含层理构造黑云变粒岩单轴压缩试验及数值模拟

应用离散元的接触粘结模型,系统分析了节理单元的强度特性,研究了不同加载方向下节理岩体的强度、破坏模式,并与室内试验结果进行了对比验证.研究发现:对于倾角45°分布层状节理岩体,节理单元强度低于岩石基质强度的15%时,节理对整体力学性质产生显著影响,对比室内试验,节理强度为基质强度约2%~4%时可以有效地模拟节理岩体的力学行为;随着岩层倾角的增加,层状岩体单轴抗压强度逐渐减小到逐渐增大的变化过程,呈"U形"分布.研究结果可为颗粒流离散元方法研究节理岩体力学特性提供参考.     

考虑节理面法向蠕变的节理岩体蠕变模型

采用Fish语言对FLAC3D软件中的Interface单元进行修正,将Interface单元的法向刚度和切向刚度转化为时间的蠕变函数,便可得到在数值分析中考虑节理面法向蠕变的节理岩体蠕变模型.计算结果表明:节理岩体的单轴蠕变量随着节理面间距的增大而减小;当节理面的倾角小于45°时,节理岩体单轴蠕变量随着节理面倾角的增大而增大,但当节理面倾角大于45°时,轴向蠕变量反而随着节理面倾角的增大而减小;若固定节理面的切向蠕变参数,增加其法向蠕变参数,则节理岩体的轴向蠕变量也会随之减小.     

无单元法应用于节理岩体

无单元法是一种新方法,其在岩体问题的应用中,至今报道甚少.根据岩体结构特点和无单元法的优点,建立了节理岩体的二维无单元模型,编制了相应的节理岩体无单元程序,并给出了算例,计算结果表明,该模型是合理可行的,同时给处理岩体节理问题带来了方便.     

破裂过程模拟的可变形圆化多边形离散单元法

为研究工程中岩体内部裂纹的萌生、拓展和贯通机制,模拟其破裂时接触碰撞的全过程,提出可变形圆化多边形离散单元法。该方法将有限单元法与圆化多边形离散单元法进行耦合,采用圆化多边形离散单元法计算非连续岩体间的相互接触作用,连续体内部的应力应变状态则通过有限单元法进行分析。为准确模拟裂纹演化过程,在有限单元间插入节理单元,采用虚拟裂缝模型和具有拉伸截断的摩尔-库仑准则描述节理单元在拉伸、剪切等不同破坏模式下的力学状态。最后模拟巴西圆盘开裂、单切口弯梁开裂及块体冲击破坏试验。研究结果表明：所提出方法能准确模拟岩体从连续体变化为非连续体的破裂过程。     

粗糙岩石节理剪切强度的修正公式

以Mandelbrot-Weieratrass函数构造的具有分形节理的岩石试件为模型,通过多组压剪实验,得到了岩石节理法向应力和分形维数及切向应力的近似关系,并利用实验结果得出了粗糙节理岩体剪切强度的修正公式.     

带软弱结构面岩体的弹塑性有限元分折

通过分析指出,用近似于矩形或长方体的常规实体单元描述平面或空间岩体问题中的软弱结构面, 其精度比简化的节理单元或夹层单元要高.在计算效率上,由于简化的节理单元或夹层单元的劲度矩阵元素与常规实体单元相同,因而简化的节理单元或夹层单元并无优越性,对岩体中软弱结构面的描述可采用常规的实体单元而无需进行特殊处理.由于结构面的屈服、破坏一般是沿着结构面的走向发生的,且抗拉强度较低,因而提出了适用于软弱结构面的广义摩尔库仑(简称MC)屈服准则.用两个简单算例来验证本文提出的常规实体单元结合结构面广义MC屈服准则对带软弱结构面岩体进行弹塑性分析的合理性、正确性.     

节理接触机理与闭合性质研究

介绍了节理闭合试验技术和节理初始开度的测试方法，探讨了节理闭合时非线性和不可恢复变形的机理，研究了节理在不同接触状态下组合形貌的特征和闭合变形性质，得到了能反映节理接触状态和受载历史的包含有节理无量纲初始开度等节理组合形貌参数的法向力－法向变形本构方程。     

结构不连续面大变形有限元模拟之研究

利用大变形有限无基本理论,以Goddman节理单元理论为基础,提出了大变形有限元节理单元模型,并推导了其相关的大变形有限元计算公式,解决了结构不连续面节理大变形有限元模拟计算问题。     

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase~2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。     

节理单元在岩体稳定性分析中的应用

根据平面节理单元的各种类型的实用范围本原理．给出了运用不同的节理单元对岩体中不同的不要确定了材料的本构模型,采用比较特殊的单元类型,石类材料进行数值模拟,并可以取得较为满意的结果．和各自的优缺点,系统介绍了平面节理单元的基连续面进行模拟分析的实例,分析的结果表明只仍然可以按照有限元的基本思想和步骤来对岩     

空间接触问题的研究及应用

本文介绍了采用间隙单元作为接触单元求解一般空间弹性接触问题的有限单元法.给出了程序框图,用 FORTRAN 语言编制了空间接触问题的接触程序,经算例考核程序精度较高.并对重型汽车后悬挂球头销与球碗进行了多种工况下的接触应力的研究,计算结果表明接触面上接触应力较大的区域正是球头销实际磨损破坏的部位.     

三维非线性界面单元

本文根据岩土力学中的二维线性应变节理单元,导出了同时考虑两种介质的耦合力学问题中的三维非线性界面单元刚度矩阵,它们可与三维几何非线性常规等参元配合使用。     

虎克万向节节叉轴承滚针的凸度设计

虎克万向节十字轴节叉轴承的滚针凸度决定了滚针与滚道间接触压力的分布状况，是影响万向节性能和寿命的主要因素之一．为改善万向节的性能，文中基于Lundberg对数凸型方程和三维有限长弹性接触问题的数值计算，分析了轴承结构参数对接触压力分布的影响，提出滚针凸度量设计时必须考虑滚针倒角半径和越程槽宽度的影响，并给出了相应的数值计算方法．使用该方法设计的滚针轴承，可以避免接触压力分布出现“边缘效应”，也可避免在接触区域发生部分应力集中，提高了万向节的性能和使用寿命．     

三维弹性接触问题有限元改进混合法及数值计算

本文提出了一种弹性接触问题有限元改进混合法,采用一种新的算法计算接触面柔度矩阵,用该方法对双齿啮合接触问题首次进行了三维弹性有限元计算。与混合法比较,改进混合法求解接触问题的计算效率有很大提高。     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

管螺纹接头齿根表面裂纹的数值分析

本文采用一种混合的数值方法对管螺纹接头齿根中存在半椭园型表面裂纹的断裂强度作了三维数值分析，采用虚拟接触载荷法模拟啮合螺纹齿间的接触现象，确定载荷沿螺纹齿的分布规律，并求解出裂纹区的变形位移场。最后采用位移法。计算出裂纹体的应力强度因子。     

论动点和动系的“正选”与“反选”

论述了有关动点和动系的“正选”与“反选”的提法是不科学的,指出在研究有关的机构运动学问题时,把动点的选取局限在两刚体的接触点处是不妥当的。     

双混合乘子法和动力学双混合广义变分原理

双混合拉氏乘子法是动力学问题所特有的。动力学问题所特有的两种约束条件——初始条件和终了条件,都可以用该文提出的双混合拉氏乘子法来放松。该文用双混合拉氏乘子法,建立了大变形非线性弹性理论的动力学双混合广义变分原理,这将给位移允许函数的设计和有限元计算带来方便。     

“准平面”法——平面光弹点测法的新方法

本文分析了三维效应对平面光弹技术测量精度的影响,并以阿朋(Aben)的偏振光在光弹性体中传播的三维理论为基础,提出了平面光弹的“准平面”特征以及平面光弹的“准平面”点测法。此方法消除了三维效应所导致的测量误差,提高了测量精度。实验证明新方法是可行的。     

无网格伽辽金法(EFGM)求解接触问题

本文考虑到无网格伽辽金法只需节点信息,不需将节点连成单元,并且有精度高,后处理方便等优点,从而用它求解接触问题。这里采用的方法是将Ｋａｔｏｎａ界面单元引入ＥＦＧＭ,迭代求得两物体间的接触状态。算例表明,本文方法基本可行。