大型地下洞群的地震动力稳定性分析

节理岩体开挖后经常形成楔形块体,对大型地下洞室顶拱和边墙的稳定性构成威胁.地震的动力作用将加剧块体的运动,进而影响洞室的整体稳定性,合理地评价高烈度地区大型地下洞室的稳定性具有现实意义.节理岩体中地下结构的动力响应与稳定性分析目前研究较少.本文采用了动力离散元法分析了大型地下洞室群的动力响应,认为地下结构并不能完全免于震害,高烈度地震对于节理岩体中的地下结构有明显影响.     

高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析综述

高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析是高拱坝抗震研究的主要内容之一.从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则、坝肩岩体的结构和动力特性、坝肩岩体动力稳定性分析的刚体极限平衡法、离散元法、刚体弹簧元法、拉格朗日不连续变形分析方法、数值流形方法等方面对高拱坝建设实践的需要,应对高拱坝坝基岩体动力稳定性分析的理论和方法进行更深入的研究。     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.     

离散元法及其在矿山压力研究中的应用

离散元法是70年代初发展起来的一种分析节理岩石的数值方法.这种方法充分地考虑到节理岩石的不连续性,以裂隙切割成的块体为出发点,各个块体可以有较大的位移,在特殊情况下,例如顶板冒落,岩块还可以脱离母体而自由下落.离散元法的基本原理是牛顿第二运动定律结合不同的本构关系,以动力松弛法按时步进行迭代求解.本文用离散元法对矿山压力进行了初步研究,结果表明离散元法在研究矿山压力和顶板管理时较有限元法和边界元法有许多可比拟的优点,所得结果并可与相似材料模型试验进行 对比.     

基于BARTON-BANDIS本构模型的节理岩体边坡稳定性离散元模拟分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性模拟分析时,节理的本构关系对模拟结果有重要的影响,详细的介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis (BB)和Mohr-Coulomb(MC)两种本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别。在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,分析节理岩体边坡所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,因此,离散元中BB模型更适合用来分析节理岩体工程。根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工。     

基于不同节理模型的岩体边坡稳定性分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性分析时,节理的本构关系对分析结果有重要的影响.详细介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis(BB)和Mohr-Coulomb(MC)本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别.在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,节理岩体边坡分析所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,而MC模型分析结果则与现场监测数据所反映的边坡运动规律相差甚大,因此,离散元中BB模型更适合于用来分析节理岩体工程.根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工.     

改进的节理岩体强度参数经验确定方法及工程应用

在节理岩体工程的数值计算及稳定性评价中,强度参数的确定至关重要.在原位试验受到各种限制无法进行时,经验确定方法不失为一种好的选择.在大量收集国内外节理岩体强度参数经验确定方法的基础之上,提出了改进的节理岩体强度参数经验的确定方法,即对完整岩石进行"尺寸效应折减"与"节理化折减"的二次折减法,并应用于某坝址区工程实例中,所得的计算值与现场实测抗压强度值接近,较以往的经验确定方法更加准确,证明了节理岩体强度的降低是尺寸效应与节理化综合作用的结果,为节理岩体强度参数的研究提供了一条新的思路.     

基于布谷鸟搜索算法的动载荷识别

工程结构经常受到动荷载的作用,对结构产生不利的影响。为了准确有效地获取结构承载状态,提出了基于Newmark-β法的布谷鸟搜索算法识别动载荷。该算法将时间离散成若干个时间步,采用Newmark-β法对离散后系统的运动方程求解,得到动载荷作用下的结构响应;然后将动载荷响应作为优化变量,以计算响应和测量响应之间的差异为目标函数,利用布谷鸟搜索算法最小化目标函数,实现动载荷的反演。为了验证算法的准确性和有效性,以受动态载荷作用的简支桥梁为例进行反演,分别讨论了鸟巢数量、测点位置、测点数量以及测量噪声对反演结果的影响。数值算例表明,该方法可准确有效地反演动载荷。     

柱状节理岩体渗流应力耦合作用特性研究

应用3DEC离散单元法模拟柱状节理岩体应力渗流耦合.分析柱状节理岩体模型耦合算法与非耦合算法计算结果的差异及耦合算法下柱状节理孔应力与流量的变化.采用耦合算法所得最大应力与位移均大于非耦合算法,在耦合算法下,裂隙渗流产生的渗流力改变了应力场的分布,而应力场的变化使得裂隙岩体的渗透系数发生变化,从而导致岩体渗流场的重新分布.计算结果表明孔应力以及流量的变化是一个相互影响的动态过程.研究成果证明了所用方法的合理性,对柱状节理岩体渗流应力耦合作用特性做出了初步的研究与分析.     

节理岩体宏观力学参数尺寸效应的数值试验

基于Mont-Carlo法,建立了节理岩体的结构面网络,采用RFPA2D-DIP数值模拟软件把生成的网络图转化为有限元网格,从而建立能反映材料细观结构的数值模型.对其中6个不同尺寸的节理岩体试件进行单轴受压数值模拟试验,分析了不同尺寸节理岩体应力与应变之间的关系,以及抗压强度和变形模量的尺寸效应,并对岩体的破坏过程进行了研究,描述了1500mm×1500mm岩体的破坏过程.结果表明,随着岩体尺寸的增大其抗压强度和变形模量均减小,但变化幅度却越来越小,抗压强度随尺寸增大趋于稳定的速度更快,并得出了指数衰减的拟合关系式,不同尺寸岩体的破坏过程大致相同.该研究方法为节理岩体宏观力学参数的研究提供了一种新方法.     

三维梁系结构刚体元-柔性连接元动力分析模型

将多体动力学与结构动力学结合，研究适用于空间梁结构的刚体元－柔性连接元模 型进行动力分析。推导出一般情形下柔性连接元的广义弹簧系数矩阵和刚体元的质量矩阵都 是非对角的。引入零长度刚性元模拟多个刚体元汇交于一点和相邻刚体元轴线不在一直线上 等情形。给出的特征值问题算例证明了这种模型的有效，可推广应用于非线性动力响应分析。     

分形块体理论及其在三峡高边坡工程中的应用

把分形几何与块体理论相结合提出了分形块体理论，建立了分形块体赤平解析法，并将其应用于三峡永久船闸高边坡稳定性分析中，初步结果表明；分形体理论符合工程实际，是分析裂隙岩体工程稳定性行之有效且可靠的方法，。相信在三峡高边坡岩体稳定分析中将具有很好的应用前景。     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

供水管网地震过程中往往会遭到不同程度的破坏,以震后管线破坏状态模拟为基础,对带渗漏管网进行水力分析,进而评价其服务性能.在渗漏管网流分析时,引入节点配水量和节点压力的函数关系,结合中国点式渗漏模型,通过求解非线性方程组,得到震后管网节点的供水量和节点压力.该方法在传统的管网水力计算基础上,考虑节点流量随水压的动态变化,避免了负的压力计算值的产生.以一实际管网为例,介绍了震后供水管网功能分析的应用方法.     

低地应力区地下洞室拱顶围岩拉应力有限元数值模拟研究

采用弹塑性二维有限元法，以西北某市水利地下工程泄洪洞为例，对低地应力区洞室围岩开挖后拱顶拉应力进行了数值模拟研究，并总结分析了低地应力区地下洞室围岩开挖后拱顶拉应力及其分布特征。该项工作的实施，将有利于进一步研究低地应力区洞室围岩稳定性与围岩变形破坏机理。它将对保障地下工程的圆满进行具有极为重要的理论价值和现实意义。     

岩层移动的复合介质模型及其工程验证

将采场上覆岩体视为大系统复合介质,建立岩层移动的层状－离散二重介质模型．采用薄板层状介质解析与离散元数值模拟相结合的方法,探讨了整个上覆岩层的移动规律,从而为研究减缓地面沉降技术提供了可靠依据,并举一实例作为工程验证．     

岩体质量分类

岩体质量分类是水电工程基础工作中的重要环节.本文用四种不同的岩体质量分类方法,选择不同的岩体结构类型对云南某水电工程右岸岩体质量进行了分级.结果表明,对于各类岩体结构类型,四种岩体质量分类方法所得出的结果非常接近.其对应关系分别为碎裂结构一般为V～IVb岩体,镶嵌结构一般为IVb～IVa岩体.次块状结构一般为IVa～Ⅲb岩体,块状结构一般为Ⅲa～Ⅱ岩体.并且根据评价结果.作出了研究区625高程的岩体质量分区图,为下一步的参数配套工作奠定了必要的基础.     

应用ABAQUS程序进行节理岩质边坡稳定分析

利用ABAQUS有限元软件,按强度折减技术对一实际工程大型节理岩质边坡进行了稳定性分析.针对ABAQUS程序节理材料模型的定义过于简化,只能将岩体视为满布节理的材料,节理视为相互贯通且遍布于岩体中,而不能根据实际节理面间距或分布密度来定义节理的缺点,提出了将受节理面控制的岩体进行"砖块式"划分的方法以模拟实际的节理分布情况.实例的计算结果表明,采用ABAQUS程序的节理材料模型弱化了实际岩体的强度,得到的分析结果过于保守,而采用将岩体"砖块式"划分的分析方法更符合实际情况,计算的结果更为合理可靠.     

壳体强度和稳定性的非线性有限元分析

采用性能良好的离散克希霍夫三角形板壳单元，推导了非线性公式，包 括几何和物理两种非线性，可用于计算非线性平衡路径和极值载荷，给出非 线性分支屈曲分析。计算了几个算例，与已有的结果有良好的符合。     

露天矿边坡角的优化设计

提出了基于离散元法和神经网络的集成优化设计方法，离散元能充分考虑边坡岩体结构的不连续性，处理边坡的大变形情况，神经网络是从中获取经验知识，并用之解决问题的智能系统，该方法从两条途径，不同的角度，不同的侧面来设计边坡角，并进行优化，增强了设计的可行性。