基于强度折减法的三维边坡稳定性与破坏机制

基于强度折减技术的三维弹塑性有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法,但很少应用于复杂地质环境及负载条件下的三维边坡稳定性与破坏机制分析。拓展这一方法,利用典型算例,探讨了单元尺寸、边界条件、土体强度、局部超载和地震荷载等因素对三维边坡稳定性及潜在滑动面的影响;在此基础上,着重研究含软弱夹层及地下水的复杂三维边坡在负载条件（坡顶局部超载及地震荷载）下的破坏模式及滑动机制。结果表明：随着黏聚力的增加,潜在滑坡体的剪出位置远离坡脚,滑坡后沿远离坡肩,滑坡深度加深;坡顶超载强度较低时,边坡表现为整体破坏模式,而高超载强度下表现为局部地基破坏;考虑地下水后边坡的稳定性显著下降,且潜在滑动面加深,滑坡体体积有所增大。含软弱夹层的三维边坡,其潜在滑动面呈折线型,当受超载作用时,其破坏模式和滑动机制与地震荷载作用下不同:前者为竖向剪切和水平错动的联合作用,而后者为软弱夹层水平错动起主导作用。     

红透山铜矿区F8断层构造应力场的有限元数值模拟

针对断层对周围岩石地层影响的问题,本文提出了一种有限元算法计算模拟该断层对周围地层产生的应力场和位移场。首先,根据最大主应力、中间主应力和最小主应力来研究正断层、逆断层以及走滑断层的应力状态;其次,基于弹性力学相关理论研究应力—应变关系,采用线性四面体单元有限元分析方法进行算法实现;最后,在考虑到断层两侧岩体的物理性质(弹性模量和泊松比)、断层几何形态以及边界条件等情况下,应用有限元法模拟正断层、逆断层以及走滑断层在层状岩体中产生的应力场和位移场。以红透山铜矿区F₈断层为例,通过地质勘探获得的资料判别该断层性质及其周围地层属性,使用本文构建的有限元算法模拟了该断层对周围地层产生的应力场和位移场。     

京承高速公路新道沟连拱隧道的优化设计

本文以京承高速公路新道沟连拱隧道为实例,应用有限元数值方法对连拱隧道二次衬砌的围岩抗力、应力、变形及其稳定性等问题进行了模拟与分析。首先,基于连拱衬砌的结构型式,作者建立了该隧道的数值模型,并提出用弹性杆单元按作用力等效的原则模拟围岩抗力;根据数值模拟结果对隧道支护结构的承载能力进行了讨论,并基于规范对二次衬砌进行了结构强度校核。该研究结果为新道沟隧道支护结构设计的优化提供了科学依据。     

齿坎式挡土结构物极限抗滑力研究

以齿坎式挡土结构物现场抗滑试验为研究对象,运用强度折减的有限元方法,研究了齿坎长度分别为0、0.7、1.0 m的挡土结构物的极限抗滑力和齿坎式挡土结构物的滑动破坏模式,以及位于软弱地基中齿坎在挡土结构物中的抗滑机理,提出了齿坎式挡土结构物的综合稳定性安全系数的概念。研究表明：理论研究结果能很好地表征现场试验成果;随着齿长的增加,齿坎式结构物由滑移破坏转变为倾覆破坏;强度折减的有限元方法进行挡土结构物的极限设计是完全合理的,该方法可应用于齿坎式挡土结构物的工程设计中。     

建筑物地基不均匀震陷有限元时程分析方法

根据建筑物不均匀震陷发生机制,提出了建筑物不均匀震陷二维有限元分析方法。采用了不规则荷载下土的残余应变模型及土体逐步软化模型,考虑了土、结构及地震动波形对不均匀震陷的协同作用效果,实现了对建筑物不均匀震陷的时程分析,并通过大型振动台试验对方法的可靠度进行了检验。     

磨料射流冲击岩石损伤机制的数值分析

针对岩石透明条件差,磨料射流冲击岩石的损伤机制不易观察等问题,运用SPH和FEM耦合算法,并引入J-H-C含损伤本构模型描述磨料射流冲击下岩石的损伤场的演化机制。研究结果表明,磨料射流侵彻岩石的深度与磨料射流中磨料的浓度与磨料形状有关;岩石在磨料水射流作用下的沿径向和轴向损伤是呈阶梯式的,距离冲击表面越近,损伤曲线的梯度越大,损伤演化的阶梯形式越不明显;距离冲击表面越远,损伤曲线的梯度越小,损伤演化的阶梯形式越明显。     

隧道衬砌随机分析的区间有限元法

隧道衬砌结构内力计算中,围岩的力学参数和结构的参数具有不确定性,同时,其不确定性是有界的。对于这些参数的不确定性,在工程上可以用一个合理的区间数值来估计。对于单个随机变量,可以采用有限元方程来求解结构内力;而对于多个随机变量的情况,考虑到计算模型的不确定性和数学求解的复杂性,利用有限元程序来导出各变量对结构内力的作用效应,进而得到不同参数组合的区间值,最终确定隧道衬砌的结构内力区间值,为隧道衬砌结构内力的计算和工程应用提供一种新方法。     

危岩水力劈裂分析的扩展有限元法

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了危岩主控结构面水力劈裂问题的扩展有限元实现方法,对重庆万州太白岩危岩主控结构面的水力劈裂进行了数值模拟分析。计算结果表明：暴雨是威胁危岩稳定性的最敏感因素,随着裂隙水压力上升,裂端拉应力会急剧升高,危岩的稳定性降低;I型裂纹扩展是危岩主要的结构面扩展形式,结构面一旦发生开裂,将处于非稳定扩展状态。     

上海市气象场与SO2浓度数值模拟

采用地形坐标系下适合于复杂地形且满足地-气耦合的静力学三维中-β尺度气象预报模式,使用08时的实测流场经变分法初始化后得到的初始流场,模拟研究了上海地区的局地流场时空演变特征。模式较细致地考虑了湍流、长短波辐射、凝结、蒸发、地表热力平衡等因子,在此基础上,使用有限元法数值求解一阶闭合的三维欧拉平流扩散方程,模拟了上海地区的SO₂浓度分布。结果表明:上海的局地流场具有明显的日变化特征,受海陆温差的影响明显,日间风速较夜间风速大,风向呈顺时针旋转;在不稳定层结情况下,高架点源排放的高空污染物对地面的污染物浓度有贡献,会造成地面污染物浓度升高。     

考虑边界波浪方向的缓坡方程自适应求解模型

缓坡方程是描述近岸波浪运动较好的数学模型之一。在发展的自适应有限元求解缓坡方程的基础上,采用迭代求解的方法,确定波浪相对于边界的入射方向,从而对边界条件进行改进,建立了求解缓坡方程的数值计算模型。典型算例表明,考虑波浪相对于边界的入射角度后,模型可以更好地模拟吸收波浪边界,同时对多向波对双突堤的绕射进行了模拟研究,与试验结果比较表明,所建立的数值计算模型能够适用于多向不规则波传播过程的模拟研究。