岩体节理非线性法向循环加载本构模型的改进

假定卸载曲线和重加载曲线在法向的起始刚度由前一次加载曲线和卸载曲线决定,从而完全确定岩体节理循环加载本构方程.对模型参数的不同取值,将已有的不同模型统一起来,通过卸载曲线渐近线内移的方式来反映滞回特性.将改进的节理弹性非线性法向变形本构模型拓展到循环加、卸载条件下,考虑节理面几何特性、充填物特性及岩石类型的复杂性,在将节理变形的非线性程度定量化描述的同时,修正以往模型对曲线形式做出硬性假定的方式.新模型的预测结果与试验结果吻合良好,验证了模型的可行性.     

岩石节理流变力学特性及其本构模型

通过对锦屏二级水电站大理岩节理进行剪切流变试验,分析了当剪切应力恒定、不同法向应力作用下的节理蠕变变形特性;根据传统的老化理论及遗传蠕变理论,提出了能够考虑法向应力影响的岩石节理剪切流变本构模型.最后,采用大理岩节理剪切流变试验数据确定了剪切流变模型的参数.将流变模型曲线和试验结果进行比较,结果表明该模型能够较好地描述不同法向应力和剪切应力作用下节理蠕变的变形规律.     

弹性纵波在不同非线性法向变形行为节理处的传播

对正向入射弹性纵波穿越具有不同非线性法向变形本构关系的单一岩石干性节理的特性进行理论研究.在没有剪切波的条件下,探讨了BB双曲线模型和经典指数模型两种不同的节理非线性法向变形行为对弹性纵波传播的影响.依据这两类节理本构关系,建立了不同的非线性位移不连续模式,分别获得了弹性纵波穿越单一节理时的反射、透射系数的解析解及数值差分解.针对节理初始法向刚度(kni)、节理闭合量(dn)与最大允许闭合量(dma)比值(γ)以及入射波频率(f)等参数进行研究,同时将2种模型的计算结果进行比较,得到的结论具有一定理论意义.     

非线性波在岩石节理处的透射规律研究

基于非线性波动方程和岩石节理非线性变形特性,建立一维非线性纵波法向入射单一节理的透射波计算理论.对节理、波源、岩石非线性系数和节理位置进行参数研究,探讨节理非线性变形对非线性波波形、透射系数和频率分布的影响.研究结果表明,非线性波传过节理后透射波振幅衰减,持续时间增长,节理初始刚度越小,波源的频率和振幅越大,该现象越明显.透射系数随节理距波源距离的增大而减小,振幅和频率越大的非线性波的透射系数减小的越快.节理距波源距离增大到一定值后,振幅越大的非线性波的透射系数越小,该距离的大小与波源参数有关.透射波中会产生一系列高频波,这些高谐波是在节理和岩石的共同作用下产生的.     

水电站充水保压蜗壳仿真分析的影响因素

基于接触非线性理论,考虑钢蜗壳与外围混凝土的接触滑移,采用仿真算法对充水保压蜗壳进行了三维仿真分析和平面轴对称仿真分析．研究了机墩和设备质量及平面轴对称简化模型对蜗壳打压后的变形、蜗壳与混凝土的间隙及其应力的影响．计算结果表明：机墩及设备质量对钢蜗壳的应力影响较小,但对钢蜗壳号外围混凝土的间隙和外围混凝土的应力影响较大,三维仿真模型应该考虑机墩及设备的质量;平面轴对称仿真模型虽未考虑闷头在仿真分析中的作用,但能反映钢蜗壳和外围混凝土的变形特征与受力特性,可以在初步设计时采用．     

组合柔性结构非线性柔性模型

根据组合柔性结构的结构参数对其变形特性的影响,对组合柔性结构进行了分类,并给出了组合柔性结构中柔性杆存在非线性变形的条件.考虑柔性结构的变截面特征和非线性变形的问题,对组合柔性结构的变形特性进行了分析,建立了变形求解的非线性柔性模型.最后设计并加工了一种柔性铰链-柔性杆组合结构,分别采用伪刚体模型、拟柔性模型和非线性柔性模型对其变形进行理论计算,同时采用静电驱动方式对组合柔性结构的变形进行测试.结果表明,非线性柔性模型的计算结果与实验测试结果最接近,证明了此模型和分析方法的有效性.     

节理岩体损伤模型的有限元分析

将岩体中固有的初始节理损伤考虑成宏观损伤场，通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性。损伤张量由节理组的实测数据确定，并引入有效应力来计算节理岩体的力学效应。编制了损伤模型的平面非线性有限元程序，并采用损伤模型和常规有限元模型的有限元程序对某矿山边坡进行对比计算分析。结果表明，损伤模型的有限元解析能反映节理岩体的各向异性。     

基于变形元件的节理岩体压缩损伤本构模型

为研究节理岩体在压缩荷载作用下的力学响应,基于岩体结构力学观点,把节理岩体在压缩荷载作用下的变形视为岩块变形与节理面变形的叠加,分别采用基于统计损伤模型的弹性损伤变形元件和考虑节理面闭合及滑动的变形元件计算岩块和节理面在压缩荷载作用下的变形,进而建立相应的节理岩体压缩损伤本构模型。并利用该模型讨论节理面弹性模量、最大闭合应变及剪切刚度等对计算结果的影响规律。最后利用该模型对含单条贯通节理的岩体在压缩荷载作用下的应力-应变曲线进行分析计算。研究结果表明:对于可能沿节理面发生剪切滑移的岩体而言,节理面剪切刚度对计算结果的影响最为显著。对本算例而言节理岩体的峰值强度仅为完整岩体的51.5%,反映节理对岩体强度的弱化效应。同时利用该模型得出岩体强度随节理倾角呈现出抛物线变化规律,即当节理倾角在50°~60°之间时,岩体强度最低,该结论与目前的理论及试验研究结果相吻合,从而说明该模型的合理性。     

一种分析粘弹性岩体中水平圆形硐室变形特性的新模型

利用分数导数Kelvin固体模型,并结合Mittag Leffler函数,在不考虑体积变形的情况下,分析了粘弹性岩体中水平圆形硐室的变形特性,得到了位移及其应变随时间变化的规律;该模型考虑了瞬时弹性变形及其蠕变的非线性特性。     

考虑固结效应的筏板基础与地基共同作用弹塑性数值分析

地基固结作用呈现明显的非线性特征,对建筑物沉降变形的影响不容忽视,为此,基于Biot固结理论,对于地基土采用Mohr—Coulomb理想弹塑性模型,对筏板基础与地基共同作用问题进行了非线性固结弹塑性有限元数值分析．计算结果表明地基中孔隙水压力的消散及其相关的Mandel—Cryer效应与筏板基础的内力变形特性的时间效应具有密切的联系,地基固结作用对筏板-地基共同作用体系的内力变形特性具有显著的影响．因此,在结构-地基相互作用分析与工程设计中考虑地基固结效应是十分必要的．     

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。     

小湾拱坝的地震反应分析

在对小湾拱坝的三维系统进行地震分析中,考虑坝体与库水的耦合作用,分别采用线弹性模型及非线性模型进行计算,得到了系统的自振特性及动力反应结果。结果表明,坝水耦合作用提高了坝的整体质量,降低了自振频率;伸缩横缝削弱了拱坝的整体刚度,对拱坝地震反应产生较强的非线性影响。     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

材料非线性接缝模型

针对在水利土木大型混凝土结构工程中 ,新旧混凝土及岩体与混凝土的交界面对结构的安全有重大影响的问题 ,提出一种材料非线性的接缝数值模型。该模型可以模拟大型混凝土结构工程中不考虑法向粘结作用的交界面。在该模型中 ,同时考虑了缝面在法向和切向方向的材料非线性 ,接缝张开时 ,缝面不传压不传剪不传拉 ;接缝闭合时 ,缝面传压传剪不传拉。接缝的切向刚度除了和切向应变相关以外 ,还与缝面的法向压应力相关 ,压应力越大 ,切向刚度越大 ,但也不能无限增大。该模型已经成功地应用于三峡水利工程中的永久船闸闸室边墙衬砌锚固力的优化研究之中并得到令人信服的结果 ,提高了非线性混凝土结构仿真结果的可靠性与置信度     

基于岩石节理分形特性的岩体稳定性智能辨识

 调查国内大量矿山地质资料,分析其矿岩节理裂隙数据,采用分形理论揭示岩体节理间距和产状分布的分形特性.采用混沌算法优化神经网络,建立矿岩稳定性与其岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、岩体节理间距分形维数和节理产状分形维数的智能辨识模型,寻求岩体判别新方法.研究表明,岩体节理间距分形维数和产状分布分形维数可反映岩体节理空间分布的整体信息;节理间距分形维数越小,岩体完整性越好;产状分布分形维数越低,节理分散程度越小;即二者分形维数越小,岩体稳定性越好.智能辨识模型可以根据矿岩力学参数、岩体节理分形特征,预测不同地质条件下的岩体质量,为工程支护设计及施工提供依据.     

贯通节理岩体等效模型与弹性参数确定

提出了一种研究贯通节理岩体等效弹性参数的近似模型,导出了贯通节岩体基本弹性常数的解析估算公式,在此模型基础上编写了相应的较为通用计算程序,分析了多组节理的存在以及节理的倾角对岩体性能的影响,预测得到的节理岩体弹性矩阵和弹性常数与节理有限元数值方法的结果十分接近,是一种预测贯通节理岩体等效弹性参数的简单而实用的方法。     

不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏形成滑动面,反倾岩质边坡为非共面节理发生贯通破坏形成滑裂面;两种岩质边坡坡脚均为薄弱区,顺层岩质边坡坡面中部区域和反倾岩质边坡坡肩区域为危险区域;离散元模拟岩质边坡可用安全系数评价边坡稳定性,较极平衡法能更真实地反映岩体间的相互作用和边坡破坏的渐进过程.     

非线性理论在煤与瓦斯突出研究中的应用

应用非线必科学的基础理论,研究了可能发生突出的含瓦斯煤岩系统的内在动力特征,建立了考虑各种基本因素的较为全面的突出预测模型,并对突出起动的突变机制和突变条件进行了定性分析,为突出非线性动力机制及其预测和防治研究提供了新的途径。     

应用ABAQUS程序进行节理岩质边坡稳定分析

利用ABAQUS有限元软件,按强度折减技术对一实际工程大型节理岩质边坡进行了稳定性分析.针对ABAQUS程序节理材料模型的定义过于简化,只能将岩体视为满布节理的材料,节理视为相互贯通且遍布于岩体中,而不能根据实际节理面间距或分布密度来定义节理的缺点,提出了将受节理面控制的岩体进行"砖块式"划分的方法以模拟实际的节理分布情况.实例的计算结果表明,采用ABAQUS程序的节理材料模型弱化了实际岩体的强度,得到的分析结果过于保守,而采用将岩体"砖块式"划分的分析方法更符合实际情况,计算的结果更为合理可靠.