因此,提高爆破效果的同时应及时加强支护,以确保施工安全和围岩稳定;（4）本文提出的光面爆破参数计算公式,经现场爆破验证效果良好,适用于复杂多变的岩体环境。     

大样本岩土参数概率分布的正态信息扩散推断

在重要的岩土工程中,确定大样本岩土参数的概率分布对岩土工程稳定性和可靠性分析有着极其重要的意义。为此,基于积分均方误差最小计算得到的最优窗宽,提出了推断大样本岩土参数概率密度函数的正态信息扩散法。该方法基于信息扩散原理,从试验样本和信息论的角度出发,充分利用样本提供的数据信息,而不是先假定成经典的概率分布曲线拟合检验,数学意义和物理意义更加充分和严密。以推断压缩指数Cc的概率密度函数为例,分析了窗宽对信息扩散估计结果的影响规律,说明了该方法在大样本岩土参数概率密度函数推断方面的合理性。用该方法推断了大样本岩土抗剪强度参数的概率密度函数,通过K-S检验,验证了该方法的正确性和实用性。     

基于多源信息融合法的岩土力学参数概率分布推断

岩土力学参数的概率分布类型直接影响岩土工程可靠性分析的计算结果和精度。在现场有限个小样本和多个先验分布的条件下,探讨如何综合利用已有的经验资料确定岩土参数的概率分布,提出了多源信息融合方法。通过分析各先验分布和现场试验信息的差异程度,确定各先验分布的权重,进而进行整体融合,实现统计意义上概率分布类型的优化。     

截割厚度和截线距对镐型截齿破岩的影响研究

为了研究不同截割厚度和截线距对镐型截齿截割力和截割比能耗的影响,基于TRW-3000真三轴电液伺服测试系统及自主设计的创新型截齿加载平台,对炭质板岩和流纹质碎屑岩试样进行了室内直线截割试验。试验结果表明：截齿破岩呈现4种破坏模式,两相邻截齿之间存在显著的协同作用。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。随着截割厚度的增大,截割比能耗呈幂函数减小;随着截线距和截割厚度的比值的增大,截割比能耗先减小后增大,且存在一个最小比能耗,即最优值,最优截割比能耗远小于无截槽影响的比能耗,此时截线距和截割厚度的比值为2或3。利用室内试验结论优化了悬臂式掘进机截割头上的截齿布置,并运用到掘进机非爆掘进现场工业试验,大幅提高了掘进效率并降低了掘进成本。     

罗山矿区滑坡稳定性分析及治理的特殊性

河南灵宝罗山矿区海拔标高640-1100m,山高沟深,地形地貌复杂。自1982年建矿以来,地下采矿工程已在山体下形成大量采空区,这些采空区的变形、破坏和塌陷,加上生产爆破振动等的长期作用与影响,致使矿区目前存在多个受采动影响的潜在滑坡体,并严重影响矿山的正常安全、高效生产。研究、协调并解决采矿与山体稳定性之间的关系,实现在矿山不停产的情况下,完成对矿区山坡的综合治理,成为一项既具有重大经济效益,也具有相当社会影响和环境效益的工程技术难题。针对罗山矿区滑坡体的实际情况,研究指出采空区山体的稳定性具有明显的时间和空间相关特性,随着时间的推移,采矿工程的空间规模会不断扩大,采动影响的空间范围和力度将随之增加。因此,在进行采动诱导山体失稳分析计算以及治理措施研究时,必须充分考虑这种特殊的时空动态影响因素的作用,并采取相应的对策。对于受采动影响的动态不稳定体而言,柔性边坡支护体系比刚性支护体系将更为有效。     

多目标系统模糊模型在强夯参数优选中的应用

将一种多目标系统的模糊模型用于地基强夯参数的优选,使这种定性的问题得到了定量化的处理。实例分析表明,模糊优选较其它方法科学、合理。     

沉管灌注桩质量通病的反射波法诊断与防治

从施工工艺出发,分析沉管灌注桩经常出现的断裂、缩径、离析与上浮等质量通病产生的原因．并应用一维应力波理论分析了桩身存在质量通病时应力波的传播特征．发现它们在波阻抗、相位、频率与幅值等方面存在差异．且差异的大小与质量通病的性质及严重程度密切相关,利用反射波法正好可以作出定性判断．然后对症下药．提出了10条预防措施、3条防治方法。实践证明．诊断方法与防治措施切实有效．沉管灌注桩质量可以得到保障。