岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。     

高应力区砂岩加卸载条件下能量变化规律及损伤分析

根据高应力区砂岩三轴压缩试验和峰前卸围压试验的结果,分析了砂岩在不同应力路径下的能量变化规律。试验结果表明,相同围压下,峰前卸围压试验的各能量指标(总吸收能、弹性应变能、耗散能)均小于三轴压缩试验,能量变化特征与其初始应力路径密切相关,且随围压的增大而增大。峰前储存的弹性应变能比耗散能多,耗散能只在临近峰值点处才迅速增加。能量的耗散会导致岩石产生损伤,并且使岩性劣化、丧失强度,从能量角度定义的损伤变量,可以得出结论:开始卸荷低围压下的损伤变量大于高围压下,临近破坏时高围压下的损伤变量大于低围压下;卸围压使岩样束缚减小,加速了损伤的发展,岩样所受的应力状态愈趋不平衡。因此,基于能量的角度来表征岩石的损伤演化更符合实际。     

利用重复重力观测资料研究地震活动与地壳的损伤演化过程

利用细观损伤力学模型建立了地壳损伤演化过程与地球重力场变化的关系 ,讨论了利用重力观测资料计算地壳微裂纹密度参数变化分布的理论与计算方法。利用河西地区 1992～ 1999年多期重复重力观测资料对该地区的裂纹密度参数变化进行了计算 ,并将计算结果与该地区的各观测时间段内相应发生的一级以上地震活动进行了对比分析 ,取得了一些有意义的结论和认识。     

Embankment deformation analyzed by elastoplastic damage model coupling consolidation theory

The deformation, of embankment has serious influences on neighboring structure and infrastructure. A trial embankment is reanalyzed by elastoplastic damage model coupling Blot＇ s consolidation theory. With the increase in time of loading, the damage accumulation becomes larger. Under the centre and toe of embankment, damage becomes serious. Under the centre of embankment, vertical damage values are bigger than horizontal ones. Under the toe of embankment, horizontal damage values are bigger than vertical ones.     

开普勒与伽利略

开普勒及行星运动三定律 约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler）生于德国南部一个小镇——威尔。他是七个月的早产儿,从小体弱多病,四岁时的天花在脸上留下疤痕。他的父亲早年弃家出走,母亲脾气很坏,他14岁时出了一场天花,从此眼睛受到很大的损伤。     

某海底沉管隧道风塔及下部结构抗震性能分析

为研究某海底隧道风塔及下部结构体系在塑性阶段的损伤破坏形态及特点,探讨在多重荷载作用下弹塑性静动力响应对结构的影响,建立了沉管隧道风塔及下部结构的大型三维有限元模型。采用基于能量原理的混凝土塑性及损伤本构模型,借助大型有限元软件ANSYS及ABAQUS分别对结构进行不同地震条件下的动力时程分析,对比分析振型、层间位移角及较为完整的塑性损伤破坏系数曲线。结果表明:不同设防地震下,结构整体性良好,振型及层间位移角满足规范要求;不同罕遇地震下,该结构的混凝土塑性拉压损伤最大时刻均发生在20 s,主要破坏区域在风塔与人防井及下部立柱的接触位置,且拉伸破坏系数明显高于压缩破坏。本文的研究成果可以为类似近海沉管隧道工程抗震设计提供一定的依据与指导。     

基于耐震时程法的进水塔结构抗震性能分析

进水塔结构作为水电站的进水建筑物,其抗震性能对水电站的安全运行有重要意义。以沙牌水电站的高耸独立进水塔结构为研究对象,应用3条耐震时程曲线对其进行抗震性能分析与评估,并将计算结果与天然地震动下的增量动力分析结果进行比较,对比分析进水塔塔顶位移、基底剪力及地震损伤历程。实例研究表明：耐震时程法可以较好地分析结构的抗震响应,与增量动力分析结果的均值相匹配。耐震时程法可以利用较少的时程分析得到不同动力强度作用下的结构响应,且计算结果精度好、效率高,为进水塔结构的抗震性能分析提供一种新的手段。     

人工主余震作用下桥墩结构损伤预测评估分析

主余震作用下,断层距（R_JB）和余震次数的不同对结构造成的损伤也大不相同,进行主余震序列下桥梁损伤评估时需要考虑断层距、余震次数等影响因素。基于OpenSees平台,以一座连续梁桥为例,根据人工主余震构造时不同的影响因素,选用余震衰减和PGA调幅的人工主余震构造法构造主余震序列进行结构损伤分析,并与实际主余震事件的损伤结果作对比,研究人工构造主余震序列预测结构损伤的可行性。结果表明：基于PGA调幅构造主余震的方法,当考虑余震衰减时,能够较好模拟出结构在实际主余震地震作用下造成的最终损伤,能够较合理的预测结构在实际主余震序列中的损伤指标;对区域主余震作用下的桥梁进行损伤评估时,需要考虑断层距和余震次数影响因素,桥梁距断层距R_JB越近时结构的损伤状态越严重,余震发生次数越多则结构的损伤增量就越大,并且结构在人工主余震作用下R_JB越大的地方,结构损伤增量误差程度越小,预测的损伤状态就越接近实际的损伤状态。     

基于断裂及高温损伤的岩石蠕变模型研究

为了反映热-力耦合作用下岩石蠕变变形的全过程,依据断裂力学原理提出了岩石裂纹扩展的临界损伤应力和一个新的可描述岩石在稳态蠕变阶段与临界损伤应力相关的非线性黏性分量,在传统西原模型和Burgers模型的基础上,将指数形式的损伤变量、临界损伤应力以及与其有关的非线性黏性分量引入到流变微分方程,通过叠加原理推导了考虑温度效应的单轴和三轴压缩条件下岩石的流变本构关系,建立了岩石的热-力耦合损伤蠕变本构模型。利用不同温度、不同应力条件下花岗岩的三轴蠕变试验曲线和本文蠕变模型的计算曲线进行比较,结果表明本文蠕变模型能够较好地模拟岩石在初始瞬态、稳态和加速蠕变阶段全过程的变形规律,验证了所建模型的有效性和合理性。该模型为分析高温、高应力环境下岩石工程的长期变形和稳定情况提供了理论依据。     

考虑不同影响因素的砂岩损伤特征及其卸荷破坏细观特性研究

实际赋存环境中损伤岩体普遍存在,选取典型砂岩进行蠕变、饱水损伤模拟,进行不同影响因素作用下的岩样损伤变量分析计算,并进行不同影响因素作用下的损伤砂岩卸荷破坏试验,利用ST400型三维表面形貌仪对损伤砂岩卸荷破坏表面进行形貌特征参数对比分析,探讨蠕变、饱水损伤对卸荷破坏面形貌变化影响机制。通过损伤变量分析表明:弹性模量法能较好地反映不同影响因素作用下的岩样损伤程度;而超声波检测法对水敏感性强,不能准确描述蠕变劣化岩样饱水后的损伤程度。不同损伤程度试样卸荷破坏面形貌高度特征参数及分形参数分析表明:蠕变、饱水损伤增加了破坏面的整体粗糙程度,使破坏面形貌的离散性和波动性较大;蠕变、饱水损伤导致试样破坏面形貌平整度较低、各向异性显著,且分形维数随着试样由负损伤向正损伤转化出现先减小后增大的趋势;对比分析两组试样可知,蠕变损伤后的饱水作用对试样破坏面形貌特征影响不显著,蠕变损伤仍起控制作用。