危岩楔形块体变形破坏机理研究

本文从影响危岩楔形块体发育的因素着手，首先应用静力解析法、赤平极射投影法分析某危岩楔形块体在重力、地震力和裂隙水压力作用下的动力稳定性，然后再应用FLAC3D对此危岩楔形块体变形破坏机理分析，通过分析得出如下结论：1、危岩楔形块体变形最大出现在危岩楔形块体和岩质边坡接触面附近；2、危岩楔形块体发生破坏的位置也是危岩楔形块体变形最大的位置；3、如果危岩楔形块体发生变形失稳一定沿着危岩楔形块体和岩质边坡接触面发生。静力解析法（定量）、赤平极射法（定性）和数值模拟法三种模拟方法有机结合在一起，从而有效的明确危岩楔形块体体的变形破坏机理。     

块体单元法及其在岩体稳定分析中的应用

所提出的块体单元法，是以块体单元的刚体位移为基本未知量，并根据它们在外力作用下的平衡条件、变形协调条件及块体之间夹层材料的本构关系，建立起块体单元法的支配方程，用于确定块体位移及夹层材料的应力状态。该法特点适用于具有地质结构面岩体的稳定分析，也可以对一般结构进行变形和应力分析。与有限单元法相比，可减少未知量个数，提高计算精度和速度。     

土与结构间一种新的接触单元模型

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面切线方向提出了一种非线性弹性-理想塑性本构模型,用于模拟土与结构相互作用体系中切向变形与破坏机理.该模型将接触带内的变形分为剪切变形与错动变形两部分,对于法线方向采用法向应力与法向相对变形之间的非线性模型.将该模型与有厚度接触面单元相结合,提出了一种用于有限元计算的接触带单元.详细推导了该模型的弹塑性矩阵以及应力修正方法.     

块体单元法在龙滩边坡开挖与加固分析中应用

龙滩工程右岸坝肩边坡高近300 m,且地质条件复杂.针对边坡中特定岩石块体的稳定性分析表明,在开挖过程中,边坡局部部位,特别是小块体和中块体所在部位,稳定安全系数不足.利用弹粘塑性块体单元法,对龙滩右岸坝肩边坡的开挖和加固进行了分析,所建立的块体单元计算模型对边坡复杂的开挖过程和加固措施进行了有效的模拟.计算结果显示各开挖步位移变化趋势和典型结构面屈服区分布合理;支护措施控制边坡变形效果明显,同时,相对于无支护情况下,各特定块体在各计算工况下稳定安全系数均有所提高.研究表明弹粘塑性块体单元法应用于岩石工程具有有效、适用和方便的优点.     

基于重度增加法的岩坡破坏过程流形元分析

考虑岩体边坡滑动大变形破坏特性和现有研究分析手段,提出利用第一作者团队开发研制的Geo SM A-3D,在现场岩体结构信息采集的基础上,建立岩体边坡空间数值模型,实体表征岩体三维模型;利用现代数值流形法(NMM)模拟岩体大变形破坏分析手段,在块体理论的基础上,运用有限元分析中经常用到的重度增加法,不断增加岩体的重度,直到岩体边坡中的"关键块体"产生滑动,使边坡发生大变形破坏;同时以最危险"关键块体"水平位移随重度增加发生突变为破坏依据,对边坡的安全系数进行评定.实例分析某边坡工程的破坏过程,实现了岩体边坡大变形数字表征,为边坡支护提出解决方案,为工程施工和边坡灾害的处置提供参考和借鉴.     

直剪试验中接触面渐进破坏的数值模拟

岩土工程中不同材料间的接触面力学性质是热点研究课题之一.为了研究不同接触面本构模型适用性,对室内接触面直剪试验进行有限元数值模拟,并采用刚塑性模型对接触面破坏过程进行了分析.数值模拟结果表明,计算与试验结果基本一致,不同本构模型计算结果相差不大;直剪试验剪切过程中,接触面上应力应变分布不均匀,导致接触面单元渐近破坏,使得接触面应力-相对位移关系呈非线性;刚塑性模型可以合理描述接触面本构关系,其模型参数较少且容易确定,可用于工程计算.     

考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震分析模型

基于OpenSees数值分析平台的纤维梁柱、剪切弹簧和转动弹簧单元,建立了考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震数值分析模型.其中纤维梁柱单元模拟桥墩、盖梁弯曲变形,剪切弹簧单元模拟桥墩剪切变形,转动弹簧单元模拟纵筋拔出变形.基于圆形截面桥墩抗震试验结果,并结合数值分析手段建立了桥墩剪切破坏时塑性铰区转角计算公式.并以此公式为基础,监测数值模型中桥墩剪切破坏,剪切破坏前桥墩以弯曲反应为主,剪切破坏后桥墩侧向强度和刚度发生显著退化.最后以3座实际不规则桥梁排架为工程背景,进行了排架横桥向地震作用下的滞回性能分析.研究表明,所建立的抗震分析模型可有效模拟由于桥墩剪切破坏造成的强度和刚度退化,为不规则桥梁结构抗震性能分析提供了依据.     

观音岩水电站混合坝插入式接头的抗震性能

观音岩水电站混合坝插入式接头高度达71,m,是大坝结构的薄弱环节,接头的动静安全直接关系到工程全局.以薄层单元模拟插入式接头中堆石坝心墙与混凝土的接触面,堆石和心墙料采用Hardin非线性动力本构模型,在三维非线性静力分析基础上,基于时程法对大坝连接坝段进行了地震动力分析,揭示了在地震过程中接头部位接触面的开合变形性态、剪切破坏及地震永久变形情况.三维非线性仿真分析的结果表明:在设防烈度地震作用下,土质防渗体与混凝土坝接触面仅在靠近顶部和两侧部位发生一定张开,张开度较小,张开持续时间短,接触面并未形成贯通的张开面;接触面剪切破坏范围较小,顶部具有一定程度的永久变形.综合来看,插入式接头的抗震安全性是有保障的.     

隧洞块体破坏过程及稳定评价的数值方法研究

为分析块体在复杂围岩作用下的破坏形态及稳定性,提出一种基于连续介质力学的块体破坏数值分析方法.首先,在已有的单元重构-节点分离的结构面建模方法基础上,实现基于网格的块体识别;其次,基于显式求解的接触力算法,推导多种接触状态下的接触力表达式,并提出块体和围岩的接触分析方法;然后,采用结构面强度折减法求解块体安全系数.该数值分析方法可同时计算围岩和块体的变形特性.通过一个块体沿双面滑动的简单算例也论证了在一定条件下,数值计算可得到与刚体极限平衡法一致的结果;最后,结合某一断层穿过的隧洞工程,分析其开挖后的围岩及块体稳定性.结果表明,该数值方法有效反映了围岩应力和变形对块体稳定性的影响;关键块体发生破坏后,潜在危险块体发生较大变形,局部安全系数低.该数值方法为复杂地质条件下隧洞块体稳定性评价提供了一种有效的分析思路.     

梁弯曲,扭转,稳定分析的三维退化层合梁单元有限元法

首衔在２０结点三维块体等参元及１６结点相对位移板壳元的基础上,引入梁的基本假定,采用等效数值积分法,构造出１２－２０结点三维退化层合梁单元,然后考虑几何非线性,给出用于梁线弹性稳定分析的有限元列式,文中单元直接由三维块体等参元退化而得,只有线位移自由度,可以方便地与相对位移板单元和三维块体单元协调连结。又用三维退化梁单元分析了实心杆的弯曲、自由扭转及分支屈曲的临界荷载,其数值结果和理论解符合很好。