岩石应变软化的有限元计算

本文讨论了岩石应力-应变关系曲线及其理想化假设,考虑到岩石应变软化特性.编制了柑应的望性有限元程序.经与理论值比较后表明该计算的可行性和正确性.     

考虑土体软化的隧道盾构掘进界面稳定性分析

岩土工程中的许多土体有应变软化行为,这种软化行为能导致应变局部化,进而对土体的稳定性有重要影响．首先研究饱和砂土的排水平面应变压缩试验的剪切带的形成,进行数值分析,预测了实验现象．然后,考虑土体应变软化盾构掘进面失稳的影响,对深埋隧道的盾构掘进进行三维数值分析,对比分析渗流条件下应变硬化模型和应变软化模型以及应变软化条件下考虑渗流与未考虑渗流模型之间的区别．分析表明,土体应变软化更容易导致盾构掘进界面失稳,使得开挖面的极限支护压力和地表沉降增大、塑性区扩展比没有应变软化的土体更大．探讨了诸如内摩擦角、黏聚力等土质应变软化参数的变化对盾构掘进界面稳定性的影响,发现内摩擦角软化的影响较大,黏聚力次之．最后,对天津地铁9号线的一段盾构掘进进行了模拟,其结果与工程实测数据相吻合．     

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.     

基于峰后特征的深部隧道围岩分层断裂数值分析

为了揭示深部隧道工程围岩的分层断裂机理而展开数值实验研究.分析了深部地层岩体历史及赋存环境,认为深部岩体在力学上处于峰后阶段,根据岩石峰后应力-应变特征选定了围岩的峰后特征指标及其开挖响应方程.建立了数值实验模型,设计了开挖数值模拟的围岩响应监控方案.完成了大量的开挖数值模拟,实现了深部围岩分层断裂现象在数值模拟中的重现.基于实验中围岩应力、变形分布的全程监测结果,在确定围岩分层断裂产生条件的基础上,进一步研究得到了围岩分层断裂层数、分层断裂圈半径、最大峰值应力等参数与峰后特征指标的关系.根据地下结构开挖围岩应力重分布及岩石力学破裂机理,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制.所得数值模拟结果,为深部工程围岩的分层断裂提供了验证依据,消解了长期以来数值模拟中没有观察到分层断裂现象的困惑.     

考虑材料应变软化的非线性有限元的改进变Kp法

针对变Kp法进行非线性有限元求解时，存在求解精度低和应变软化难以模拟的缺点，分析了变Kp法与增量法内在联系与区别，将初应力迭代法的基本思想引进到变Kp法，提出了改进变Kp法。不仅保持了原方法求解效率高的优点，而且可改善原方法求解精度，使该方法适用于材料应变软化的数值模拟。     

基于SMP破坏准则的柱形孔扩张问题理论分析

考虑土的应变软化特性．采用应力跌落的简化应力-应变模型．并用简化的体积应变ε，与大主应变ε1及小主应变ε3与ε1之间的相互关系反映土的剪胀特性，利用空间准滑动面（SMP）理论和平面应变轴对称问题的柱形孔扩张基本方程，通过推导确定了无黏性土中柱形孔扩张问题的应力场、应变场、位移场、塑性区半径和孔扩张压力．通过算例分析，探讨了土的剪胀性和软化特性对孔扩张问题的影响．通过与基于Mohr—Coulomb破坏准则的解答进行对比分析，探讨了孔扩张问题中的中主应力效应．计算与分析表明，土的剪胀性和软化特性及中主应力对孔扩张（极限扩孔压力与塑性区半径）具有显著影响．基于Mohr—Coulomb破坏准则的解答往往偏于保守．     

考虑材料软化的洞室围岩弹塑性分析的统一解

基于统一强度理论,考虑岩土材料的软化特性,用弹性塑性软化塑性残余三线性应力应变模型推导出了洞室围岩塑性残余区半径、塑性软化区半径、洞周边位移、围岩内任一点应力及围岩压力的解析计算公式。同时给出了洞室围岩所处应力状态的判别式。得出的解答具有广泛意义。著名的Kastner公式、Airey公式均为本文的特例。通过实例分析了软化及不同强度模型对计算结果的影响。     

含甲烷水合物松散沉积物的力学特性

通过含甲烷水合物松散沉积物三轴测试,首次基于临界状态原理探讨水合物沉积物发生应变软化、硬化破坏形式的机制,重点分析各强度参数变化规律及其对破坏模式的敏感性。结果表明:三轴剪切试验过程中沉积物破坏模式受有效围压、水合物饱和度等因素共同控制;破坏模式对峰值强度、起始屈服强度、起始屈服模量、内聚力、内摩擦角等参数的影响较小;不同破坏模式条件下水合物沉积物切线模量、峰值剪切模量等参数变化规律完全不同,其计算模型须在不同破坏模式框架内分别分析,而不能忽略破坏模式的影响建立笼统的水合物沉积物强度参数计算模型。     

细颗粒含量对海洋性土的力学性能影响规律研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

岩石应变软化弹塑性有限元分析

本文从岩石的变形特性和界面约束理论出发,建立了应变软化规律及共有限元本构方程。这种方程的求解存在着解法难与收敛慢和漂移界面的两个问题。解决方法:(1)分析各种解法,采用初应力法,并进行改进称之改进的初应力法,以加速其收敛;(2)考查各种漂移界面的修正方法,选取其中较好的一种。编制了一个相应的EPSF程序,并对金川某巷道进行了软化有限元分析。