水平集和无网格耦合法在裂纹扩展中的应用

提出了一种模拟裂纹扩展的水平集和无网格耦合方法。由于水平集和无网格方法都是建立在离散节点上,因而可以很自然地实现耦合。在该方法中,两个在裂尖处相互正交的水平集不仅用于描述裂纹的几何形态和裂尖位置,而且用于建立无网格伽辽金法（简称EFGM）不连续近似函数中的Heaviside跳跃项和裂尖处的Westergaard扩展项。当裂纹扩展时,则由水平集更新算法确定新裂纹的位置。水平集和无网格耦合法无需使用可视法、衍射法或透明法,克服了这些方法在裂尖处人为引入的不连续且能很好地再生 奇异场;而且节点影响域不受裂纹线切割的影响,在计算中往往使用较小的影响域,保持了整体刚度矩阵的带状、稀疏性;另外,水平集简化了扩展节点的选取和附加函数的建立,其更新过程无需求解演化方程,实现简单且易于编程。数值算例表明本文方法具有较高的计算精度,其模拟的裂纹扩展路径与试验结果吻合得很好,从而验证了本文方法的正确性和可行性。     

拉剪应力状态下岩体裂隙扩展的断裂力学机制及物理模型试验

开挖卸荷岩体裂隙面通常处于拉剪应力状态。在裂隙应力和变形状态分析的基础上,采用线弹性断裂力学理论和物理模型试验研究了拉剪应力状态下裂隙扩展的力学机制。岩体裂隙在拉剪应力状态下沿裂隙面间的滑动抗剪摩擦力消失,裂隙起裂沿Ⅰ型张拉裂隙断裂韧度KⅠ最小的方向起裂,并最终发展与卸荷拉应力方向垂直;拉剪应力状态下岩体的总位移方向平行于拉应力方向,通过合理的位移假设,基于能量及线弹性断裂力学理论,求解了拉剪应力状态下分支裂隙扩展过程中尖端的动态应力强度因子和扩展长度判据;通过拉剪应力状态下单裂隙扩展物理模型试验验证了理论推导的正确性。     

细观尺度下岩石沿晶断裂应力强度因子计算研究

大量的细观试验研究发现,岩石破坏主要是裂纹沿着岩石晶体颗粒边界的扩展造成的（沿晶断裂）,裂纹沿弯折晶界的扩展则构成了不同材料边界上翼裂纹的扩展。基于以上细观试验结果,建立奇异单元的有限元模型,通过对节点位移的数值外插法,得到了岩石材料沿晶断裂翼裂纹应力强度因子,并研究了晶粒几何特征和材料非均质性（Dundurs参数）对裂纹扩展的影响。研究表明：在均质情况下,晶粒的几何形状在接近正六边形的情况下最适合裂纹扩展。随着非均质性的增强,各主翼裂纹比和晶粒几何角度所对应的KI值都要较均质模型的结果更高,最大的KI 所对应的晶粒的内角角度也有所增加。综合所有计算结果可以看出,岩石中晶粒的非均质程度越高,越利于岩石破裂。     

全长粘结式预应力锚索锈胀开裂时服务年限研究

将全长粘结式预应力锚索注浆体受到的环向应力,考虑为预应力引起的注浆体环向拉应力和锚索体对注浆体的锈胀力共同作用,推导出锚索体均匀锈蚀导致注浆体开裂时的极限增长量计算公式。在前人研究成果基础上,得出了水利水电工程高边坡的预应力锚索开裂时服务年限的估算表达式。最后,结合2 000 kN预应力锚索,探讨了与服务年限相关的4个影响因素及其相对重要性：预应力对服务年限最不敏感,随着预应力的增加,服务年限逐渐减小,曲线呈线性函数关系;锚索体直径要相对敏感得多,随着锚索体直径的增加,服务年限逐渐增加,曲线的斜率逐渐稍微变陡;然后是握裹层厚度,随着握裹层厚度的增加,服务年限也逐渐增加,曲线的斜率逐渐稍微变陡;最敏感的是注浆体抗压强度,随着抗压强度的增加,服务年限逐渐增加,曲线的斜率也逐渐稍微变陡。     

深基坑工程中的咬合桩受力变形分析

对于深基坑工程问题的研究,围护结构大多简化为线弹性梁单元模型,该分析方法不能准确反映钢筋混凝土结构的实际受力情况。以杭州地铁一号线试验段秋涛路车站深基坑为工程背景,建立能够考虑钢筋与混凝土实际受力情况的非线性三维实体模型,对咬合桩这一特殊形式围护结构的受力机制进行了分析。通过与现场实测结果比较和分析,验证了计算方法的正确性,为今后类似工程的设计计算、开挖施工提供了理论依据。     

水对亚临界裂纹扩展的影响

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用双扭常位移松弛法对花岗岩试件在空气中及饱和水两种条件下进行了亚临界裂纹扩展试验研究,获得了相应的裂纹扩展速率V与应力强度因子KI的关系（KI -V曲线）及亚临界裂纹扩展参数,讨论了两种环境下裂纹亚临界扩展的规律,并对两种环境下亚临界裂纹扩展参数进行了对比分析。研究表明：采用常位移松弛法所测试的两种条件下的lgKI -lgV关系都有很好的线性规律。在双对数坐标空间中,含饱和水试件的lgKI -lgV曲线位于空气中试件lgKI -lgV曲线的左上角,曲线斜率减小,而截距增加。在同一应力强度因子水平上,含饱和水试件的裂纹扩展速度大,说明水能加速亚临界裂纹扩展,与实际相一致。     

SH波作用下浅埋裂纹附近半圆形凸起的地震动

利用Green函数、复变函数及多极坐标法研究了浅埋裂纹附近的半圆形凸起地形对SH波的散射问题。首先求解出适合本问题的Green函数,即含有半圆形凸起的弹性半空间内任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时位移场的解答。然后,从半圆形凸起地形对SH波的散射问题出发,利用本问题的Green函数在基体内构造裂纹。最后给出了浅埋裂纹附近的半圆形凸起地形对SH波散射的位移场。通过算例讨论了裂纹对地表位移幅值的影响,结果表明裂纹在一定情况下具有减震作用。     

Hydrothermal origin for sustained Long-Period (LP) activity at Campi Flegrei Volcanic Complex,Italy

We present a detailed analysis of the source properties of Long-Period (LP) signals recorded at Campi Flegrei Caldera (Italy) during the last (2005–2006) mini-uplift episode. Moment Tensor inversion via full-waveform modelling of broad-band seismograms indicates a crack-like source with a significant volumetric component. From auto-regressive modelling of the signal's tail we evaluate the dominant frequency and the attenuation factor of the oscillating source. Considering the acoustic properties of a fluid-filled crack, these values are consistent with the resonant oscillations of a crack filled by a water–gas mixture at variable gas–volume fraction. For these fluids, the crack size would be on the order of 40–420 m, a size range which is consistent with the spatial spreading of LP hypocenters. Analysis of temporally-correlated time series of seismological and geochemical data indicates that climaxing of LP activity was preceded by swarms of volcano-tectonic (VT) events and rapidly followed by a consistent increase of both thermal emissions and gas fluxes recorded at the surface (1 month — 2/3 days, respectively). Following these observations, we propose a conceptual model where VT activity increases permeability of the medium, thus favouring fluid mobility. As a consequence, the hydrothermal system experiences pressure perturbations able to trigger its resonant, LP oscillations.     

论赤平极射投影在山口岩水利工程中的应用

本论文首先简单介绍了水利工程中分析岩质边坡稳定性常用的一种图解法——赤平极射投影法,然后介绍了这种方法在山口岩水利工程稳定性分析中的具体应用,因其在该水利工程的坝基和岩质边坡稳定性分析中发挥了一定的作用,满足了工程实践的要求,故希望对其它水利工程坝基抗滑和岩质边坡的稳定性分析具有指导意义.     

基于3D-ILC含内裂纹孔口脆性固体断裂特性试验

孔口问题为力学领域中经典问题之一,也是岩土如隧洞、巷道等工程领域重要的问题之一。随断裂力学的发展,对含裂纹孔口问题的研究也不断深入。但是,以往研究多集中在二维问题或者含表面裂纹的孔口问题,含纯内裂纹的孔口问题研究报道较少。基于3D-ILC技术（对表面无任何影响的情况下,凭空生成任意参数的深埋内裂纹）,在含有孔口的脆性材料中生成内裂纹,开展单轴压缩试验,与无裂纹完整孔口试样试验结果及已有文献进行对比,并开展理论与数值模拟研究。结果表明：（1）3D-ILC与传统方法相比,裂纹特征更为真实,为解决断裂力学中的三维内裂纹问题奠定了基础;（2）完整孔口试样裂纹形态主要有主裂纹与八字形裂纹;（3）含内裂纹试样裂纹形态以内裂纹扩展为主,主要有翼裂纹、次生裂纹、反翼裂纹、反向次生裂纹、竖向扭曲裂纹与主裂纹6种;（4）含裂纹孔口试样最终的破坏荷载比无裂纹孔口试样平均低76.49%,起裂应力较无裂纹孔口试样平均低96.72%;（5）通过数值模拟对完整孔口试样、含主裂纹孔口试样、含内裂纹孔口试样的裂纹扩展进行定性分析,与试验结论一致。该研究结果为含三维内裂纹的孔口脆性材料的断裂理论研究提供了物理试验基础。