岩体损伤力学研究进展

论述了岩体损伤力学在岩体力学中的地位，并从细观和宏观两个方面系统介绍了其最新研究进展；对岩体损伤力学研究中的几个重要问题提出了见解，认为分形几何是研究损伤的有效手段。     

季冻区土质边坡滑动界面临界深度的试验研究

为研究季节冰冻区土质边坡春融期常发生的浅层滑坡灾害,考虑盐水冰点低于水的冰点这一物理特性,设计了模拟土坡内部冻融界面的试验方法。比较了在不同含水率时,经冻融循环后土质边坡滑动面的临界深度,验证了在冻融界面上土质边坡的破坏形态,根据试验结果拟合了符合本文土样条件的土质边坡滑动面临界深度的损伤模型。分析表明,冻融循环后,随含水率和冻融循环次数的增加,边坡滑动破坏的临界深度值逐渐减小,经对试验数据拟合提出的临界深度随冻融循环损伤模型,可为季节冰冻区的边坡设计提供参考。     

恒载作用下损伤梁的弯矩重分布研究

根据等效刚度原理定义损伤程度,对损伤采用损伤位置、损伤程度和损伤长度三个参数来描述,从材料力学平面弯曲理论出发,运用小变形的平面弯曲挠曲线近似微分方程,并引入损伤程度的定义,推导出恒载作用下两端固定损伤梁弯矩方程的隐含表达式。对恒载作用下两端固定损伤梁进行了各种损伤情况下弯矩重分布的对比分析,总结出了其弯矩重分布规律。本研究的目的是期望为桥梁的健康检测、损伤识别理论研究奠定基础。     

象山港海底隧道最小岩石覆盖厚度断裂损伤分析

根据象山港海底隧道地质剖面和隧道轴线布置图,取其9个重点剖面位置,对海底隧道选线进行三维分析。每个剖面位置根据基岩的厚度选取隧道轴线设计位置、上抬和下移隧道轴线位置,应用基于断裂损伤模型的有限元程序对其进行数值分析研究。通过分析各个工况的损伤区、塑性区、应力状态、位移变化,研究洞室的稳定性;根据相邻工况的应力状态变化和位移变化,得到k30+100剖面位置在设计线下移2 m时为计算建议的底板线位置,并得到该剖面位置的最小岩石覆盖厚度。最后得出海底隧道计算建议的底板线位置。     

花岗岩残积土剪切带上的细观结构损伤规律

剪切带和裂隙演化对土体滑坡至关重要,裂隙是土体中最薄弱的区域,但是当前缺乏用于定量分析剪切带上细观结构损伤规律的方法。为了揭示花岗岩残积土内部裂隙对剪切变形破坏的影响,利用CT扫描获得试样在三轴加载过程中不同加载阶段的数字体图像,基于数字体图像相关方法（digital volume correlation,简称DVC）把复杂三维裂隙的坐标进行转换,根据加载前后的裂隙在三维空间的重叠特征提出改进的裂隙分类方法,将裂隙分为8种：湮灭型裂隙、新生型裂隙、继承型裂隙、拆分型裂隙、合并型裂隙、复合-新生型裂隙、复合-继承型裂隙和复合-混合型裂隙。结果显示：新生型裂隙和复合型裂隙与剪切带演化紧密相关。随着轴向应变的增大,剪切带上的新生型裂隙和复合-新生型裂隙呈增大趋势,当轴向应变为12%时新生型裂隙体积含量超过50%;复合-继承型裂隙呈快速衰减特征,而复合-混合型裂隙呈先增大后衰减的趋势。在剪切带萌生初期,剪切带内部生成少量新生裂隙,但裂隙是材料中最薄弱的区域,因此新生裂隙加速了剪切带的发育;随着剪切带的发育,大量新生裂隙使剪切带上的细观结构损伤更为严重;剪切带与裂隙之间互相耦合影响,最终使土体发...     

泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅱ):数值仿真和参数反演

进一步分析了第Ⅰ部分[1]提出的泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型。在连续损伤力学理论和比奥(Biot)理论的基础上,导出了考虑渗流-应力-损伤耦合的蠕变损伤有限元格式,建立了弹性预测、塑性修正、损伤修正-渗透系数修正的数值分析框架,编制了非线性有限元分析程序。根据监测的衬砌长期变形数据,采用优化反分析法获得了蠕变损伤模型中的待定参数,并应用于比利时核废料库施工过程中泥岩巷道围岩渗流-应力耦合过程、损伤演化以及长期稳定性分析,研究结果表明,泥岩开挖后渗透性明显增大,约为原岩的120倍,蠕变效应导致泥岩裂隙和渗透性自愈合,约3.5年后渗透性基本恢复到原岩的数量级,围岩中部的蠕变明显大于顶部和底部。研究成果对软岩隧洞长期稳定性的预测与预报具有一定的参考意义。     

南水北调西线TBM掘进下隧洞围岩损伤研究

为研究隧洞掘进机（tunnel boring machine,TBM）掘进下隧洞围岩的损伤特征,选取南水北调西线工程为背景工程,针对隧洞围岩TBM掘进后的损伤进行了系统的研究与分析。根据板岩在室内试验中表现出来的脆性和屈服后强度特性,提出了以黏聚力弱化-摩擦角强化（cohesion weakening and frictional strengthening,CWFS）脆性模型为基础考虑岩体屈服后损伤的本构模型,通过VC++编译dll动态链接库,并将其植入FLAC3D程序中。应用神经网络和遗传方法等优化算法对本构模型中的参数进行了反演分析,并以室内三轴压缩试验为依据,对该本构模型进行了验证。结果表明,提出的考虑损伤的CWFS模型可以较好地反映板岩的弹性特征、屈服后的强化特征、脆性破坏特征和破坏后残余强度特征。以该模型为基础,模拟了南水北调西线隧洞在TBM掘进条件下隧洞围岩的变形特性、应力发展规律及其损伤演化特征,并与基于Mohr-Coulomb本构关系的计算结果进行了对比分析。提出的考虑损伤的CWFS模型能更好地反映隧洞掘进后围岩损伤特征,即损伤沿着弱势区域发展的规律     

高应变率作用下岩石的微损伤特征

为研究岩石在高应变率作用下微观损伤特征，用三轴ＳＨＰＢ装置对混合花岗岩和磁铁矿矿石进行高速冲击，用光学显微镜和扫描电镜观察矿物颗粒的受损状态，得出岩石的微观损伤特征。     

混凝土结构损伤的分形特征实验分析

在物理模型试验中分析了混凝土结构损伤演化中的分形行为,揭示了混凝土结构的裂缝生长及表面裂缝分布具有分形特性,表明分形维可以定量描述表面裂缝分布。利用分形几何学研究混凝土结构的损伤演化过程,证明了结构表面裂缝分布分形维与结构力学性能之间存在良好线性相关性,认为表面裂缝分形维可作为度量混凝土损伤程度的损伤特征因子。与基于振动理论的损伤特征因子相比,这一新特征因子具有自己的一些特色和优势,为创建新的混凝土结构健康诊断和安全性评价方法体系提供了一条新途径。     

二叠系炭质页岩软弱夹层剪切蠕变特性研究

以西南灰岩山区二叠系炭质页岩软弱夹层为研究对象,开展了原生软岩、层间剪切带和滑带3个演化阶段的矿物组成成分、微结构和不同正应力水平的剪切蠕变力学特性分析。结果表明：软弱夹层在演化过程中,矿物组分发生改变,黏土矿物含量在原生软岩中小于5%,层间剪切带中在5%～10%之间,滑带中大于10%。微结构由致密变得疏松,颗粒间连接力减弱;软弱夹层的蠕变位移和蠕变速率随着剪应力增加而增大,呈非线性关系。在相同剪应力条件下,蠕变位移和蠕变速率的关系为：滑带>层间剪切带>原岩。长期剪切强度逐渐降低,黏聚力的降幅大于内摩擦角,对时间的敏感程度较高。为受软弱夹层控制的层状基岩滑坡的发育发展过程、失稳机制研究提供了重要借鉴意义。