Implicit integration under mixed controls of a breakage model for unsaturated crushable soils

This paper discusses a series of stress point algorithms for a breakage model for unsaturated granular soils. Such model is characterized by highly nonlinear coupling terms introduced by breakage‐dependent hydro‐mechanical energy potentials. To integrate accurately and efficiently its constitutive equations, specific algorithms have been formulated using a backward Euler scheme. In particular, because implementation and verification of unsaturated soil models often require the use of mixed controls, the incorporation of various hydro‐mechanical conditions has been tackled. First, it is shown that the degree of saturation can be replaced with suction in the constitutive equations through a partial Legendre transformation of the energy potentials, thus changing the thermomechanical state variables and enabling a straightforward implementation of a different control mode. Then, to accommodate more complex control scenarios without redefining the energy potentials, a hybrid strategy has been used, combining the return mapping scheme with linearized constraints. It is shown that this linearization strategy guarantees similar levels of accuracy compared with a conventional strain–suction‐controlled implicit integration. In addition, it is shown that the use of linearized constraints offers the possibility to use the same framework to integrate a variety of control conditions (e.g., net stress and/or water‐content control). The convergence profiles indicate that both schemes preserve the advantages of implicit integration, that is, asymptotic quadratic convergence and unconditional stability. Finally, the performance of the two implicit schemes has been compared with that of an explicit algorithm with automatic sub‐stepping and error control, showing that for the selected breakage model, implicit integration leads to a significant reduction of the computational cost. Such features support the use of the proposed hybrid scheme also in other modeling contexts, especially when strongly nonlinear models have to be implemented and/or validated by using non‐standard hydro‐mechanical control conditions. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

中强震对地壳应力场的影响——以盈江地区5次中强震为例

为了研究中强震对震源区应力场的影响,本研究以盈江地区2008—2014年间发生的5次中强震为例,深入研究这5次中强震对盈江地区地壳应力场的时空影响.为了探究中强震对应力场的时空影响,我们对盈江地区地壳应力场进行了以下研究：根据5次中强震发生时间,分时段反演应力场以考察应力场在时间上是否存在变化;根据震源机制解的空间分布,将研究区分为南部和北部反演应力场,以确定应力场是否存在空间差异;随机抽取震源机制解反演应力场以便确定应力场是否存在时空差异.研究结果表明：(1) 5次中强震对盈江地区应力场产生的扰动较小,没有引起盈江地区应力场在时间上的显著变化;(2) 在研究时段内,盈江地区地壳应力场在时空上可以视为均匀应力场;(3) 盈江地区的地壳应力场为走滑型,最大主应力轴呈NNE-SSW向,最小主应力轴呈SEE-NWW向,最大和最小主应力轴倾角近水平,中间主应力轴倾角近直立.

     

京西盆岭构造区积累库仑破裂应力变化对强震的影响

Since 231 B. C.,a total of 15 M6.0 - 7.5 earthquakes have been recorded in the west Beijing basin-range tectonic region( 38.3°- 41.5° E,112°- 116.2° N),a region mainly under the action of tensional normal faulting. In this paper,we calculate the Coulomb stress change of each earthquake and the cumulative Coulomb stress change,and on this basis we analyze the stress triggering of strong earthquakes. The research shows that there are 10 of 14 earthquakes that occurred in the trigger zones,in which the Coulomb stress change is positive,and the trigger rate is 71%. The positive areas of cumulative Coulomb stress change caused by these 15 earthquakes are: middle of northern Liulengshan fault,Northern Huaizhuo basin fault,Xinbaoan-Shacheng fault,Sangganhe fault and Southern Yuxian basin fault. This necessarily increases the seismic risk of these faults and can be used as a reference for future seismic risk analysis in this area.     

南水北调西线工程现场剪切试验及成果分析

南水北调西线工程将从长江上游每年引水200亿m3注入黄河,以缓解中国西北部和北部干旱缺水的问题。工程地质勘查结果表明,沿线的地质条件较复杂,诸如复杂的岩性、褶皱构造异常发育、地层褶皱强烈、区内北西向断裂构造较为发育、部分为活动断裂,这些均将对高坝体的边坡稳定和洞穴的开挖及地震效应等产生不利影响。为了查明岩石的力学特性,选取几个典型地段进行了波速测试和现场大型直剪试验,阐述了现场直剪试验的方法和过程,并对剪应力与位移和正应力与剪应力间的关系曲线进行了分析和总结,提出了反映岩石不同状况下的抗剪断强度和抗剪强度,并以此参数和室内试验参数分别对边坡稳定性进行分析对比,表明现场大型直剪试验获得的强度参数不仅真实可靠,而且对工程的边坡稳定性分析和优化设计也是至关重要的。     

加筋土计算中等效附加应力法的改进

等效附加应力法的基本思路是把加筋土中筋的作用等效成外力加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算。这种方法能够适用于纤维加筋、分层加筋和土钉墙等不同情况,且能够克服一般复合材料方法中复合材料本构模型难以建立,和把筋土分开考虑的方法中接触面单元过多的弊病。但以前的等效附加应力法需要迭代计算,这给有限元编程带来困难,而且不利于已有程序的改编。对等效附加应力法进行改进,只要在原有土的弹性矩阵或弹塑性矩阵中加上一个附加矩阵就可以直接求解。这就使得不需要迭代就可以直接应用等效附加应力法进行加筋土计算,大大简化了编程难度,改进方法的提出有助于等效附加应力法的推广应用。     

沥青路面反射裂纹温度应力的数值模拟

考虑了沥青的黏弹性,结合传热学理论,通过有限元数值模拟研究了在温度场作用下反射裂纹的应力场,探讨了不同温度场及不同道路设计参数对裂纹温度应力的影响。研究表明,由于气温交替变化,基层裂纹附近应力大于沥青的抗拉强度,进而导致裂纹扩展到路面形成路面裂纹。提出了采用聚合物纤维土工织物阻裂方案,通过数值模拟验证了其有效性。     

围压-孔压改变条件下致密砂岩及泥页岩泊松比变化特征及机制

在围压(外压)或孔压(内压)发生变化的条件下,致密砂岩及泥页岩泊松比的变化特征及机制仍有待厘清.本研究从Terzaghi有效应力理论和国内学者提出的新有效应力概念出发,基于松辽盆地高台子组致密砂岩、青山口组泥页岩三向动、静态泊松比测定结果,剖析了两类岩石泊松比的变化特征及机制.岩石样品三向泊松比变化曲线的分布呈现显著的...     

测井地质学前世、今生与未来——写在《测井地质学·第二版》出版之时

测井地质学以地质学和测井学的方法理论为指导,综合运用各种测井信息,来解决基础地质和石油地质的地质问题。经过数十年发展,测井地质学在油气勘探开发各个环节得到广泛应用。非常规油气的兴起使得测井地质学正面临多重挑战和全新探索,亟需建立针对非常规油气的测井地质学综合方法理论体系。本文以《测井地质学·第二版》出版为契机,系统归纳了测井地质学的起源及发展历程、主要研究内容和研究方法流程。然后总结了测井资料与地震、地质信息的匹配性,并分析了不同探测特性测井方法纵向分辨率区间特征。在此基础上评述了测井地质学在井旁构造解析、沉积学特征研究、层序地层划分、地应力方向判别及大小计算、井壁裂缝识别与评价、烃源岩评价以及非常规油气“七性关系”综合评价当中的应用。但由于测井资料的负载能力有限性、测井与地质信息属性不对应性以及测井资料本身的多解性,使得测井地质学在测井—地质转换、非常规油气测井评价及其与人工智能融合方面还存在一定的问题。因此加强基础岩石物理研究,挖掘测井曲线中包含的地质信息,并与人工智能相结合,将拓展测井地质学研究的精度和广度,从而使其未来可更好地应用至非常规油气测井评价等实践工作中。     

大巴山前陆西段叠加构造变形分析及其构造应力场特征

大巴山前陆西段发育典型的横跨叠加褶皱,清楚地记录了自身构造演化历史,为查明大巴山前陆构造体制转换提供了非常有利的条件。本文通过野外褶皱形态分析,结合层面和断层面滑动矢量的观测,获得大巴山前陆西段中生代主要的两期挤压构造应力场,即早期(T3—J1)的构造应力场以近南北向挤压为主,大巴山地区受其控制,发生近东西向展布褶皱变形,这期构造变形与印支运动有关;晚期,即J3—K1期间,大巴山构造体制发生重大转变,本区构造应力场由近南北挤压转变为近东西向强烈挤压,大巴山发生强烈构造变形,大巴山推覆构造带以断裂活动为主,镇巴—城口—房县断裂带强烈向大巴山前陆逆掩。而大巴山前陆则以强烈的近南北向延伸的褶皱变形为主,早期近东西向褶皱遭受强烈改造,形成大巴山前陆西段较为典型的横跨叠加褶皱构造。这期构造变形是燕山运动早期活动的结果。大巴山叠加变形的研究不仅为研究中国盆—山系统变形特征提供了具体例证,而且对大巴山前陆油气勘探起重要指导作用。     

考虑应力变化速率的岩石脆性评价指标

脆性作为岩石的重要的力学指标,对深部岩体性态评价以及灾害预防具有重要意义。岩石应力−应变曲线能够很好地表征岩石的脆性。考虑到现有基于应力−应变曲线的脆性指标大多都只对曲线的一部分进行分析,且少有指标能够准确地应用于岩石II类曲线中,对整体判断的缺乏可能会导致工程应用上适应性及可靠性不足的情况。针对现有脆性指标普遍存在的物理意义模糊、评估结果与岩石脆性的关系非连续等问题,综合考量岩石应力−应变曲线中峰前应力上升速率、峰后应力跌落速率以及峰值点应变值对岩石脆性的影响,提出了一种物理意义明确、计算结果与岩石脆性之间的关系是单调且连续的岩石脆性指数计算方法。选取国内外常用脆性指标对锦屏II级水电站大理岩和某铁路隧道花岗岩、变质砂岩以及片麻岩的单轴压缩试验数据进行脆性评价后进行比较,验证了指标的适用性。进一步将提出的指标应用于常规三轴试验条件下大理岩脆性分析,结果表明,该指标不仅能够量化和分类不同岩石的脆性特征,还能表征围压对岩石脆性的抑制作用。