泥石流启动过程试验与数值模拟研究

利用自制模型槽结构,结合PFC2D数值模拟软件,对坡度为25°固定单宽流量下泥石流的启动过程进行了试验和数值模拟,结果表明:坡趾处土体最先发生溯源侵蚀,泥石流的启动过程存在短暂的相对平静期和雍高现象,破坏形式是自上而下发生坍塌式破坏,利用PFC2D数值模拟能很好地模拟泥石流的启动、运动及堆积过程,研究结果可为以后数值模拟与工程实践提供指导。     

砼-岩一体两介质破裂过程中声发射特征试验

研究砼-岩一体两介质在受载条件下的声发射特征,可为预测该类型材料的破裂失稳提供科学依据。为此开展了砼、岩石、砼-岩一体两介质在单轴压缩条件下的声发射特征研究。结果表明:砼-岩一体两介质的能量计数曲线在破裂演化过程中呈现双峰值,峰值1的声发射特征可作为岩石材料失稳的预判;声发射事件的时空演化规律表明砼-岩一体两介质的非稳定破裂发展先从砼材料开始,而后通过砼-岩胶结面诱导岩石材料发生失稳破坏;声发射空间定位聚类结果表明砼材料先发生剪切失稳,而后通过失稳过程中所释放出的断裂动能以及骨料的应力集中,诱导岩石材料发生劈裂破坏。     

基于颗粒流热固耦合模型的片麻花岗岩损伤特性分析

利用颗粒流离散元程序并基于片麻花岗岩室内物理试验,建立数值热固耦合模型,针对不同温度条件下片麻花岗岩的热损伤演化规律展开分析。结果表明:温度导致片麻花岗岩内部产生初始损伤,且初始损伤随温度升高而累积增加;单轴压缩过程中,温度越高片麻花岗岩损伤越早且越剧烈;温度高于80℃,片麻花岗岩有由脆性向韧性转变的趋势。研究成果可为实际工程中片麻花岗岩的温度损伤评估提供一定的指导意义。     

高温养护条件下早龄期煤矸石混凝土单轴压缩声发射特性试验研究

为研究一种煤矸石充填混凝土在高温养护条件下早龄期的力学性能,对该煤矸石混凝土在高温50℃下分别养护1 d、3 d、7 d进行单轴压缩试验。采集单轴压缩全过程中的力学参数和声发射参数;并与常温20℃养护的情况进行对比。研究了该煤矸石混凝土在不同加载阶段的声发射特性。研究表明:高温(50℃)养护条件有利于煤矸石混凝土早期强度的提高,而且这种煤矸石混凝土的早期强度满足设计要求。在单轴压缩过程中,煤矸石混凝土声发射振铃计数的峰值出现在应力峰值的附近;这一现象可以作为煤矸石混凝土破坏失稳的预兆。声发射累计振铃计数和累计能量计数随时间变化趋势一致,声发射累计参量从缓慢增长到快速增长的现象可作为预测煤矸石混凝土加速损伤,临近失稳破坏的前兆信息。与常温养护条件相比,高温养护条件下的煤矸石混凝土声发射活动更强,利用声发射可以更有效地监测高温情况下煤矸石混凝土的破坏。     

基于颗粒形状的节理花岗岩力学性能颗粒流模拟研究

以齐热哈塔尔水电站的片麻花岗岩为研究背景,基于颗粒流数值理论,采用离散单元法,运用其内置的Fish语言建立由不同形状的clump单元组成的片麻花岗岩数值模型。通过预制7种不同倾角的光滑节理模型来分析片麻花岗岩节理方向性下的力学响应与损伤机制。研究结果表明:不同倾角下节理岩体的破坏模式为三种类型:翼裂纹的张拉模式、剪切模式、拉剪复合耦合模式,倾角为60°岩样相比于其余倾角强度最低,拉应力引起的裂纹起裂是导致各种宏观破坏的主要诱因,研究成果可为实际工程提供指导意义。     

基于PFC2D不同细观参数对生态混凝土宏观破坏分析

采用PFC2D离散元软件通过内嵌的Fish语言创建了不规则骨料,通过建立的生态混凝土数值模型利用控制变量法从不同细观力学参数对其双轴压缩破坏的影响进行了分析。研究结果表明:平均强度和标准差主要影响混凝土材料的不均匀性,不均质度越高,强度越低,裂纹空间分布越分散;摩擦系数主要影响应力应变曲线的形状和材料强度,摩擦系数越大,颗粒之间的咬合力越大,曲线下降段的残余强度也就越大;刚度比值和接触模量的增大均会造成颗粒之间形成刚性接触,平行黏接的作用会被削弱导致高抗拉应力和更多的张拉裂纹,最终宏观表现为张拉破坏。对混凝土数值模型的力学细观参数进行探究能够更好地对其进行参数的选择,为以后建立数值模型提供参考依据。     

高地温引水隧洞支护混凝土过水试验及数值模拟研究

高地温引水隧洞通水时,围岩及支护混凝土的温度变化是制约隧洞稳定的重要因素。为了研究衬砌混凝土在隧洞运行期间受低温水流作用的温度场,进行了喷射混凝土过水试验和数值模拟研究。结果表明:不同温度工况下,混凝土温度场达到稳定状态所需的时间不同。初始温度越高,所需时间越长。在不同温度条件下,混凝土相对应部分的温度变化趋势基本一致;不同温度工况下,混凝土稳定后的温度值空间变化趋势一致;从表层到底层逐渐增高。研究成果为隧洞工程衬砌混凝土稳定性和强度研究提供重要参考。     

不同围压条件下花岗岩压缩破坏声发射特征细观数值模拟

采用颗粒流软件PFC2D从细观上对侧限压缩下的非均匀花岗岩岩样进行了声发射(AE)时空特征研究.结果表明,随着围压的增加,岩样破坏的峰值荷载提高,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.岩样声发射的峰值出现时间和岩样的峰值破坏不同步,存在一定的滞后,大约出现在峰后90%峰值荷载处.在岩样破坏前均存在声发射的相对平静期,围压的大小不仅对声发射的时序特征有显著影响,而且声发射相对平静期也随着围压的增加而延长.通过对应变能的追踪,发现在声发射相对平静期存在应变能被吸收的现象,验证了在岩石破坏过程中存在损伤愈合过程.     

三种不同粒径砂岩的强度与破坏特征

为研究三种不同粒径砂岩在受载条件下的强度变化和破坏特征,选取同一地区的三种不同粒径的砂岩,分别进行了单轴压缩和巴西劈裂试验,借助基恩士超景深显微系统观察三种砂岩在受压、受拉破坏后裂隙周围岩石结构。试验结果表明：（1）砂岩随着粒径减小,颗粒比表面积增大,胶结及结构排列越密实,抗压（抗拉）强度越高,破坏形式由延展性逐渐转为脆性;（2）砂岩抗压强度随着粒径增大而降低,细砂岩较粉砂岩抗压强度降低了24.1%,粗砂岩较粉砂岩抗压强度降低了49.4%;（3）砂岩抗拉强度随着粒径增大而减小,细砂岩较粉砂岩抗拉强度降低了33.2%,粗砂岩较粉砂岩抗拉强度降低了52.3%;（4）砂岩抗压、抗拉强度随着粒径增加分别呈指数、幂函数减小的演化规律和变化特征。     

不同温度下的喷射混凝土粘结强度实验及数值模拟研究

针对工程项目出现的高温洞段喷射混凝土问题,对不同温度下的岩板进行喷射混凝土,在固定温度下持续养护28 d龄期,通过钻心拉拔实验测得喷射混凝土与岩石接触面的粘结强度。同时利用大型有限元软件ANSYS模拟喷射混凝土养护环境,得出应力分布图,进一步证明和分析实验结果。得出结论——随温度升高,喷射混凝土与岩石接触面黏结强度降低。为项目工程提供数据和实验支撑,为今后相关方面的研究提供参考。