裂纹扩展过程的动态仿真技术

岩石断裂力学在岩土工程领域应用越来越广泛,其数值模拟技术是研究的主要方向之一,也是制约断裂力学发展的瓶颈。基于扩展有限元思想,依托ABAQUS用户子单元二次开发技术,引入Heaviside函数模拟不连续位移场,采用裂尖 逼近函数模拟裂尖位移场,通过J积分求解裂尖的应力强度因子（SIF）,最后采用最大周向应力准则,预测裂纹扩展方向,实现了裂纹动态演化过程的扩展有限元数值模拟。通过3个经典断裂力学模型,对比了计算值与理论值,验证了所开发程序的适用性和有效性     

基于修正Mohr-Coulomb准则的弹塑性本构模型及其数值实施

针对Mohr-Coulomb准则高估岩土体抗拉性能的局限性,建立考虑最大拉应力准则的修正Mohr-Coulomb模型;系统地论述隐式本构积分算法的主要内容,推导相应的一致性刚度矩阵。以ABAQUS软件为平台,采用向后欧拉隐式应力积分算法编制了UMAT本构程序,对单轴拉伸试验和三轴压缩试验进行数值模拟,对比分析ABAQUS自带模型和自编模型的优劣,结果表明编写的修正Mohr-Coulomb模型能够有效地反映岩土介质的抗拉性能,弥补了ABAQUS自带模型的不足。     

青藏高原工程地质稳定性分区及工程扰动灾害分布浅析

随着我国西部大开发等国家战略部署的相继实施以及某交通线路等重大工程的逐渐上马,青藏高原上的工程活动日趋增多。受快速隆升影响,高原内构造运动活跃,工程地质条件复杂,合理的场址选择成为制约重大工程安全建设与运营的关键。本文利用模糊数学方法选取全新世活动断裂及地形地貌作为评价因子,基于最大隶属度准则,对青藏高原全区工程地质稳定性进行分级。结果显示全区工程地质稳定性为差、较差、一般、较好和好的区域面积占比分别为:22.48%、18.01%、28.79%、22.72%和8.00%。对青藏高原全区的重大工程及其扰动灾害进行解译,共识别出重大工程铁路、公路、水电站、矿山等2176处;重大工程扰动灾害6562处,主要分布在工程地质稳定性为差和较差的区域,占比约69.66%。初步分析表明工程地质稳定性分区结果对青藏高原重大工程建设选址具有重要指导意义,自然灾害高发地段与工程扰动灾害有较高重合度。切坡扰动灾害主要发生在滑坡路段、厚层崩坡积路段以及强卸荷坡段,而水库诱发灾害主要类型表现为滑坡复活以及松散堆积物中的滑塌,并且随着蓄水年限增加灾害数量迅速减少。     

小净距公路隧道支护时机对围岩稳定性影响研究

随着西部高速公路的大规模建设,受地形和施工场地的限制,小净距隧道已越来越多地在工程实际中使用。由于小净距隧道施工工艺复杂,围岩变形和破坏机理也较为复杂,隧道的施工和支护时机对围岩和支护结构的稳定性影响很大。结合正在施工的沪－蓉－西高速公路漆树槽分岔隧道小净距段的施工特点,开展隧道在不同荷载释放比例下不同支护时机对围岩稳定性影响的研究。研究结果表明：支护越早,衬砌和锚杆承担的荷载越大,围岩的塑性变形和塑性区范围越小。及时施作二次衬砌,可以显著控制岩柱部位的变形,改善围岩的应力状态。研究成果将对同类条件下小净距隧道的施工和设计具有指导意义。     

金坛盐岩储气库运营模型试验研究

针对盐岩重度低、低弹强比、高流变性等强度与变形特性,研制出与金坛盐矿盐岩的力学行为较为相似的材料配方;采用地质力学模型试验技术,开展金坛盐岩储气库运行稳定性的模拟试验,研究腔体在周期性注、采气作用下的变形特点与力学分布规律。根据模型试验结果,采用盐岩非线性蠕变损伤本构模型,结合金坛盐岩储气库长期运营进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行对比,研究分析储气库围岩在循环加卸载下的力学响应特点与盐岩溶腔的长期运营稳定性,得到了在周期性加卸载作用下腔体围岩蠕变变形的特点与规律,研究表明相似模型试验技术可以有效地应用于盐岩储气库运营长期稳定性的研究,其结果对盐岩储气库的建造与运行具有一定的指导意义和工程应用价值。     

脆性岩石卸围压强度特性试验研究

岩样的承载能力由材料强度和围压共同确定,轴向压缩和卸围压二者都能导致岩样破坏,但由于应力路径不同,两种条件导致岩样的破坏过程并不相同。对取自位于雅砻江上的锦屏二级水电站辅助洞内的白山组大理岩进行了常规三轴试验和峰前、峰后卸围压试验,通过对试验曲线和岩样破坏特征的分析表明：无论是峰前还是峰后卸围压,岩样都表现出脆性破坏的特征,而岩样破坏表现出的脆性峰前卸围压比峰后卸围压更为强烈;岩样在加、卸载条件下的变形均随主应力差的增大而增大,但在相同的主应力差下,卸载产生的扩容量比加载的扩容量更大;峰前卸围压试验当围压卸到初始围压值的60 %左右时,岩样发生破坏;峰后卸围压试验当围压卸到初始围压值的80 %左右时,岩样发生破坏。结论对相关工程稳定性分析、设计和施工具有一定的指导意义和参考价值。     

考虑连续墙接头效应的软土大型盾构工作井稳定性分析

基于地下连续墙分幅施工的工程实际状况,建立了连续墙不抗弯不抗剪柔性接头、抗剪不抗弯半刚性接头以及抗剪又抗弯刚性接头的力学模型。结合南京纬三路过江隧道盾构工作井地下连续墙的设计,通过数值模拟,研究了连续墙接头型式对于墙体水平位移以及支护体系受力的影响规律。研究成果表明,在做好连续墙接头防渗的前提下,采用柔性接头时墙体的水平位移较大,支护体系内力明显增高;采用半刚性接头时既可以有效地限制墙体的水平位移,又可以将墙体承担的土压力分担到临时支撑和环梁之上,降低连续墙墙体的内力;采用刚性接头时可以降低临时支撑、环梁以及内衬的内力,但连续墙墙体要能承担极大的竖向弯矩和数值相当的横向弯矩。综合考虑建议工作井采用抗剪不抗弯的半刚性接头。     

裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅰ:有限元法

通过对裂隙交叉和非贯通裂隙进行的网格剖分研究,建立了随机裂隙岩体网格生成方法,并编制了裂隙岩体有限元网格自动生成程序。根据锦屏电站辅助洞白山组大理岩裂隙分布调查结果,用蒙特卡洛法生成随机裂隙网络,进行了岩石-裂隙二元岩体网格自动剖分,将试验室获得的岩石和裂隙的力学参数分别赋予岩体模型中的岩石和裂隙,通过有限元方法研究了裂隙岩体等效变形模量的尺寸效应和各向异性。尺寸效应研究结果表明,所研究的裂隙岩体的等效变形模量表征单元体REV为8 m;各向异性研究结果表明,在REV尺寸下,所研究的裂隙岩体各个方向变形模量可以通过柔度张量进行拟合,且张量拟合误差不超过8%。     

考虑冻融影响的岩土类材料导热系数计算新方法

从多孔随机混合介质理念出发,提出了考虑相变及未冻水影响的冻融条件下岩土类材料的导热系数计算的新方法,并根据已有的试验数据,利用多孔随机混合介质模型求出了同等条件下的导热系数,研究结果表明：模型的计算结果和试验结果基本一致,其平均偏差为2.3%,最大偏差为5.4%。另外,通过与现有的3种导热系数的取值方法的比较发现：目前广泛使用的指数加权平均法在0℃以上时计算结果较准确,但并不适合计算低温（0℃以下）岩土类材料的导热系数。加权调和平均法和加权算术平均法计算结果误差都很大,且不能反映相变对导热系数的影响。研究成果为低温相变条件下岩土介质温度场的正确求解提供了理论前提。     

泥质粉砂岩统一黏塑性模型的研究

统一黏塑性理论假设材料的应变仅由弹性应变和黏塑性应变组成。包含应力的黏塑性应变率表达方式,可以清晰地体现岩石材料应力增长率随应变加载速率相关的特性、在持续的偏压下的蠕变特性以及在恒定的应变下的松弛特性,但微分方程表示的本构模型在实际运用中存在计算上的困难。将无损伤Lemaitre统一黏塑性模型转换成关于应力的积分形式,并运用一致渐进展开算法得到其近似解,最后建立了基于近似解的牛顿迭代格式。开展了不同围压条件下泥质粉砂岩的三轴松弛试验,并将试验数据用于黏塑性模型的参数反分析,结果表明模型能够较好地反映泥质粉砂岩在长期作用下的力学行为特征。