裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合分析模型

从流体扩散能量叠加原理出发,建立了裂隙岩体介质的渗流张量解析表达式。综合应用断裂力学与损伤理论,探讨了复杂应力状态下裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的起裂准则,建立了裂隙岩体在压剪、拉剪应力状态下损伤演化方程,提出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系以及裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合模型。     

裂隙岩体渗流场与损伤场耦合模型研究

基于能量互易定理并考虑裂隙扩展过程中的能量转换和裂隙扩展过程中的相互作用，探讨了裂隙岩体在复杂应力状态下本构关系与损伤演化方程，给出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系，从而建立了多裂隙岩体渗流场与损伤场耦合分析模型，在此基础上，对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析，结果表明，左边坡相对于右边坡有更大的损伤演化区，应适当考虑左边坡的锚固和防渗措施。     

水压力作用下岩石中Ⅰ和Ⅱ型裂纹断裂准则

为了研究裂隙岩体在水作用下的损伤断裂机制,考虑水产生的垂直裂纹面的静水压力和平行裂纹面的拖拽力,分析处于压剪和拉剪状态的单裂纹应力状态,推导出水作用下裂纹的应力强度因子.还定义基于断裂韧度的损伤变量,并将损伤变量引入Dugdale裂纹模型,推导出水损伤作用下压剪和拉剪应力状态下裂纹的应力强度因子.基于压剪条件下的断裂准则和最大周向应力理论,推导出压剪和拉剪应力状态下,考虑水损伤作用的裂隙岩体断裂准则.     

水库蓄水裂隙岸坡断裂损伤分析

基于能量原理,用初始损伤张量和裂纹扩展附加损伤张量描述裂隙岸坡水-岩作用下的损伤演化过程,得到裂隙岩体在考虑渗透压作用下的本构关系与损伤演化方程,探讨渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,建立裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型.在此基础上,以水库蓄水期库区裂隙岸坡为例,进行渗流—损伤—断裂耦合分析.研究结果表明:随着蓄水深度的提高,断层及岸坡损伤范围扩大,相对损伤增加,x方向的渗透系数k随着水深增大而不断增大,所得结果可为岸坡的治理提供依据.     

含瓦斯煤体内多场耦合及损伤断裂机理

为了揭示含瓦斯煤体内应力场-瓦斯场-裂隙场三场之间的耦合关系及其损伤断裂机理.运用弹性力学、损伤力学及瓦斯渗流理论,通过建立损伤变量,描述煤体在有效应力作用下裂隙场的变化,同时给出损伤变量对煤体内孔隙率的影响以及煤体受损伤后有效应力的变化方程;根据所建耦合方程,考虑煤体在应力场-瓦斯场-裂隙场耦合作用下煤体内的微小变形对煤体宏观性能的影响,给出了不同损伤情况下煤体内瓦斯压力的分布规律.揭示了多场耦合作用下煤体内大量微损伤积累通过跨尺度的非线性串级发展而诱发煤体的宏观灾变,并从能量角度给出了含瓦斯煤体的损伤断裂准则.     

损伤导致的节理岩体渗流模型

岩体内部含有大量节理裂隙,当岩体受到扰动后,这些节理裂隙将张开、扩展并贯通,形成渗流通道,这使得岩体渗透性发生急剧变化。为了描述这种由节理裂隙扩展导致的岩体渗流场发生的变化,将这些节理裂隙看作岩体内部损伤,假设渗透张量与损伤张量主轴重合。在渗透张量主空间内,认为岩体在一个主方向上的渗透系数决定于其它两个主方向上的损伤,建立了相应的损伤与渗透系数之间的关系。在外部荷载作用下,损伤将发生演化,从而导致渗透系数也发生演化。为了描述这种渗透系数演化过程,采用已有的损伤演化方程,通过渗透系数与损伤之间的定量关系,来刻划岩体扰动过程中渗透系数的变化规律。通过与已有数据对比分析,本文所发展的损伤导致的岩体渗流模型是合理的,能有效地反映节理裂隙发育对岩体渗透性的影响。     

石灰岩损伤演化的断裂力学模型及耦合方程

采用断裂力学方法分析裂纹起裂条件 ,建立腐蚀损伤岩体水力 (劈裂 )损伤的演化方程 .水化损伤的演化用矩(碟 )形板模型表示 ,用化学动力学的方法———PWP(Plummer Wigley Parkhurst)方程推导出水化损伤的演化方程 ,在此基础上 ,通过拉剪状态下水化 -水力耦合损伤演化模型 ,建立了水化 -水力耦合损伤演化方程 ,并结合工程实例将其用于耦合损伤条件下应力强度因子和渗透张量的计算     

裂隙岩体介质温度、渗流、变形耦合模型与有限元解析

在建立了岩体裂隙介质三场耦合微分控制方程的基础上,推导了岩石、裂隙,水,气三相介质的温度场、变形场、渗流场耦合模型及有限元解析格式和分析计算方法,对国内某煤矿的多孔裂隙介质三场耦合实际工程问题进行了求解,对结果的可靠性及分析精度进行了论证.     

高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性

基于岩体工程中普遍存在节理裂隙岩体,裂隙岩体在地下工程卸荷扰动后形成复杂应力状态和高水头压力的共同作用下将发生压剪复合破坏或拉剪复合破坏,对裂纹面的应力状态进行分析以判定其破坏模式,并进一步研究岩体裂纹开裂特性及岩桥断裂贯通力学机理,建立相应的临界水压和初裂强度判据。同时,对处于水力劈裂状态的高水头压力隧洞围岩的破坏特性进行模拟。研究结果表明:隧洞在高渗透水压的驱动下周边围岩开始发生水力劈裂,形成拉剪劈裂区;随着内水外渗的发展,随即在拉剪劈裂区外侧形成压剪劈裂带,同时,拉剪区和压剪区继续扩展直至渗流衰减趋于稳定。     

单裂隙岩石损伤断裂过程的试验研究

为了掌握单轴压应力作用下含单一初始损伤试什的变形特征与损伤特性,采用室内岩石压力系统和声发射监测试验,研究了单裂隙岩石损伤断裂过程.通过采用应力--应变曲线和声发射数共同识别类岩石材料损伤断裂特性的方法,可容易地观察到裂隙岩石的初始损伤、损伤演化和宏观裂纹的发展过程,给出了损伤演化闽值和全应力--应变曲线的损伤解释,针对试验曲线所表现出的损伤特性进行了损伤描述,为建立相应的裂隙岩体损伤本构方程和演化方程打下试验基础.     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

破裂岩石力学性态的模拟研究

本文根据三轴压缩模拟试验结果,探讨了围压对破裂状态岩石的残余强度和弹模的影响,岩石处于完整状态与破裂状态时的粘结力和内摩擦角、岩石在不同破裂状态下的弹模变化情况,并提出了一种与模型材料相似的天然岩石处于破裂状态时的力学模型。     

复杂岩体地应力场的随机反演及遗传优化

利用岩体工程量测的变形或应力，考虑量测结果的随机性，提出了复杂岩体初始地应力场的随机反分析模型．在该模型中，采用具有多项式分布的边界荷载来模拟构造应力场，地应力和边界荷载不必符合特定的分布和假定，可以模拟任意分布的复杂初始地应力场；与有限元相结合，采用改进的能全局优化和智能搜索的加速遗传算法反演出边界荷载多项式系数．最后通过工程实例进行了验证分析，表明该方法的有效和可行性．     

岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用

在运用等效连续介质模型分析了裂隙岩体诊流场时，综合考虑并比较了单孔压水试验和节理裂隙统计取得的渗透系数，获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量．将这种确定渗透张量的方法应用于某铁矿边坡工程渗流场分析中，取得了较好的结果．     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。     

锚杆尾部断裂机制和防破断方法应用

 基于岩体弹性能释放对锚杆的冲击作用,采用冲击动力学中刚性块对杆轴向碰撞的应力解,推导出了锚杆断裂的4种围岩应力条件。在此基础上分析了岩石弹性模量、锚杆弹性模量、锚杆直径与岩石泊松比等因素对锚杆断裂的影响。分析结果显示:在这4种围岩应力条件中,杆头被一次冲断基本上是不可能的,由于其他几种锚杆断裂时的围岩应力条件很接近,所以在实际中锚杆尾部被一次冲断的可能性最高,这也印证了锚杆尾部容易断裂的观点;另外,锚杆断裂的围岩应力条件受岩石弹性模量、岩石泊松比、岩石密度、锚杆弹性模量、锚杆密度、锚杆直径等因素的影响,其中影响较大的是岩石弹性模量与锚杆弹性模量的比值、锚杆直径和岩石泊松比;锚杆尾部断裂的围岩应力条件对于改进锚杆形式、优化锚杆力学性质有理论指导意义。最后,以马路坪矿的巷道工程为例,说明了锚杆防破断方法的具体应用,收到了良好的效果,可以在实际工程中推广应用。