平台巴西劈裂试验确定岩石抗拉强度的理论分析

为了完善平台巴西劈裂试验测定岩石抗拉强度的理论基础,基于二维弹性理论,建立对弦载荷下的平台巴西劈裂力学模型,采用应力场叠加法求得圆盘内的应力近似解析解。该应力理论解与有限元数值解一致,证明理论求解的合理性。在此基础上,对比研究了平台加载角对圆盘内应力大小及应力集中程度的影响,其结果表明：平台加载角越大,圆盘加载处的应力集中程度和压拉应力比都急剧降低,而圆盘内的拉应力值和拉伸区却只有一定程度减小;过大或过小的平台加载角都不利于平台巴西试样发生中心拉伸劈裂破坏,其最优平台加载角在20°~30°之间。最后,依据Griffith强度破坏准则,推得岩石抗拉强度的理论计算公式,其结果与已有抗拉强度经验公式及试验所得抗拉强度相符较好。     

核安全相关边坡与一般边坡挡土墙抗震稳定性验算对比分析

在挡土墙稳定性计算基本原理基础上, 引入《核电厂抗震设计规范》(GB 50267-97) 关于地震系数的规定, 重新建立了安全相关边坡挡土墙土压力和地震角计算公式, 并应用到实际工程中。对比分析显示, 挡土墙按核安全边坡和一般边坡进行抗震验算时, 地震系数、地震角的取值相差较大; 由于按核安全边坡计算时地震力远大于一般边坡, 因此稳定系数远小于一般边坡。      

基于点稳定系数法的斜坡稳定性分析

基于莫尔-库伦强度理论构架,界定了点稳定系数的概念,并推导其计算公式。利用Geostudio软件建立了均质斜坡模型及计算其应力分布,并在此基础上结合MATLAB软件计算斜坡模型中各点的点稳定系数,勾绘出斜坡体内不同稳定度区域,探析了斜坡稳定性,并与传统极限平衡法进行了对比。对比结果表明:对直立斜坡,两种方法的计算结果均为不稳定,但点稳定性系数法勾绘出坡脚及坡脚底部存在两处不稳定区域;对60°斜坡,点稳定系数法的计算结果表明坡脚处存在潜在不稳定区域,而极限平衡法的计算结果表明坡体处于稳定状态;对45°斜坡,两种方法的计算结果均为稳定,计算结果一致。进一步分析得到结论:点稳定系数法不需要假设或指定某一形状滑面进行斜坡稳定性评价,且可考虑应力集中对坡体稳定性的影响;极限平衡法以稳定系数表达计算结果,而点稳定系数法以不稳定区域表达计算结果。在分析了应力和岩土体力学参数因素对点稳定系数法计算结果的敏感性后发现:相对于极限平衡法,岩土体力学参数对点稳定系数法影响更为敏感,存在黏聚力界限点和内摩擦角界限点,且对均质斜坡破坏形式(局部滑动变形破坏或整体压缩变形破坏)起着非常重要的作用。     

对流层映射函数对陆态网解算精度的影响

对流层映射函数是卫星高度角及其他一些因素的函数,它的好坏直接影响对流层延迟改正的效果。本文介绍了NMF、VMF1及GMF 3种模型,采用2016年陆态网及周边IGS站数据,通过GAMIT软件计算对比分析了3种映射函数对陆态网解算精度的影响。结果表明,在进行陆态网解算时,3种映射函数模型精度差别不大,截止高度角为10°时精度最佳。     

一种三维激光扫描点云拟合的抗差加权整体最小二乘法

针对三维激光扫描中点云不等精度且易受粗差影响的问题,提出了一种基于入射角定权的抗差加权总体最小二乘的拟合方法。该方法在采用入射角定权的基础上,进行基于标准化残差和中位数的抗差加权整体最小二乘估计,获得待定参数估值,并通过Gauss-Newton迭代算法,推导了模型的迭代计算方法。以平面拟合和球面拟合为例,分别通过仿真数据和实测数据对算法进行验证,结果表明,对于含有粗差的点云,新方法可以获得更为理想的参数估值,其性能优于抗差整体最小二乘和加权整体最小二乘,可以更好地进行三维激光扫描的点云拟合。     

Active and passive arching stresses in c′-ϕ′ soils: A sensitivity study using computational limit analysis

Vertical soil arching, commonly known as the “trapdoor mechanism,” is a pervasive phenomenon in various geotechnical applications that can be evaluated through a variety of analytical and numerical approaches, most of which exist due to a variety of proposed arching mechanisms, many of which are focused on either purely frictional or cohesive soils. This study investigates the realized arching mechanisms and associated loads for trapdoors under both active and passive arching conditions in c′-ϕ′ soils through a series of dimensionless charts using both upper and lower bound limit analyses. An associated sensitivity analysis demonstrates that arching loads are highly dependent on collapse mechanism, a function of not only geometry, but soil shear strength, with cohesion affecting the realized mechanism and arching loads.     

Multi‐slicing strategy for the three‐dimensional discontinuity layout optimization (3D DLO)

Discontinuity layout optimization (DLO) is a recently presented topology optimization method for determining the critical layout of discontinuities and the associated upper bound limit load for plane two‐dimensional and three‐dimensional (3D) problems. The modelling process (pre‐processing) for DLO includes defining the discontinuities inside a specified domain and building the target function and the global constraint matrix for the optimization solver, which has great influence on the the efficiency of the computation processes and the reliability of the final results. This paper focuses on efficient and reliable pre‐processing of the discontinuities within the 3D DLO and presents a multi‐slicing strategy, which naturally avoids the overlapping and crossing of different discontinuities. Furthermore, the formulation of the 3D discontinuity considering a shape of an arbitrary convex polygon is introduced, permitting the efficient assembly of the global constraint matrix. The proposed method eliminates unnecessary discontinuities in 3D DLO, making it possible to apply 3D DLO for solving large‐scale engineering problems such as those involving landslides. Numerical examples including a footing test, a 3D landslide and a punch indentation are considered, illustrating the effectiveness of the presented method. © 2016 The Authors. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics published by John Wiley & Sons Ltd.     

1976年MS7.8唐山地震断层动态破裂及近断层强地面运动特征

采用美国南加州地震委员会（SCEC）Steven Day博士提供的三维有限差分断层瞬态破裂动力学模型（3D-FDM）,以1976年唐山M_S7.8地震为例,从简化的断层双侧破裂模式出发,对该地震发震断层的动态破裂过程及近断层地表运动特征进行了仿真模拟和计算.研究区域为围绕发震断层200 km×140 km×40 km（深度）的长方形块体组成,模拟计算的空间分辨率和时间分辨率分别为200 m和0.012 s,形成的空间网格节点数为1051×701×201.在DELL小型工作站上,我们实现了对源程序的移植和并行计算.同时,通过引进计算机可视化技术,对模拟数据进行了3D/4D解释分析.另外,在对源程序修改过程中,实现了对京津唐地区三维地壳速度结构的嵌入,在一定程度上增强了对地震波传播以及地面运动模拟的真实性,并讨论了地震破裂的方向性对近断层地表运动的影响.最后根据初步研究结果结合京津唐地区活动断层构造特征,对唐山M_S7.8级主震后随之而来的1976滦县M_S7.1级余震及宁河M_S6.9级余震的动态触发机制提出了新的解释.由于受主震破裂方向性作用的影响,使得主震对后续两个较大余震产生的动态应力变化的峰值在断层的走滑方向上较大,为2~3 MPa,在逆冲方向上较小,为0.1~0.2 MPa.即唐山主震的发生使得其周边的应力场有一个瞬态的应力调整,唐山主震对后续余震的发生有促发作用.     

5·12汶川地震地表破裂基本参数的再论证及其构造内涵分析

地震地表破裂基本参数是反演地震破裂过程的基本约束条件和预测其他活动断层地震危险性不可缺少的物理量.以野外地表破裂带重要观测点全站仪或差分GPS仪实测数据为基础,结合高分辨率遥感资料解译、先存断层陡坎构造地貌标志的识别、以及地形测绘资料的考证等,重新论证了5·12汶川地震地表破裂带展布样式、长度、最大同震位移值等基本参数.结果表明,地震地表破裂带长度可达240 km,最大垂直位移为6.5±0.5 m,最大右旋走滑位移4.9 m,基于倾角向下变缓逆断层模型推测汶川地震在龙门山推覆构造带中段产生了最大~7 m的地壳缩短量,说明青藏高原东缘横向逆断层为将高原内部东向水平运动转换为高原隆升的转换构造,这一研究结果有助于深化认识青藏高原东缘隆升机理.     

介质密度反演偏导矩阵的精确计算方法

实现反演偏导矩阵的计算是基于导数最优化反演方法的关键,然而目前的地震反演几乎都是基于Zoeppritz方程近似实现的,使计算精度和适应范围受到限制.本文利用Zoeppritz方程建立了反射系数对地层介质密度比偏导方程,导出了Zoeppritz方程矩阵元对介质密度比的导数.通过求解偏导方程获得了反射系数对介质密度比偏导数的精确计算(考虑了速度中含介质密度的问题).利用数值算例分析了反射系数对介质密度比偏导数的变化特点.本文采用直接解法求解偏导矩阵方程组,获得了快的计算速度和高的计算精度,为实现地层介质密度反演(包括大角度反演)提供了偏导矩阵的计算方法.