地下采场动态施工损伤演化的数值试验

采用莫尔－库仑准则作为岩体的剪切屈服条件、极限应变作为剪切损伤判据、最大拉应力作为拉伸损伤判据,建立了适合岩体的弹塑性各向异性损伤数值模型。运用该数值模型研究了施工过程不施作支护结构和施作支护结构情况下地下采场覆岩的动态损伤演化过程,并与不施作支护结构时岩体采用弹性模型的数值结果进行了对比。数值试验重现了施工过程地下采场覆岩的动态损伤演化过程,从而为进一步优化支护结构设计、施工以及预防和控制地下采场塌方等工程事故提供了一种新的数值试验手段。     

坚硬顶煤弱化爆破的宏观损伤破坏程度研究

根据综放开采坚硬顶煤预先弱化爆破作用的目的和特点,认为在爆炸载荷作用下坚硬煤体的动态断裂破坏也是一个连续损伤演化积累过程。通过大煤样爆破超动态应变测试,提出坚硬顶煤预先弱化爆破的爆破中区应变波峰值体积应变符合幂函数衰减规律,并在此基础上,结合Tarlor、Drady等岩石爆破损伤演化模型,建立了坚硬顶煤预先弱化爆破宏观损伤破坏程度的分布函数,给出了相应的计算参数和系数,为分析和确定顶煤弱化爆破合理参数提供了基础。     

海洋平台结构模态参数识别的仿真研究

将特征系统实现法(ERA)与CBSI算法相结合识别海洋平台结构的模态参数(固有频率,阻尼比,振型),利用有限的加速度信号进行结构模态参数识别。海洋平台结构数值模型模拟的动力响应信号用于参数识别。所识别出的海洋平台模态参数与有限元ANSYS分析所得的结果相比较,表明运用本文所提出的方法进行模态参数识别是有效的。     

红层软岩遇水作用的孔隙结构多重分形特征

红层软岩内部孔隙具有随机、多样化的分布特点,孔隙结构的变化是影响其宏观力学性能的关键所在。由SEM扫描电镜获取岩样不同饱水时间下的细观结构图像,根据盒维数法计算出孔隙的分形维数,发现随着饱水时间的加长,孔隙的分形维数呈现增大趋势。同时对孔隙的数量、大小进行统计分析,得出不同饱水时间下岩样内部孔隙的分布特征。基于多重分形理论,采用统计矩的方法对孔隙结构进行定量表征。结果表明,孔隙结构的分配函数与q阶次趋于线性关系,验证了该结构的自相似性与无标度性,由广义分形维数D(0)>D(1)>D(2)说明了孔隙具有多重分形特征,由多重分形谱参数分析了孔隙结构的不规则性与复杂程度,更好地表征孔隙大小各异的分布情况。结合孔隙结构的多重分形特征与岩样抗压强度,建立起孔隙结构变化与其力学性能的关联性,对研究红层软岩的损伤过程具有一定的指导意义。     

冻融循环作用下砂岩蠕变特性及损伤模型研究

青藏高原高寒地区岩体长期稳定性受冻融作用影响显著,有必要开展冻融岩石的时效性特征研究。为探讨砂岩在冻融循环作用下的蠕变劣化特性,基于不同冻融循环次数后石英砂岩及红砂岩单轴蠕变试验结果,深入分析了冻融循环对砂岩各蠕变阶段的影响特征。研究表明,在非屈服应力条件下,试样在衰减蠕变阶段的蠕变时长随着冻融循环次数的增加而明显减小,对应蠕变量及蠕变速率增大;在屈服应力条件下,试样进入加速蠕变阶段的应力阈值随着冻融循环次数的增加而逐渐降低,对应从稳定蠕变到加速破坏所经历的时间更短,破坏时累计的应变增量更大;在长期荷载作用下,试样的宏观破裂形态随循环次数的增加逐步由单一斜剪切破坏模式向共轭断面拉剪复合型破坏模式演化。根据试验结果,提出了具有冻融与长期受荷劣化特征的非定常性黏弹性系数损伤演化方程,将其引入西原模型构建了考虑冻融损伤的砂岩蠕变本构模型。利用冻融后红砂岩蠕变试验数据对模型进行了参数辨识与比较分析,验证了模型的正确性及适用性。通过对模型参数进行拟合分析,揭示了黏弹性冻融损伤系数随冻融循环次数的变化规律,表明了长期受荷损伤参数具有控制加速蠕变幅度的重要作用。研究结果对于高寒山区岩体长期稳定性评价具有一定意义。     

热−水−力耦合条件下黏土岩蠕变特性研究

黏土岩作为放射性核废料处置的备选介质,长期处于热-水-力耦合的复杂条件下。为研究围岩的长期稳定性,开展了一系列不同围压和偏应力下的黏土岩加温-降温排水蠕变试验。得出以下结论：温度的升高会提升黏土岩的蠕变速率,延长衰减蠕变阶段的时间,但是降温过程中试样主要以冷缩变形为主,并未见明显的蠕变变形;围压的降低以及偏应力的增加会提高黏土岩的蠕变速率,并且这种影响会随温度的升高明显加剧。基于试验结果,在Perzyna过应力理论的基础上引入蠕变硬化、蠕变损伤以及热损伤,建立了黏土岩热-水-力耦合蠕变模型。通过ABAQUS软件及其子程序对该模型进行数值实现,模拟结果与试验结果的对比初步表明该模型可以很好地描述热-水-力耦合条件下黏土岩的蠕变特性。     

基于IDA的金安桥混凝土重力坝潜在失效模式研究

为了研究混凝土重力坝在地震动荷载作用下的潜在失效模式,以金安桥碾压混凝土重力坝5号非溢流坝段为例,运用粘弹性边界法和流固耦合法建立了反映重力坝在地震动作用下动力响应特征的坝体-地基-库水抗震分析模型。基于增量动力分析（IDA）法:绘制了以相对位移转角为x轴（损伤指标,DM）和峰值地面加速度为y轴（强度指标,IM）的IDA曲线簇;分析了金安桥大坝在极端荷载作用下的潜在失效模式和其在不同峰值地面加速度下重力坝的损伤破坏过程。结果表明:金安桥大坝在地震动荷载作用下,可能发生功能失效的地方多出现在坝体折坡处、碾压分区交界处、坝踵与坝基交界处、廊道顶等应力集中处。因此,加强对这些区域的抗震防护有利于提高大坝整体的抗震水平。     

配置630 MPa级高强钢筋的混凝土柱抗震损伤指数模型修正

为了验证各种Park-Ang损伤指数修正模型能否对630 MPa级超高强钢筋混凝土柱的地震损伤进行准确评估。在配置630 MPa级高强钢筋的混凝土柱拟静力试验现象和实测数据的基础上,首先利用6种模型分别计算了8根典型试件的损伤指数,并与试验实测损伤指数范围进行了对比,分析了6种模型的适用性;然后在试验实测数据的基础上,对计算结果存在较大偏差的4种模型进行了参数拟合和模型修正。研究结果表明:Kunnath模型、Chai模型、修正的傅剑平模型、修正的王东升模型和修正的付国模型均能准确模拟630 MPa级高强钢筋柱的损伤指数发展规律,而修正后的Kumar模型计算结果反而偏小,效果较差。     

考虑动水压力的桥墩钢筋锈蚀抗震性能改进模型研究

针对考虑动水压力作用下桥墩内部钢筋锈蚀后抗震力学性能变化规律的问题,通过力学推导和abaqus有限元模拟研究了桥墩的力学性能,首先依托塑性铰区域高度计算公式,构建桥墩动水压力计算简化模型,通过改进有限元计算模型,提出了优化后的考虑钢筋锈蚀的桥墩计算公式。计算结果表明：动水压力作用下桥墩底部钢筋锈蚀与混凝土损伤对桥墩主压应力影响最大,其他区域钢筋锈蚀影响较小,并对桥梁承载力计算公式进行修正,为后期同类工程计算提供了理论依据。     

基于BP神经网络的网格结构损伤识别与试验研究

针对网格结构中杆件数量众多,但节点数总是远远小于杆件数的特点,损伤识别中采用了基于BP神经网络技术和面向节点的损伤初步定位方法的网格结构损伤识别的三步法。对双层柱面网壳结构模型在不同杆件去掉时的四种损伤情况下的振动特性进行了实测,并以实测低阶模态的频率变化率和少数测点的振型分量作为神经网络输入参数,对模型的各种损伤情况进行了识别。结果表明,所用的方法可以精简神经网络的结构,并提高其模式识别的能力。该方法可用于对大型复杂结构的损伤识别。