滑带土动力学性质试验研究

为了研究地震高烈度区老滑坡的复活变形原因,本文对滑坡滑带土的动力学特性进行了系列研究。本次试验采用扰动土样,制样基本物理指标按滑带土的现场测试指标确定,在不固结不排水条件下,运用MTS810Teststar程控液压伺服土动三轴仪对单个样品逐级放大动应力的分级试验方法进行。侧向压力 (围压 )分别采用 100kPa、20 0kPa、300kPa三级,通过施加轴向振动荷载 (力 )模拟地震作用,振动波形为正弦波,频率为 1Hz,振幅随试样性质确定。研究结果表明,滑带土在动荷载作用下的动力学性质与其静荷载作用下的力学性质有着较大的差异,主要表现在滑带土的动应力与动应变关系的非线性、滞后性及变形积累特点,动弹性模量与动强度的显著降低以及动阻尼比的显著增大特性。这揭示了动力作用下的滑坡复活原因之一,同时为滑坡稳定性评价和动力作用下的变形机制模拟分析提供了基础资料,也为分析滑带土动力本构模型提供了基本内容。     

桩-土相互作用影响的模型试验研究

通过将模型试验、现场实测的结果与弹性理论解进行对比,指出弹性理论解夸大了桩-桩、桩-土、土-土相互作用影响,造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性（或筏底地基土反力的不均匀性）,并提出对弹性理论解进行修正的途径和方法。     

龙游石窟结构的力学思想

龙游大型地下石窟群埋藏浅、跨度大,且位于软岩中。千年以来保持稳定的重要原因,除了岩体的完整性较好和洞体内所充满的水对洞顶的支撑作用以外,就是采用了比较特殊的结构形式。石窟在纵向分别利用了斜顶结构,在横向采用了拱状结构,加大柱纵向支撑长度的鱼尾形柱结构和扩大柱端头的柱帽结构。将这些结构形式与现代结构力学原理相比较发现,它们完全符合现代结构力学的原理,是科学的。它们体现了古人的结构力学思想,折射出了我国古人的智慧和创造力。通过发掘和研究石窟蕴涵的结构力学思想,可以做到古为今用,指导目前越来越多的地下工程建设。     

应用力学机理的网络模拟预测隧洞超挖问题

概述了结构面的网络模拟技术的基本原理、方法和现状。在充分考虑岩石破裂的力学机理的基础上,结合野外测得的结构面特征参数,提出了一种基于力学机理分析的网络模拟技术,并把该技术运用到地下洞室的超挖预测中。通过某工程实例验证结果的准确性,预测的结果表明：考虑岩石破坏机理的网络模拟技术,能充分反映岩体结构面的几何特征,合理地预测地下洞室中的超挖问题。     

基于广义热力学的超固结土本构模型

基于广义热力学基本理论,通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存,并且该部分自由能与超固结度相关,结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关,相关联流动法则仍然适用。由建立的耗散函数和自由能函数,推导了弹塑性本构关系的屈服函数、流动法则、硬化定律。通过4种不同超固结土的试验结果和计算结果进行比较,验证了模型的合理性。     

端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时,确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则,分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律,建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程,进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数,进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律,分析了留设煤柱宽度Wp、采硐宽度We、煤层埋深H及煤层倾角β等独立因素对支撑煤柱破坏宽度rp的影响规律,同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明,Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外,结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论,描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路,为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。     

南京下蜀土结构强度研究

利用常规三轴试验,研究了南京下蜀土结构强度及其影响因素。结果表明,下蜀土存在明显的结构性。当应变小于屈服应变时,土体的结构强度迅速的发挥;当应变大于屈服应变时,土体结构发生破坏,结构强度逐渐降低;最终当各个结构单元重新排列稳定时,土体结构完全被破坏。讨论了围压和含水量对结构强度的影响,结果表明南京下蜀土土体的结构强度和围压无关,和含水量有良好的幂函数关系。结构强度与非饱和土中吸附强度有一定的关系,可以用结构强度代替吸力,从而简化非饱和土抗剪强度公式。      

Discrete element model for crack propagation in brittle materials

We propose a discrete element model for brittle rupture. The material consists of a bidimensional set of closed‐packed particles in contact. We explore the isotropic elastic behavior of this regular structure to derive a rupture criterion compatible to continuum mechanics. We introduce a classical criterion of mixed mode crack propagation based on the value of the stress intensity factors, obtained by the analysis of two adjacent contacts near a crack tip. Hence, the toughness becomes a direct parameter of the model, without any calibration procedure. We verify the consistency of the formulation as well as its convergence by comparison with theoretical solutions of tensile cracks, a pre‐cracked beam, and an inclined crack under biaxial stress. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Constitutive and numerical framework for modeling joints and faults in rock

A three‐dimensional constitutive model for joints is described that incorporates nonlinear elasticity based on volumetric elastic strain, and plasticity for both compaction and shear with emphasis on compaction. The formulation is general in the sense that alternative specific functional forms and evolution equations can be easily incorporated. A corresponding numerical structure based on finite elements is provided so that a joint width can vary from a fraction of an element size to a width that occupies several elements. The latter case is particularly appropriate for modeling a fault, which is considered simply to be a joint with large width. For small joint widths, the requisite equilibrium and kinematic requirements within an element are satisfied numerically. The result is that if the constitutive equation for either the joint or the rock is changed, the numerical framework remains unchanged. A unique aspect of the general formulation is the capability to handle either pre‐existing gaps or the formation of gaps. Representative stress–strain plots are given to illustrate both the features of the model and the effects of changes in values of material parameters. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

绳索取心钻杆丝扣结构力学仿真分析

以饱89 mm绳索取心钻杆为分析研究对象,对其连接丝扣部分建立准三维模型,运用CAE有限元软件AN-SYS对其进行接触非线性力学分析,得出钻杆连接丝扣处等效应力及变形云图,结果显示最大等效应力出现的位置及变形状态与钻探现场钻杆常见断裂位置及形态完全一致,表明所采用的研究手段和方法切实可行。