裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近存在塑性屈服区.将裂隙岩体单元与锚索单元的节点完全重合,应用等效应变与降温法施加锚索单元的预应力,裂纹采用八节点等参单元退化后的奇异单元进行模拟,从应变角度出发,应用塑性区最短距离判据得到了不同锚固条件下含两条不同倾角共线裂纹的裂纹尖端附近的最短塑性区距离、裂纹的扩展方向、裂纹扩展后岩桥之间的有效距离等,并分析了裂隙岩体的锚固止裂机制.结果表明,预应力锚索加固对裂隙岩体的压缩效应远大于剪切效应.锚固条件下倾角为30°～60°的裂纹扩展后岩桥之间有效距离增大,锚固条件越好,裂纹尖端塑性区的最短距离越小,预应力锚索的加固止裂效果越明显.锚固附加应力场使得0°、90°裂纹附近岩体的正应力或侧向应力得到增加,锚固条件越好,裂纹尖端的塑性区最短距离越大,在进行锚固设计时,应合理布置锚固角.     

构件内部裂缝缺陷的有限元三维重建

提出了利用有限元的网格生成方法来实现构件内部裂缝缺陷的三维重建算法。首先,将边缘检测算法和基于种子填充的区域生长算法相结合,准确定位出裂缝的形状,提高重建的精度;其次,应用8节点的六面体单元格创建出裂缝模型,直接利用等方性体素建模,节约了计算成本;最后,对模型中的节点分类,针对不同种类的节点分别进行光顺处理。试验结果表明,该算法实现了对构件内部裂缝缺陷的三维空间形态的观察,弥补了以往算法只进行面重建的不足,提供了构件质量判定依据。     

脆性岩石反平面剪切(III型)断裂机理的有限元分析

采用有限元法分析了反平面剪切盒(I III型)加载下岩石裂纹尖端的应力场,探讨了岩石发生反平面剪切(III型)断裂的机理。计算结果表明:在反平面压剪加载下,当压模角α为55 o～70 o,附加外压力能有效地抑制裂尖拉应力,使得裂尖最大剪应力与最大拉应力的比值τmax/σ1为3～6,τmax较易在σ1之前达到其临界值,从而发生反平面剪切(III型)断裂。反平面剪切盒实验是实现岩石III型断裂和测定岩石III型断裂韧度KIIIC的有效实验方法。     

脆性岩石反平面剪切(Ⅲ型)断裂机理的有限元分析

采用有限元法分析了反平面剪切盒（Ⅰ＋Ⅲ型）加载下岩石裂纹尖端的应力场,探讨了岩石发生反平面剪切（Ⅲ型）断裂的机理。计算结果表明：在反平面压剪加载下,当压模角α为55°～70 °,附加外压力能有效地抑制裂尖拉应力,使得裂尖最大剪应力与最大拉应力的比值τmax/σ1为3～6,τmax较易在σ1之前达到其临界值,从而发生反平面剪切（Ⅲ型）断裂。反平面剪切盒实验是实现岩石Ⅲ型断裂和测定岩石Ⅲ型断裂韧度KⅢC的有效实验方法。     

硬岩掘进机截齿与齿座的有限元分析

为了明确硬岩掘进机截齿与齿座的受力和应力分布情况,确定其损坏原因,通过MATLAB软件模拟单个截齿载荷,利用ANSYS对单个截齿及齿座进行有限元分析。研究表明：单个截齿的受力随切屑厚度的变化而变化,截齿位置角在π/2处截齿所受的各向载荷最大。截齿的最大变形发生在刀头部位,齿座的最大变形发生在齿座前部。根据研究结果,有针对性地采取措施,可进一步减少截齿及齿座损坏,延长其使用寿命。     

激光声表面波检测黏弹性平板裂痕有限元模拟

基于平面应变理论和频域动力学平衡方程,在频域中建立黏弹性平板表面激光激发声表面波的有限元数值模型.在分析材料的黏性特征对Rayleigh波传播特征影响的基础上,模拟了Ray-leigh波在黏弹性平板表面裂痕处发生的声波反射及模态转换的过程,进而计算了表面裂痕的位置及深度.模拟结果表明,激光Rayleigh波通过表面裂痕发生了明显的反射,并相继产生了两个反射Rayleigh波RR及RS,通过研究反射Rayleigh波RR及RS产生的物理机理,可以判定其表面裂痕的位置及深度,从而为定量检测黏弹性材料表面的缺陷提供理论依据.     

用混合边界元法解岩体不连续问题

介绍了一种混合边界元法——耦合直接边界元法与位移间断法（Ｔｈｅ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ Ｍｅｔｈｏｄ），该方法分别采用边界单元和位移间断 单元模拟结构的边界及各种不连续构造，适于求解工程中含有软弱结构面岩 体的应力分析问题．由于在位移间断单元上只定义了位移差为基本未知量， 总体方程阶数较一般边界元法显著降低，从而节省了机时和存储量．     

高压水射流破碎岩石的有限元分析

根据连续介质力学和有限元理论，给出了高压水射流破岩系统中流体和岩石的控制方程，并建立了相应的有限元列式。采用交错迭代的解耦方法求解了水射流与岩石的耦合问题，并就非线性动力有限元数值计算中应注意的问题进行了讨论。数值计算的结果较真实地反映了水射破岩过程中岩石的动态响应以有水射流动力学特性的演化过程，并与相关试验规律吻合良好，这表明该分析方法是有效的，可用来指导高压水射流破岩理论的进一步研究及应用。     

高压水射流破碎岩石的有限元分析

根据连续介质力学和有限元理论 ,给出了高压水射流破岩系统中流体和岩石的控制方程 ,并建立了相应的有限元列式。采用交错迭代的解耦方法求解了水射流与岩石的耦合问题 ,并就非线性动力有限元数值计算中应注意的问题进行了讨论。数值计算的结果较真实地反映了水射流破岩过程中岩石的动态响应以及水射流动力学特性的演化过程 ,并与相关试验规律吻合良好 ,这表明该分析方法是有效的 ,可用来指导高压水射流破岩理论的进一步研究及应用。     

岩体开挖松弛的判据与有限元分析

针对地下洞室、边坡、大坝坝基等开挖过程中存在的岩体松弛问题,基于岩体开挖松弛机理,采用主拉应变准则作为松弛判据,提出了相应的松弛效应有限元算法,并以小湾工程坝基松弛问题为例进行了分析.该方法不但可以明确判断松弛发生的部位、范围和严重程度,而且能够对松弛后岩体内部的应力应变状态进行合理描述.研究结果表明:小湾工程松弛区范围及松弛后应力应变状态与现场监测成果符合较好,表明所采用的研究方法对高地应力地区开挖松弛问题是可行的.