无限域横观各向同性岩体介质中折线裂纹边界元方法

岩体材料的各向异性导致其中的光滑裂纹在扩展后会变为折线裂纹。对于折线裂纹,其折线处裂纹面外法线方向不惟一,不能用连续单元离散。为此,在光滑裂纹问题方法的基础上,引入4种新的不连续单元来离散折线处裂纹面,建立了适用于折线裂纹问题的对偶边界元方法,该方法基于横观各向同性基本解。算例验证表明,该方法具有较好的精度。最后用该方法分析了横观各向同性岩体中的折线裂纹,得到了该类裂纹的应力强度因子。当裂纹面上作用法向均布力,横观各向同性岩体介质中的矩形光滑裂纹发生弯折时,折线两侧的裂纹面在张开时存在抑制效应,从而导致折线裂纹裂尖应力强度因子小于原光滑裂纹。同时还发现,随裂纹面的逐渐弯折,其裂纹面对各向同性面的倾角发生变化,因此,其裂尖断裂特性还受到岩体各向异性的影响。     

重塑黏土空心圆柱试样制备技术改进及应用

受大体积制样降低土体均衡性及取芯扰动试样的影响,目前在包括主应力轴旋转等复杂应力路径下所开展的重塑软黏土力学特性试验研究的可靠性有待进一步提高。基于真空预压技术设计了制备重塑样的新型装置及方法,具有渗透排水与内壁成型双重作用的竖向排水体、分级施加真空负压以及多个试样同时制作等部件和技术,可快速制备大量空心圆柱试样,所制试样含水率具有较好的均匀性和一致性,减小了后期取芯对试样造成的扰动。开展了主应力轴旋转路径下的相关验证试验,从土体力学性能方面证明了所制试样用于研究复杂应力路径条件下土体性态演变规律的可靠性,为系统研究软黏土静动力学特性与长期稳定性提供了前提。     

基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析

极限平衡法在边坡稳定性分析中处于主导地位,该算法通常建立在一定的假设之上,没有考虑边坡土体的非线性应力-应变关系,不能用于未达到极限状态以及加固后边坡的稳定性分析。为了解决以上问题,将有限元计算与多种群遗传算法（MPGA）相结合,建立一种基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析通用模型,通过数值应力场求解安全系数,并为多种群遗传算法构建适应度函数;再利用多种群遗传算法为安全系数的计算提供滑移面。为了保证分析的高效、合理,根据滑移面发展趋势,动态产生初始滑移面,并增加一个滑移面约束条件。最后,通过均质边坡和软弱夹层边坡两个典型算例分析验证了该方法的合理性;通过分析土钉加固的软弱夹层边坡,证明了该方法可用于加固等复杂应力状态边坡的稳定性分析。     

砂土地基的黏性特性及其有限元模拟

采用非线性弹塑黏性有限元法模拟了砂土地基变速率加载室内试验,再现了砂土地基荷载-沉降曲线对加载速率突变、砂土蠕变以及应力松弛等加载情况下的响应和瞬时黏性中砂土黏性随加载进行的衰减现象。在有限元分析中,以非线性三要素模型为理论框架构建了可以综合考虑砂土黏性特性的弹塑黏性本构模型,用动态松弛法进行有限元求解,最后通过有限元与室内试验的对比分析研究了砂土地基所具有的黏性特性,同时验证了非线性三要素弹塑黏性模型用于模拟砂土黏性特征的合理性和正确性。     

日本MW 9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义探讨

为了探讨日本M_W 9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义,对华北和东北地区进行原位现今地应力绝对测量与实时监测、GPS测量,结果表明：日本大地震在山东半岛、华北北部地区和东北地区所诱发同震位移引起的张性效应调整周期分别约为6个月(即调整结束时间大约在2011年9月)、15个月(即调整结束时间大约在2012年6月)和26个月(即调整结束时间大约在2013年5月),张性效应调整周期与同震位移大小成正比。在这种调整过程中,往往表现出区域现今构造应力作用方式和构造应力场转换,并可能伴随重大地质事件(如地震等)的发生。2012年5月28日和29日、6月18日、8月26日及2013年1月11日在唐山及其周围地区分别发生的4.8级、3.2级、4.0级、3.3级和3.0级地震与华北北部地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而2013年10月31日以来在吉林省松原市发生的地震群应与东北地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而非一个大地震前的小震群。     

水平井和大斜度井中阵列侧向测井响应数值模拟

针对水平井和大斜度井中阵列侧向电极系的工作原理,利用多电场叠加方式进行电场合成,采用三维有限元方法模拟仿真各个分电场的场分布,进而利用电场线性叠加原理得到阵列侧向测井响应。在基于计算机仿真的基础上,得到阵列侧向五条测井曲线的径向探测深度,阵列侧向径向探测深度要小于深侧向探测深度。考察了三维地层模型下井斜和侵入深度变化对阵列侧向测井响应的影响,分析了水平井和大斜度井中阵列侧向测井响应特征。模拟结果表明,在井斜小于15°时,阵列侧向测井响应受井斜影响小,可以不进行井斜校正;井斜超过60°的大斜度井以及水平井中,阵列侧向测井响应视地层厚度逐渐增大,测井响应值与直井条件下响应值差别较大,必须进行井斜校正。     

江苏及邻近地区地震视应力特征研究

采用江苏省数字地震台网记录的地震波形资料,利用震源位移谱低频水平与拐角频率计算了2000~2010年江苏及邻近地区561个ML≥1.5中小地震视应力值。结果显示,江苏及邻近地区的地震视应力平均值为0.91 MPa,与中国大陆的平均水平相当。视应力与震级无明显的线性关系,在震级相对较大时表现出一定的高震级对应高视应力的特点。视应力高值地区主要集中在江苏中部至南黄海海域,次高值集中分布在郯庐断裂带中南段的苏鲁交界地区、安徽段固镇至定远附近地区和肥东、巢湖一带,反映了以上地区较高的地震活动水平及地壳应力状态。不同区域ML2震级档视应力的差异性基本反映了区域地质环境、构造活动等特征的差异。     

喜马拉雅东构造结附近强震对滇西南地区断层的影响研究

以在喜马拉雅东构造结发生的2000年6月7日缅甸MS6.9地震、2011年3月24日缅甸MS7.2地震和2012年11月11日缅甸MS7.0地震作为主要破裂源,计算3次地震震后周围应力的空间变化,给出其对滇西南地区断层造成的静态库仑应力变化的时间影响范围。结果表明:3次地震对滇西南地区活动断层库仑破裂应力变化主要为负值,即受到应力卸载的影响,其中包括大盈江断裂、龙陵—瑞丽断裂、南汀河西支断裂、南汀河东支断裂、孟连—澜沧断裂、打洛—景洪断裂和怒江断裂,量值范围在-0.06~-0.002 bar(1 bar=0.1 MPa),卸载影响最大的断裂为打洛—景洪断裂,为-0.06 bar,木嘎断裂和龙陵—澜沧断裂受到加载的影响,断层的库仑破裂应力分别为+0.002 bar和+0.004 bar。     

Effects of scour-hole dimensions and soil stress history on the behavior of laterally loaded piles in soft clay under scour conditions

Bridge pile foundations in the midst of water current are often subjected to scour, which induces the loss of soil support around the piles and thus results in a significant decrease of foundation capacities or even the failure of bridges. In the current practice, when the scour-affected behavior of the pile foundations is analyzed, either the whole scour-hole geometry or the possible changes in the stress history of the remaining soils is often ignored. In reality, however, scouring creates scour holes with certain dimensions around the pile foundations and the remaining soils that are not scoured away undergo an unloading process at the same time, which will increase the over-consolidation ratios of the remaining soils and accordingly changes of their mechanical properties. This paper examines the behavior of laterally loaded piles in soft clay under scour conditions by using the p-y method. The conventional p-y curves have been modified appropriately to reasonably reflect the effects of three-dimensional scour-hole geometry as well as the stress history of the soils, with the aid of integration of Mindlin’s fundamental solutions. A field test is used to serve as a reference case and to investigate the effects of stress history, scour depth, scour width, and scour-hole slope angle on the responses of laterally loaded piles in soft clay. The results indicate that neglecting the stress history effect can be unconservative for scour-affected pile foundations in soft clay, whereas neglect of the scour-hole dimensions and geometry would lead to over-conservative predictions/design of the laterally loaded piles under scour condition.     

Influence of the intermediate principal stress and principal stress direction on the mechanical behavior of cohesionless soils using the discrete element method

In this paper, the Discrete Element Method (DEM) is employed to numerically explore the response of hollow cylinder specimens of granular soils under complex stress paths. Two series of numerical tests are conducted to clarify the effects of the principal stress direction α and the intermediate principal stress through the b-value on the mechanical response of granular materials. The effects of α and b-value on the non-coaxiality of the principal stress and the principal plastic strain increment directions are investigated. It is observed that b-value and α significantly affect the non-coaxial behavior of granular materials. Finally, the results are discussed and compared with those obtained from physical laboratory tests.