分区破裂化现象的研究进展

通过对分区破裂化现象的发现过程进行回顾、对分区破裂化现象的研究现状进行综述,对深部巷道围岩的受力变形的特点有了更好的认识,并利用弹塑性理论、断裂力学理论、非线性科学理论等对分区破裂化现象形成的机理进行了探索,得到了一些有益的结论.在现场观测到了分区破裂化现象,从试验上再现了分区破裂化现象的一些主要特点,在数值模拟方面能...     

岩石厚壁圆筒三向压缩下的卸荷试验与岩石强度破坏

为研究地下工程开挖影响,采用厚壁圆筒多轴应力试验,对试样施加较高的轴对称内、外壁压力及轴向荷载后,进行内、外壁卸荷破坏试验.试验的破坏结果是在厚壁圆筒壁间形成环向主要破裂面.这一破裂现象在以往相关文献中未见报道,与通常弹塑性理论分析的较高应力发生在圆筒内缘、破坏从内缘开始的结论不同.这一结果与深部矿山巷道围岩出现的分区破裂(zonal disintegration)现象类似.     

一种新的超弹性形状记忆合金本构模型

Graesser模型以应力-应变增率形式表述了形状记忆合金(SMA)本构关系,具有形式简单、能反映SMA动态力学特性的优点;但忽略了加载路径对模型参数的影响,造成预测误差.依据超弹性SMA的拉伸试验结果,在Graesser模型基础上提出了改进模型:将滞回曲线分为加荷阶段、卸荷至马氏体逆相变完成阶段、母相弹性卸荷阶段三部分,每部分采用各自的参数.数值模拟比较表明:改进模型能很好地捕捉超弹性SMA在静荷下的应力-应变特征,在一定程度上反映加荷速率对其滞回性的影响,且较Graesser模型具有更高的预测精度.     

折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标，以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象，采用K₀固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验，并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比，模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径，然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K₀固结侧向卸荷不排水剪切试验，并对比3种试验结果。结果表明：先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线，粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关，卸荷量越大，则破坏强度越小；减围压阶段产生负孔压，轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势，在同一初始固结围压下，粉质黏土的卸荷比越小，则剪切时产生的最大孔压越大；先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大，则有效黏聚力越大，有效内摩擦角越小，与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比，有效内摩擦角偏小，有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。     

平面应变条件下土体变形的试验研究

取武汉地区具有代表性的粉质粘土进行了一系列卸荷应力路径试验,对其应力应变性状进行了较深入的研究。研究表明,土体卸荷试验的初始切线模量远大于加荷试验的初始切线模量,其破坏的主应变却远远小于常规三轴试验的破坏主应变,土体在复杂受力状态下的应力应变关系曲线表现出应变软化特性,其广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,且更真实地反映开挖卸荷条件下土体的应力应变特性,并探讨了这种特殊路径下的卸荷模量的计算。     

扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响

利用FLAC模拟了不同扩容角时圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化—理想塑性行为。文章的模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态。模拟结果表明,随着扩容角的增加,剪切带变宽,岩爆坑变深,破坏单元数目增多,破坏区变大。当扩容角较低时,高剪切应变集中于“狗耳”形岩爆坑位置,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较大;当扩容角较高时,高剪切应变集中于巷道周边的一些位置上,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较小。该研究结果与Roscoe,Arthur理论相符。     

不同卸荷路径下的页岩蠕变特性试验研究

地下硐室围岩流变现象显著,对硐室开挖与运营造成巨大威胁。以某深埋矿井巷道页岩为例,参照地下硐室实际开挖情况设计轴压与围压等比卸荷应力路径,同时开展恒轴压卸围压、等比卸荷两种应力路径下的蠕变试验,研究页岩在不同卸荷路径下的蠕变力学特性。试验发现：(1)页岩在两种卸荷路径下的蠕变特性十分明显,轴向应变量值始终高于侧向应变;(2)岩石在破坏应力水平下的轴向应变增长程度小于侧向应变,岩石的侧向扩容较为明显;(3)等比卸荷和恒轴压卸围压条件下的岩石长期强度分别为47.69MPa和62.85MPa,等比卸荷应力条件下岩石更易屈服破坏。研究成果可为地下硐室长期稳定性研究提供一定参考。     

1/4车-路耦合动力学模型研究

将车辆简化为1/4车模型,路面结构视为地基梁或地基板,建立车-路耦合动力学模型;通过引入动态接触算法,采用直接积分法求解,比较了车-路耦合动力学模型与静力模型结果的差别;讨论了两种模型在车辆非悬挂系质点垂向加速度、车-路耦合作用力、路面板动弯沉、动应变、接缝嵌缝料剪切应变和接缝传荷效率等的异同.结果表明,两种模型的非悬挂质点垂向加速度、车-路耦合作用力、路面板动弯沉和接缝嵌缝料剪切应变等具有较好的一致性,在动应变及接缝传荷效率等方面有一定差异;地基板模型可很好地模拟移动车辆作用下混凝土路面结构的动态响应,而地基梁模型可高效地用于路面结构的接缝传荷、嵌缝料振动模拟.建立的模型可用于水泥混凝土路面动态响应分析和路面性能评价.     

名山组泥岩顺层边坡原位直剪试验及开挖模拟

为研究川西名山组泥岩顺层边坡在坡脚开挖后的卸荷特征，通过原位直剪试验获取了名山组泥岩的岩体破坏及强度特征，并进一步采用有限元模拟分析了坡脚开挖后顺层边坡的卸荷松动特征。结果表明：名山组泥岩的剪切破坏可分为弹性受荷阶段、裂缝发展阶段和剪切面贯通后阶段；岩体结构面强度显著低于岩石，且强度曲线特征受上覆荷载影响较大；岩石的应变软化特征较结构面更为显著，剪切面贯通后强度急剧衰减，且降幅远高于结构面；坡脚开挖卸荷后，顺层边坡的卸荷松动区主要分布于基覆界面、风化界面和临空面附近的岩层层面处，卸荷深度与切层厚度线性正相关；设计采用的边坡防护方案能有效控制位移及应力，桩前土体开挖时需注意信息化施工。     

基于应变硬(软)化模型的深埋巷道开挖对邻近巷道的影响

为研究深埋工程开挖过程中围岩的硬(软)化现象,文章基于弹塑性理论,引入硬(软)化参数,建立了岩石的应变硬(软)化模型,对深埋巷道开挖对邻近巷道的影响问题进行数值模拟。研究表明:获取的岩石强度演化特征,能够反映岩石类材料的主要性质;巷道在高水平应力条件的潜在破坏区主要分布在两侧墙、底板两侧及拱顶;巷道内各位置应力值和变形量随着邻近巷道开挖的变化规律与工程实际相符。研究结果对认识岩石强度演化规律具有一定的指导意义,可为实际工程中巷道的支护设计和监测点的布置提供参考。     

岩体结构面三维循环加载本构关系

研究岩体结构面在循环加载条件下的三维力学性质。通过对二维数值模型合理推广,建立三维本构模型。法向加卸载本构为逐步硬化的双曲线函数。切向模型基于加载为双曲线函数、卸载为线性函数的本构方程建立,并引入剪切方向角描述三维切向接触特性。考虑峰值剪切现象,以切向塑性功为主要参数,建立峰值摩擦角和剪胀角的磨损方程。以初始剪胀角和残余剪胀角为主要参数建立剪胀方程。数值计算结果与试验曲线的对比表明,该模型体现了各向异性结构面的非线性受力变形特性、表面磨损和不均匀剪胀行为,能较好模拟三维循环加载本构关系。     

爆破载荷作用下围岩裂隙发展特征试验研究

为研究爆破载荷条件下围岩损伤范围与裂隙扩展行为问题,以云南红河州咪的隧道爆破开挖为背景,通过理论分析与室内模型试验分析方法,以Froude比例法建立爆破载荷作用下裂隙发展试验模型,分析爆破载荷作用下围岩试样的动态力学与裂隙发展趋势.结果表明:通过对空气间隔装药孔壁压力计算得到应力波作用下裂隙范围计算公式,同时基于爆生气...     

基于Hardin骨架曲线的粗粒土非线性动本构模型

为研究高速铁路路基粗粒土填料在列车荷载作用下的动力特性,使用大型动三轴实验仪对粗粒土填料开展了动力变形特性试验研究。以Hardin-Drnevich骨架曲线为基础,采用Masing准则构造了粗粒土加载、卸载的动应力动应变关系滞回曲线;推导了粗粒土的Hardin-Drnevich骨架曲线和加载、卸载滞回曲线上增量剪切模量表达式。利用ABAQUS软件的UMAT子程序编制了基于Hardin-Drnevich骨架曲线和广义Masing准则的粗粒土非线性动本构模型子程序。通过与三轴试验结果比较,验证所建立粗粒土非线性动本构模型的正确性。将该本构模型应用到高速铁路路基动力响应分析中,模拟结果与模型试验数据吻合较好。相对于摩尔库伦本构模型,该本构模型能够更好地反映铁路路基动力响应特性。     

盾构隧道围岩与衬砌协同作用纵向位移计算法

盾构机掘进过程中,千斤顶顶进力的不均匀引起的纵向位移是管片间初始错台的主要原因之一;基于Timoshenko梁理论的隧道纵向位移计算方法,未能考虑隧道开挖后围岩卸载破坏的变形特征及围岩与衬砌结构的协同作用效应,预测误差较大。建立了考虑围岩卸载扩容效应的等效地基抗力系数计算方法,提出了能考虑螺栓个数的等效抗剪刚度计算公式,建立一种基于Timoshenko梁理论的改进管片拼装式隧道纵向位移理论计算方法。实际工程案例分析表明：考虑围岩开挖卸载过程中围岩的非线性体积相关塑性变形（即扩容效应）更合理;考虑壁后注浆液固化过程的时效性,采用改进的滑移边界条件计算的纵向位移最大值是传统的固定端边界的计算值的2.3倍,边界条件对计算结果影响较大,本文计算方法更符合实际情况,也更安全。     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解，考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响，推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式，将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁，结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型，对比本文计算结果和数值模拟结果，验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高，验证了本文计算方法的正确性；随着类矩形盾构隧道掘进，邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大，在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定；邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小，沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

反平面剪切层间界面破坏的卸载行为研究

研究了由定常侧压力作用下,界面层上剪应力及位移场在卸载(反向加载)过程中的分布规律及演化规律·计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,卸载是非弹性的,伴随有损伤和摩擦两种耗散机制;另外,当卸载过程不能覆盖加载过程造成的损伤区时,会产生“应力锁死”现象,从而导致结构在以后的加载过程中可能产生冲击载荷·     

卸荷土体的强度特征

从理论及试验两方面研究了卸荷土体抗剪强度的问题，分析了土体卸荷与加荷两种受力状态下的不同强度特征，建议以加卸荷强度路径试验曲线线为依据进行卸荷计算。     

叠合板式剪力墙地震破损指标计算模型分析

为对叠合混凝土墙板进行较为系统的分析研究,并为编制地方行业标准提供可靠的科学依据,进行了在低周反复荷载下的叠合板式剪力墙和普通剪力墙对比试验研究.较系统地分析了结构的破坏形态、延性、刚度、耗能等,并采用基于刚度的破损指标和基于位移及耗能的破损指标的计算模型对构件进行了计算分析比较,计算结果与试验现象吻合良好.基于刚度的破损指标计算较为简便,可优先考虑使用.