修正的广义开尔文粘弹塑性岩石本构模型变形参数特性研究

广义开尔文流变模型被广泛应用于描述岩质边坡开挖过程中岩体的粘弹性变形分析.由于岩质边坡在开挖过程中岩体的变形是粘弹性和塑性变形综合作用的结果,因此广义开尔文流变模型不能较好地表达岩质边坡在开挖过程中的变形.文章针对岩质边坡在开挖过程中边坡岩体表现出来明显的粘弹塑性变形特征,采用FLAC3D数值软件对符合修正的广义开尔文粘弹塑性本构模型的岩石试件进行单轴压缩数值试验,获得该粘弹塑性本构模型变形参数的基本特性,为岩质边坡开挖岩体粘弹塑性本构模型的选择提供参考.     

土体全弹塑性模型及其工程应用

为了模拟基坑开挖卸荷土体变形的全程弹塑性特征,将岩土弹塑性理论引入到Duncan-Chang模型中,建立了一个全弹塑性土体模型,模型的参数可通过三轴试验确定.在分析了基于该模型的基坑开挖数值计算方法的基础上,编制了相应的有限元计算程序,该程序能考虑基坑开挖过程和桩土之间的相互作用.通过对某基坑工程开挖模拟,并与Duncan-Chang模型比较,结合以往分析经验初步验证了模型的合理性.建立的土体模型更适于松砂和粘性土等应变硬化土体的卸荷过程模拟,提高基坑工程等挖方工程的模拟精度.     

海底岩溶隧道损伤-渗流耦合机制及其应用

目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲线在开挖面中线两侧存在较大差异,随着上覆海水压力的增加,沉降最大值出现小幅增长,其位置逐渐向溶洞中线处偏移;当施加充填水压时,地表沉降值、开挖面附近围岩位移值和衬砌最大主应力值均发生明显变化;随着充填水压的加载,隔水岩体的损伤值和损伤区域逐渐增大,渗透系数成数量级增长,形成的导水通道为开挖面发生突水突泥灾害埋下了隐患.结论计算结果对岩溶区隧道监测和突水灾害防治具有指导意义.     

深部开采工程中渗流-损伤-应力耦合模型

为了研究地应力场、损伤对渗流场深部岩体的影响问题,从理论上分析了岩体渗流运动的基本规律,引入岩体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含岩体开挖过程固气-损伤耦合作用模型。应用该模型模拟分析了深部采动中岩体渗透性的演化规律。结果表明:在开采过程上覆岩层应力增大、变形增大,岩体垮落现象明显,并伴随着岩体渗透性迅速增大,应用该耦合模型解决实际工程和现场实际观测结果比较吻合。     

岩土工程中弹塑性反演计算边界元法及其应用

将弹塑性理论的位移反分析边界元方法用于岩土工程施工监控设计的反演计算中,并由所岩体周围的位移计算出初始地应力及岩体弹性摸量.除给出岩土工程中的弹塑性边界元反分析方法以外,还导出了应变空间中表述的弹塑性本构方程,提出了求解非线性方程的近似中点刚度法,它能加速收敛.文中的算例表明提出的计算方法和程序是可行的.     

三峡工程永久船闸高边坡变形数值仿真分析

基于实际的开挖过程、锚固措施和地质条件建立了三峡永久船闸高边坡的二维和三维数值模型，按9种工况对边坡变形进行了数值仿真分析．计算成果表明，岩体开挖卸荷对边坡的变形有较大影响，正确地划分岩体卸荷带使计算结果更趋合理；锚固和地下水对边坡的整体变形影响较小；边坡岩体仅局部产生零星塑性屈服区，但在中隔墩顶部有拉应力区，可能引起岩体开裂；粘弹塑性模型计算成果显示，边坡开挖完成后变形将趋于稳定．     

高混凝土坝坝基开挖工程的岩体稳定性问题研究

建立了3种不同的力学模型,即:1.粘弹塑性模型,2.脆性断裂模型,3.组合模型。对坝基岩体开挖稳定性问题进行了分析计算,探讨了坝基建基面与时间因素有关的位移、应力、屈服破坏的动态过程。据此可在定量分析基础上确立风化裂隙岩体与应力集中区岩体的可利用标准,使确立的建基面更符合生产实际。     

弹塑性损伤分析的参变量变分原理

参变量变分原理采用了现代控制理论的极值变分思想,将本构关系化为状态方程控制着泛函的变分,是一种有效的求解非线性问题的方法,本文在弹塑性损伤基本方程基础上构造了弹塑性损伤分析的势能泛函,对损伤演化方程和加载函数近拟处理,导出了状态方程,指出求解弹塑性损伤问题归结为求解在状态方程控制下的势能泛函数极值问题,由此建立了弹塑性损伤分析的参变量变分原理;变分原理物理意义明确,并给出了参变量变分原理实施的有限元列式,易于计算机编程实现,文中对一算例进行了数值计算,计算结果表明该方法是求解弹塑性耦合损伤问题的有效方法。     

爆炸冲击作用导致岩体损伤的模型试验研究

岩土体开挖与围岩保护是岩土工程中两项重要内容,但在具体工程中普遍存在开挖和保护岩体的相互矛盾。本文针对以上矛盾来研究爆炸冲击作用导致岩体损伤及其力学特性的演化。文中采用实验室控制条件下的模型实验方法,在爆前及爆后对试件分别进行取芯检测,通过对芯样的各项力学性能指标的测量,研究爆破冲击载荷在预留岩体不同位置所造成损伤程度大小,同时还对现场采集的岩样进行了同样的试验研究。文中最后给出了利用试验所得出的各项结果来计算损伤变量值的方法,并且利用该方法计算得到了岩体在经过爆炸冲击载荷作用后的损伤值。该研究对于高陡边坡的爆破以及支护设计具有一定的意义。     

爆炸冲击作用导致岩体损伤的模型试验研究

岩土体开挖与围岩保护是岩土工程中两项重要内容，但在具体工程中普遍存在开挖和保护岩体的相互矛盾。本文针对以上矛盾来研究爆炸冲击作用导致岩体损伤及其力学特性的演化。文中采用实验室控制条件下的模型实验方法，在爆前及爆后对试件分别进行取芯检测，通过对芯样的各项力学性能指标的测量，研究爆破冲击载荷在预留岩体不同位置所造成损伤程度大小，同时还对现场采集的岩样进行了同样的试验研究。文中最后给出了利用试验所得出的各项结果来计算损伤变量值的方法，并且利用该方法计算得到了岩体在经过爆炸冲击载荷作用后的损伤值。该研究对而高陡边坡的爆破以及支护设计具有一定的意义。     

盾构法施工深埋斜井的围岩应力变形分析

以采用盾构法施工的神华新街台格庙矿区主斜井为研究对象,对该斜井穿越2种典型地层的施工过程进行数值分析,得到了施工过程中围岩的应力分布及变形规律.研究结果表明:随开挖的推进,围岩中的应力释放区和塑性区的分布及隧道拱顶、拱底的位移变化规律与水平隧道基本相同;开挖影响范围内,围岩的最大主应力与位移等值线均近似平行于斜井轴线,平行程度随距离斜井轴线由近至远而逐渐变弱;斜井埋深越大,表面沉降越小,且沿着斜井开挖方向成非线性分布;围岩力学性质越差,斜井开挖面的空间影响范围越大;开挖面前方影响范围大于后方,本文斜井的开挖面影响范围为其前方3倍洞径,后方4倍洞径,大于水平隧道.     

复杂应力状态下完整岩体卸荷破坏的损伤力学分析

在损伤力学理论的基础上建立了岩体卸荷破坏的损伤本构模型，通过与红砂岩的四种卸荷破坏试验结果经过表明该模型适用于脆弹性岩体的卸荷破坏。     

小秦岭井巷工程岩爆控制试验

 有岩爆倾向岩石遇到较高的支承压力时常发生岩爆.为了控制岩爆,依据支承压力分布规律,借助钻孔受压变形释放部分集中应力,并借助爆破震动引起支承压力峰值向岩体深部转移而增加减压区的承载能力.现场爆破试验得到了巷道、马头门和竖井掘进的岩爆控制施工参数及防范卡钻的措施.试验表明：超深钻孔与掘进进尺的比例达到2~3时可成功控制掘进端面的岩爆,呈三角形布置超深钻孔可成功控制巷道、马头门及竖井掘进的端面岩爆,间隔1.5~2.5m布置深2.0~3.0m的震动炮孔可以成功控制巷道帮墙或竖井井壁的岩爆,光面爆破或台阶光面爆破成巷并临时锚杆支护码头门能避免冒顶或片帮.     

煤层巷道预排瓦斯带的流固耦合效应数值模拟

针对在研究本煤层瓦斯涌出规律时,没有准确方法确定煤层巷道预排瓦斯带宽度的问题,基于瓦斯渗流和煤岩变形理论,建立含瓦斯煤岩体瓦斯渗流方程和煤岩巷道变形场方程,确立了煤层巷道预排瓦斯带流固耦合数学模型,以沁水煤田综掘煤层巷道作为实例进行数值模拟计算,研究得出含瓦斯煤岩巷道损伤的时空演化规律.提出基于示踪原理的实测煤层巷道预排瓦斯带宽度的方法,实测考察与数值计算结果具有一致性.研究提出的方法能够解决煤矿工作面瓦斯涌出量预测精度问题.     

建立在损伤应变空间的岩体破坏准则

根据岩体损伤变形过程的耗能分析，以及岩石和岩体模型的损伤，破坏试验结果，在损伤应变空间建立了一个岩体破坏准则，可方便地用于岩体强度及破坏的预测，而不需附加设定，该准则既适用于脆弹性岩石，也适用于弹塑性岩体，而且对加载和卸过程同样有效。     

岩石内含物对激光破岩的影响

根据非定常传热原理分析了高斯激光光束作用到岩石表面时岩石内部的温度场分布情况,应用温度场分布结合热应力方程的方法分别模拟了岩石内部有无内含物时的热应力分布情况。数值模拟结果表明,同一激光光束作用相同时间,有内含物的岩石在内含物边缘附近产生的热应力比无内含物的大,即相同的激光功率和照射时间分别作用到有无内含物的岩石时,有内含物的岩石碎裂的可能性更大。在自然界中大多是含有杂质的岩石,该研究为含有内含物情况下的激光破岩提供了理论依据。     

岩石的非线性流变损伤模型及其应用研究

文章从损伤角度研究岩石在拉压作用下变形破坏的非线性特性,基于割线模量法定义损伤变量,建立岩石非线性流变损伤本构方程,并通过拉伸模拟计算及边坡损伤计算分析验证损伤模型。     

多元线性回归在矿体开采中的应用

运用正交有限元原理,对影响矿体开采的主要结构参数进行正交试验分析,用三维有限单元法求得矿体开采在数值模拟极限状态下的顶板极限厚度,并采用多元线性回归的方法推得矿体顶板极限厚度与主要开采结构参数之间的关系式,然后用工程实例验证了推得关系式的可靠性。     

多元线性回归在矿体开采中的应用

运用正交有限元原理，对影响矿体开采的主要结构参数进行正交试验分析，用三维有限单元法求得矿体开采在数值模拟极限状态下的顶板极限厚度，并采用多元线性回归的方法推得矿体顶板极限厚度与主要开采结构参数之间的关系式，然后用工程实例验证了推得关系式的可靠性。     

9孔桶形掏槽一次成井技术

 为解决一次成井中天井断面小、深度低的问题,提出9孔桶形掏槽一次成井技术。通过对掏槽爆破机理研究,选取了4空孔掏槽方式,装药孔与空孔直径分别为0.11、0.25m,掏槽孔与空孔间距0.46m等爆破成井主要参数。采用非线性动力分析软件LS-DYNA对9孔桶形掏槽一次成井的关键—掏槽过程进行了数值模拟,实现了9孔桶形掏槽槽腔成形过程的可视化。模拟结果表明,成井参数选取合理,主掏槽孔能与空孔有效贯透形成“莲花形”槽腔,副掏槽孔能以“莲花形”槽腔为自由面进一步扩大槽腔。最后在理论分析和数值模拟基础上,以某露天矿为工程实例,对所取参数进行现场实验,一次爆破形成了23.4m天井,天井断面4m×4m,证明数值模拟结果准确,该技术在深孔一次成井中可行。