短粗试样（矿柱）渐进破坏的围压效应

采用FLAC，在矿柱端面不存在水平摩擦力条件下，模拟了围压对矿柱渐进局部剪切破坏的影响。在弹性阶段，材料的本构关系为线弹性。峰值强度后的本构模型取为莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值结果表明，随着围压的增加，矿柱的峰值强度、残余强度及应力降增加；剪切带图案变得不规则，对称性变差，发生塑性破坏的单元数量变少，被剪切带切割的块体尺寸及形状变得不规则；总软化区扩展率降低，因此，受到高围压作用的矿柱，不易发生失稳破坏。但在破坏前，前兆不明显；矿柱中部的均匀分布的水平及垂直应力增加，它们的分布具有某种相似性。在剪切带之外，垂直及水平应力均较高，这为剪切带沿其切线及法线扩展提供了所需要的、较高的应力梯度。应力分布的不均匀性，根源于矿柱发生了以多重剪切带为表现形式的局部剪切破坏。     

单轴压缩条件下普通混凝土柱的峰后非线性尺寸效应

将单轴压缩条件下遭受到剪切带(峰值应力之后呈现线性应变软化行为)形式的单一剪切破坏普通混凝土试样的峰后应力-应变曲线斜率的解析解推广为非线性情形.在峰值应力之前,采用Scott模型描述非线性的本构关系.剪切带的非线性应变软化本构关系由导出的最短普通混凝土试样峰后斜率反算.利用得到的峰后本构关系,对其他较长的普通混凝土试样的应力-应变曲线进行了预测.预测的峰后应力-应变曲线依赖于试样的高度,且与实验结果吻合.估算的剪切带内部平均塑性剪切应变远大于在单轴压缩条件下测得的轴向应变的极限值.若测得的峰后应力-应变曲线被视为本构关系,则普通混凝土柱的峰后延性将被极大地低估.     

端面约束对岩样全部变形特征的影响

利用编制的计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数，采用FLAC模拟了端面约束对含缺陷岩样剪切带花样、全部变形特征及侧向位移分布的影响。在峰值强度之前及之后，岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。计算表明，端面约束对岩样的破坏模式及剪切带倾角没有明显的影响，以致于不影响应力．轴向应变曲线及应力-侧向应变曲线软化段的斜率。端面光滑时剪切带的扩展速度及泊松比高于端面粗糙时。端面光滑时的应力一轴向应变曲线、应力·侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线及体积应变．轴向应变曲线均在端面粗糙时下方。端面光滑时的岩样失稳破坏前兆比端面粗糙时更明显。无论端面粗糙与否，岩样侧面上各节点水平位移分布都是不均匀的。通常，端面光滑时的最大侧向位移高于端面粗糙时。当轴向应变较高时，端面光滑时的侧向位移分布与端面粗糙时类似（端面上的节点除外），这反映了类似的破坏模式。     

峰后脆性对非均质岩石试样破坏及全部变形的影响

在平面应变压缩条件下,采用FLAC模拟峰后脆性对含初始随机材料缺陷的岩样的破坏过程、前兆、声发射及全部变形特征的影响.利用若干FISH函数预置初始随机缺陷,计算全部变形特征,并统计每10个时间步内的破坏单元数.密实的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.缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.不同脆性岩石的峰后的应力-轴向应变曲线、应力-侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体积应变-轴向应变曲线及由侧向应变及轴向应变计算得到的泊松比-轴向应变曲线于应力峰值之前发生分离.由于缺陷的依次破坏,在初始加载阶段之后,计算得到的泊松比随着轴向应变的增加而直线上升,这使侧向应变增加的速度超过轴向应变增加的速度.随着峰后脆性的降低,岩样失稳破坏的前兆变得明显,破坏变得不突然.脆性越强的材料,体积膨胀之后发生应变软化越早;剪切应变集中的位置越少;在硬化阶段及软化阶段,声发射持续的时间越短.     

结构接触面剪切特性及软硬化损伤模型

采用大型直剪仪进行了黏性土、砂土两种土样与混凝土接触面的直剪试验,研究了不同法向应力条件下,土与混凝土接触面上的应力、应变及破坏强度等特征.试验结果表明:对于黏性土与混凝土接触面的剪切加载,剪切过程表现出应变软化特性,残余应力水平趋于稳定状态;砂土与混凝土接触面的剪切过程主要表现为应变硬化,残余应力缓慢增长.针对土与结构接触面剪切特性,从损伤力学理论出发提出了考虑应变硬化和软化特性的结构接触面剪切损伤本构模型及模型参数确定的方法.该模型能充分反映土-结构接触面的应变软化和硬化特性,参数较少,方便实用.     

基于三轴压缩试验的红砂岩本构模型

利用RMT150B型岩石力学多功能试验机对红砂岩试样在不同围压条件下的三轴压缩应力应变全过程曲线进行了系统试验研究。研究表明：围压增大，岩石的峰值强度也随着增高；红砂岩的体积应变在峰值后区表现出很大的剪胀性。基于试验结果，分析了岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压之间的关系，根据试验得到了典型三轴压缩应力应变全过程曲线，建立了一个由线弹性段Ⅰ、线弹性段Ⅱ、线性软化段、线性残余塑性流动段组成的线性本构模型，给出了红砂岩4个阶段的本构方程，并确定了相关参数。     

结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

冰川泥石流物源区冰碛土剪切力学特性研究

为研究冰川泥石流物源区松散堆积体的剪切破坏行为及其剪切强度特性,选取帕隆藏布流域3条泥石流沟道内的冰碛土作为主要研究对象,进行室内常规三轴饱和状态下不排水剪切试验,获得冰碛土在不同应力状态下的剪切变形特征、孔隙水压力变化以及强度特性,分析不同泥石流沟内冰碛土孔隙水压力对土体破坏的作用机制.结果表明,冰碛土的应力-应变关系表现为应变软化型,呈脆性破坏特征,在较小轴向应变(2%)下可达峰值强度;孔隙水压力与轴向应变增长到峰值后趋于稳定,两者呈无明显峰值点的非线性关系曲线;总应力路径近似直线,有效应力路径曲线在总应力路径的左侧,剪切过程中产生正孔隙水压力;有效固结围压增加,变形模量、峰值强度及其对应的轴向应变随之提高;孔隙水压力变化可间接反映土体剪切力学行为,但易受岩性、应力状态等因素影响.     

不同厚度充填体-围岩组合体力学性质及损伤本构

为探究充填体厚度变化对充填体-围岩组合体力学性能的影响规律,开展了5种不同厚度充填体-围岩组合体试件单轴压缩试验,结合数字散斑技术对试件破坏模式的变化进行分析,建立考虑峰后应变软化阶段的分段式损伤本构模型对全过程应力—应变关系进行描述。分析结果表明,充填体厚度变化对组合试件力学性能与破坏模式影响显著。随着充填体厚度由0 mm增加至100 mm,试件峰值强度由94.6 MPa呈指数关系下降至10.1 MPa、峰值应变由0.30下降至0.06,弹性模量呈先下降后上升变化趋势;利用数字散斑技术分析发现,随着充填体厚度增加,破坏模式逐渐由脆性剪切破坏过渡为拉剪复合破坏,最终发展为由充填体内部发生 X 型剪切破坏而引起的拉伸劈裂破坏;通过改变分段式损伤本构模型的分布参数与修正系数,可较好的表征不同充填体厚度试件的全过程应力—应变曲线,利用文献[26]数据进行验证,发现模型适用性较好;充填体厚度越大,由充填体存在而引起的试样初始损伤越大,达到峰值应变时,损伤变量 D未达到1,试件延性破坏特征越明显,破坏后残余强度越高。     

水泥土强度特性和损伤本构模型研究

为探究围压对水泥土强度特性的影响以及建立不同围压影响下的损伤本构模型,开展室温和冻结状态不同围压下三轴剪切试验.考察了围压对水泥土力学参数的影响规律,建立能够反映出低围压对冻结水泥土强度的强化作用和高围压的弱化作用的修正Hoek-Brown强度准则.假设水泥土微元强度的分布规律服从双参数的Weibull函数,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式分别确定室温和冻结状态下水泥土微元强度,建立了考虑围压的统计损伤本构模型.结果表明,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式建立的损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下水泥土应力-应变曲线,且能够反映出冻结状态水泥土低围压下的应变软化现象与高围压下的应变硬化现象.室温状态时不同围压下损伤变量随轴向应变变化曲线形状相似,均随轴向应变增加呈"S"型单调递增.冻结状态下低围压抑制水泥土损伤劣化程度;高围压使其损伤劣化程度增加,在轴向应变很小时,损伤变量就达到较大值.     

断层-围岩系统的形成过程及快速回跳数值模拟

采用FLAC模拟了断层-围岩系统的形成过程及位移的分布规律.计算中采用了莫尔-库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后岩石本构关系为线性应变软化.两条断层带(或剪切带)汇交时系统形成,之后其承载能力下降.在断层带左侧,由于在系统承载能力降低的过程中,弹性应变的快速恢复,出现了快速回跳现象(系统失稳).在断层带之外,位移分布是均匀的.在断层带位置,存在较大的位移梯度.系统承载能力越低,位移梯度越大.远离加载端的区域先回跳,然后回跳区域逐渐扩大,向加载端传播,直到整个系统都回跳.上述过程持续的时间步数较少,说明了系统失稳的突发性.系统整体回跳发生于应变软化阶段.     

弹性-脆性-损伤模型及其在岩石局部破坏研究中的应用

在弹性-脆性-损伤本构模型中,采用了由线性的莫尔-库仑剪切屈服函数和非线性的虎克-布朗屈服函数复合后的屈服函数,以适应高压应力条件下岩石变形及破坏规律的研究.为了考虑脆性岩石在应力突然跌落过程中的弹性模量的变化,引入了一个损伤因子,以描述损伤的程度.此外,还考虑了围压对弹性模量的增强作用.对平面应变压缩条件下的矩形岩样的破坏过程进行了计算,并与接近脆性的带拉伸截断的应变软化莫尔-库仑模型的结果进行了对比,发现了它们之间的差异.又对静水压力条件下的平面应变模型开挖圆形巷道之后的破坏区、轻微的剪切及拉伸岩爆区和体积模量的分布进行了计算.研究发现,当考虑围压对弹性模量的影响后,体积模量的高值区位于V形坑的尖端,而V形坑内部的损伤程度随着损伤因子的增加而增加.如果不考虑围压对弹性模量的影响,V形坑尺寸大、较钝.研究结果表明,不同岩石脆性破坏过程中的损伤程度及围压对弹性模量的影响程度不相同是导致V形坑形态差别的原因之一.     

不同强度岩石的破坏过程及声发射数值模拟

采用FLAC模拟了初始内聚力及内摩擦角对具有随机材料缺陷单轴平面应变压缩岩样破坏过程及声发射的影响;采用编写的若干FISH函数规定随机缺陷及统计发生破坏的单元数目.密实的岩石服从莫尔-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;缺陷在破坏之后经历理想塑性行为.随着密实岩石强度参数的提高,从应力峰值到残余应力的应力降、轴向应变增量提高,贯通试样的剪切带出现滞后,试样内部最终发生破坏的单元数降低.对于密实岩石强度参数高的试样,缺陷全部发生破坏之后,密实岩石没有立即发生破坏;应力峰值被达到之后,破坏的单元数增长不大.在加载过程中,声发射数有显著增加的三个区段.区段1、2及区段3的绝大部分位于峰前.在区段3的峰前阶段,声发射数的增加源于缺陷的长大、聚结、传播和竞争.强度参数越高,区段3越长,区段3的峰值越低.这表明当密实岩石的强度参数较高时,密实岩石单元破坏相继发生,破坏过程持续得较长.     

云雾山隧道围岩力学性质研究

对宜万铁路云雾山隧道灰岩进行室内三轴压缩试验研究,分析与比较了自然状态和饱和状态试样在不同围压下应力-应变关系曲线,结果表明,含水状态和围压对岩石的峰值强度、轴向应变及弹性模量均具有一定影响.在主应力空间内,利用线性莫尔-库伦强度准则拟合试验数据得到岩石的强度参数C,φ值,为该隧道工程的计算分析提供参考.对岩样的破坏特征进行分析后得出:在较低围压下,试样基本上为宏观单一断面的剪切破坏,随着围压的增大,试样有向两个相交的剪切面发展的趋势.     

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。     

应变空间表述的混凝土弹塑性耦合本构模型

考虑到岩土类材料的应变软化和弹塑性耦合特点，从Ｉｌ’ｙｕｓｈｉｎ公设出发，把弹性模量看成是塑性应变的函数，直接从应变空间构造初始屈服函数并确定加载函数，推导出一个应变空间表述的本构模型。该模型不但可以描述材料的强化段，而且可以描述材料的软化段并能反映材料弹塑性耦合的性质。给出的两个简单算例说明了该模型的有效性。     

土与地下连续墙相互作用的非线性分析

本文采用有限元法对基坑开挖过程土与地下边疆墙相互作用进行非线性分析。分析时，对土体采用Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ双曲线应力－应变关系和Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ破坏准则，对土－混凝土墙体界面单元采用Ｃｌｏｕｇｈ－Ｄｕｎｃａｎ双曲线剪应力－剪切位移关系，参考有关试验确定计算参数，并模拟基坑的开挖程序和设置不同支撑构件的影响。分析结果与工程实测资料进行了比较，得出对设计和施工有价值的几点结论。