岩土类摩擦材料单元力学模型探讨

根据岩土类摩擦材料的特性,基于力学基本原理,建立岩土类摩擦材料的单元力学模型.有限元对比计算结果表明,考虑摩擦的单元模型比较符合工程实际.     

An elastic mechanics model and computation method for geotechnical material

岩土材料内摩擦性质是岩土的基本力学性质之一,无论岩土处于何种受力状态,都应考虑岩土体的内摩擦力。然而,至今只有岩土极限分析与塑性力学中考虑岩土体的内摩擦力,而在弹性理论与能量理论等诸方面均未体现。认为岩土体无论是处于塑性状态还是弹性状态,都存在着内摩擦力,为此建立岩土材料弹性力学的摩擦体力学单元。基于土体试验提出黏聚力先发挥,摩擦力随变形逐渐发挥,并假设摩擦因数与应变成正比,由此确定摩擦力的计算,最后仿效线弹性力学计算方法,但此时摩擦体的剪切模量G已非常数,从而形成摩擦体的非线性弹性力学计算方法。算例表明,按该方法计算出的弹性地基上的位移和剪应力小于传统方法计算出的位移和应力值,这比较符合实际情况,表明采用摩擦体力学单元对岩土材料是合适的。     

高地应力硬岩下双孔并行隧道相似模型试验及数值模拟

基于相似模拟理论,通过试验台架设计、监测系统设计、加载系统设计和岩体模型制作等流程,完成了双孔并行隧道模型试验系统的研制工作;试验中实时监控模型各关键位置的位移变化、应力变化及隧道岩壁破坏情况.研究表明,试验观测结果与基于Mohr-Coulomb模型所得数值模拟结果相对误差较大,而基于Plastic-Hardening模型进行数值模拟计算时,所得岩土体屈服状态和变化规律与相似模型试验结果吻合度较高.综合各方面分析研究结果,认为Plastic-Hardening模型能够更为精确合理的反映实际工程及试验中岩土体状态的真实变化情况,可为相似地质条件下的双孔并行隧道施工及维护提供重要参考.     

基于BIM技术的岩土工程信息模型数值计算功能实现方法

当前岩土工程信息模型更多地应用于可视化展示,一直没能深入到岩土工程的实际应用当中,很难直接进行岩土工程专业分析。究其主要原因,是缺乏将岩土BIM模型转换成计算模型的渠道。通过数据转换,研究岩土工程模型计算功能实现方法,建立BIM模型与计算模型间的映射关系,来解决这一难题。考虑岩土BIM模型和有限元模型的特点,根据等效刚度法,研究计算驱动的岩土工程BIM模型的概化方法。针对岩土BIM模型的数值计算功能需求,聚焦计算网格剖分环节,基于开源TetGen程序,对BIM模型进行四面体剖分,发展面向数值计算的BIM模型网格剖分技术。进一步,建立四面体网格模型与计算模型的信息一一映射关系,实现BIM软件与岩土工程通用数值分析软件之间的数据转换和信息交换,打通了复杂岩土BIM模型向计算模型转换的关键环节。最后,通过两个工程实例验证所提出的岩土BIM模型计算功能实现方法的可行性与有效性。     

水利枢纽附近动床模型相似律和模拟技术

本文对以底沙运动为主的水利枢纽下游附近动床模型相似律问题作了普遍性的分析,论证了模型设计和模型沙选择应满足的8个相似条件;并以万安水利枢纽整体动床模型为例说明了按相似条件进行模型设计和模型沙选择的详细步骤;介绍了电木屑作为模型沙材料的优越性及其开动流速试验成果;通过万安枢纽动床模型实际放水验证,表明了应用本文提供的模型设计方法能同时实现水流的重力相似、阻力相似和底沙运动相似。此外,本文还介绍了自制的模型放水流量和相应下游水位的自动控制装置,该装置保证了枢纽按非恒定流泄洪时模型流量和相应下游水位的变化过程与原型完全相似。     

岩土工程勘察与施工效益模型的建立

我国岩土工程的研究取得了长足发展.然而对岩土工程整体效益评价的模型却比较稀少.本文主要采用灰色关联方法与权重法建立起岩土工程的效益评级模型,以期为岩土工程效益研究的发展提供有益的借鉴.     

人字闸门底枢摩擦副接触力学特性分析

引入Fang接触模型对人字闸门底枢摩擦副进行建模分析,计算了人字闸门底枢摩擦副的接触区域大小、接触应力,研究了外载荷、底枢半径、接触间隙及配对副材料等参数对接触特性的影响.结果表明,外载荷与底枢半径对底枢摩擦副的接触特性有较大的影响.在相同的底枢半径及接触间隙条件下,随着外载荷增加,接触面积减小,接触区域越集中,相应的接触应力越高.随着底枢半径的增大,接触面积也增大,接触区域分散,相应的接触应力减少.并且在极端重载情况下,底枢半径对接触应力存在更大的影响.接触面积与接触间隙之间存在负相关关系,最大接触应力与其存在正相关关系.最大接触应力与底枢配对副材料的杨氏模量之间存在一个正相关关系,从减少摩擦磨损的角度,选择表面硬度高而韧性良好的材料作为配对副材料将改善底枢的耐磨性,从而有效地降低接触应力.     

钻（挖）孔摩擦灌注桩单桩竖向承载力计算参数取值分析

桩周岩土极限摩阻力及其桩尖处岩土的容许承载力是公路工程钻(挖)孔摩擦灌注桩单桩竖向承载力计算的重要岩土工程设计参数,对此,工程勘察设计人员不仅除遵守有关规定外,还应考虑场地地基岩土的地质时代、场地工程地质条件、岩土工程性质及有关因素合理取值,不可机械地依规范查表确定。     

一个湍能封闭模型对风暴潮海底底应力的应用研究

将一个三维湍能封闭模型应用于开阔海区的风暴潮，通过数值计算探讨了Ｔａｙｌｏｒ底摩擦二次率的拖曳系数随空间的分布及拖曳系数与水深，海底粗糙度，风向和风速等因素的关系。本文对底摩擦二次率的可靠性做了评价。     

地质力学模型试验过程中关键技术研究

基于地质力学模型试验,分别从地质力学模型试验相似比尺的选择、相似材料的选择、模型的制作、模型的开挖与支护和数据的采集与分析5个部分阐述了试验过程中的关键技术问题.结合山东大学岩土中心的大型三维模型试验,重点分析了相似材料的选择、模型制作过程中的注意事项,包括模型试验台的设计、测点的布置、应变片的选择与粘贴、温度补偿与连接导线、模型的堆砌和应变块的埋设.这些关键技术影响着模型试验的成败,因此模型试验过程中的关键技术的研究对于地质力学模型试验具有一定的指导意义.     

基于重度增加法的岩坡破坏过程流形元分析

考虑岩体边坡滑动大变形破坏特性和现有研究分析手段,提出利用第一作者团队开发研制的Geo SM A-3D,在现场岩体结构信息采集的基础上,建立岩体边坡空间数值模型,实体表征岩体三维模型;利用现代数值流形法(NMM)模拟岩体大变形破坏分析手段,在块体理论的基础上,运用有限元分析中经常用到的重度增加法,不断增加岩体的重度,直到岩体边坡中的"关键块体"产生滑动,使边坡发生大变形破坏;同时以最危险"关键块体"水平位移随重度增加发生突变为破坏依据,对边坡的安全系数进行评定.实例分析某边坡工程的破坏过程,实现了岩体边坡大变形数字表征,为边坡支护提出解决方案,为工程施工和边坡灾害的处置提供参考和借鉴.     

层状坝基岩体结构分类的三角多项式模式图方法

构造层状坝基工程岩体结构分类的三角多项式函数,结合基于实际工程的岩体结构的典型特征,利用其数学特征所展示的韵律进行岩体结构类型的划分和识别,对清江高坝洲层状坝基岩体典型岩体结构建立三角模式图,作为层状坝基岩体结构的标准模式－     

竖壁对流换热系数计算模型的探讨

根据流体边界层理论,研究了高普朗特数常物性不可压缩流体在重力作用下,沿竖直壁面无初速度加速流动过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层的厚度函数·据此,研究了该模型下对流换热系数的计算方法,推导出计算公式·在短距离流动中,该模型的速度边界层和热边界层较流体外掠水平板模型厚,换热较弱,因此对流系数较小·工程实际中的许多换热问题都可以简化成流体在重力作用下沿竖直平板流动模型·把该模型下得到的对流系数公式应用于飞机附件机匣的传热计算中,得到了比较精确的结果·     

一种等效的三边形杆件单元

基于有限元思想,根据三节点三角形单元与三角形平面杆件单元在受到同样荷载列向量的条件下位移等效原则,构造出一种更为简单适用的等效三角形杆件单元,使二维结构用一维单元进行分析.由于单元的推导不是根据微元体单元应力、应变等效,而是从节点位移等效的这一思路出发,使得本研究单元较以前的等效铰结桁架单元可以满足结构有限元划分单元时对矩形单元的要求.同时截面计算公式中包含了泊松比这一体现材料特性的参数,因而公式更加具有普遍意义.运用本研究方法对钢筋混凝土简支梁及悬臂梁进行计算分析,并将其计算结果与ANSYS计算结果进行比较.研究结果表明,本研究所推导的等效三边形杆件单元计算精度良好,计算结果可靠,可以满足工程应用需要.     

孔内多点源直流电阻率三维正演研究

为验证孔内多点源地面三维观测方法的有效性,通过孔内多点源地表电位场理论公式推导、有限差分数值计算研究了多种地电模型的地表响应.结果表明,钻孔内多点源直流电阻率三维观测思路可行,能够很好地识别地下异常体的平面位置及电阻率高低.可见在工程勘察中,可以在钻孔内布置多个点电源地表三维观测,判定钻孔附近地下岩土层结构及含水区分布情况,为钻孔周围的勘察空白区提供补充,丰富工程勘察资料.     

双参数地基上带肋筏板基础的耦合数值方法

为解决工程中有关带肋筏板基础与地基土相互作用的计算分析等问题,将带肋筏板基础中的筏板由无单元法模拟,肋梁由有限元方法模拟,根据虚功原理,建立了双参数地基上带肋筏板的一种耦合数值方法.该耦合方法可以计算具有非规则形状、斜交叉梁的带肋筏板基础.实例计算论证了方法的合理性、可行性.     

岩体结构面网格渗透张量分析方法

工程岩体的渗透特性研究是其渗流分析和稳定性设计的技术关键·作者以现场岩体渗透结构面概率模型统计资料为依据,采用离散介质方法建立典型裂隙网络模型,提出计算岩体结构面网络的等效渗透系数张量方法·应用等效连续介质模型分析方法研究区域岩体的渗流问题·针对现场的矿山边坡水文地质实体,运用该技术建立了反映岩体渗透各向异性的等效连续介质模型·实例分析表明,该技术途径不但适合工程岩体宏观渗流分析的特点,而且能够较为深刻地认识裂隙渗流的本质·     

基于改进理想点模型的岩体结构面分级方法

鉴于以往的结构面分级方法多为宏观定性分析,不利于指导实际工程设计和施工,提出了一种基于改进理想点模型的结构面定量分级方法.首先考虑结构面分级的多种影响因素,采用7个指标进行定量表征,建立了结构面多指标分级体系;然后用最小熵原理优化层次分析法及熵权法权重,从而改进理想点模型,得到最优组合权重;最后将改进后的模型应用于重庆市兴隆隧道实测结构面分级中,并与工程实际对比.结果表明:改进理想点模型所得分级结果与实际工程较为一致,准确率达93.3%,具有较强的可靠性及工程实用性,可为岩体结构面分级提供一种新的思路和方法.     

大型基础下含软弱夹层的层状砂土变形计算

基于饱和土的相关理论,推导了大型基础下层状地基的沉降计算模型.考虑不同的土性,根据修正剑桥模型和摩尔-库伦模型,推导了K_○0条件下且能够考虑其塑性变形的压缩模量.基于平面网格子域法结合分层总和法建立了一个完整的、更加贴近工程实际的大型基础下含软弱夹层的层状砂土地基沉降计算模型.研究结果表明:该模型的计算结果与模拟结果很贴近,且能够突出体现出软弱夹层的变形特性.研究结论可为含软弱夹层的大型基础地基沉降计算提供直接参考依据.     

徐深气田火成岩储层岩石可钻性分布规律研究

大庆油田火成岩地层是世界级难钻地层,钻进过程中该地层岩石表现为可钻性值极高,地层与钻头适应性差。预先评价未打开地层的岩石可钻性分布规律,对钻井施工提供指导是有实际意义的。本文以随机分形理论为基础,先应用分形维数解释模型计算岩屑取样点的岩石可钻性,再应用分形插值理论建立井间地层岩石可钻性预测模型,两模型的结合使用实现了井间岩石可钻性分布规律的评价,经过现场的应用验证,该方法能够有效的再现岩石可钻性的分形分布规律,预测准确,满足工程精度要求。