地下洞室形状优化设计

洞室开挖会使围岩周边产生应力集中，产生拉应力与压应力。围岩出现拉应力对洞室稳定十分不利。通常通过改变洞室形状和轴比来消除围岩中的拉应力。本文提出一种使洞室拉应力σθ＝0，而压应力最小的确定洞室最优几何形状的方法。     

低地应力区地下洞室开挖后围岩应力数值模拟

以西北地区某水利工程地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力进行了数值模拟研究,模拟出了低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力值及其分布规律.结果表明,低地应力区地下洞室开挖后洞室围岩形成应力集中现象,侧壁位置处产生的压应力值大于洞顶位置压应力值,且洞顶产生拉应力.该研究成果将有助于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理及其稳定性,对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

低地应力区地下洞室拱顶围岩拉应力有限元数值模拟研究

采用弹塑性二维有限元法，以西北某市水利地下工程泄洪洞为例，对低地应力区洞室围岩开挖后拱顶拉应力进行了数值模拟研究，并总结分析了低地应力区地下洞室围岩开挖后拱顶拉应力及其分布特征。该项工作的实施，将有利于进一步研究低地应力区洞室围岩稳定性与围岩变形破坏机理。它将对保障地下工程的圆满进行具有极为重要的理论价值和现实意义。     

乌东德水电站左岸地下主厂房围岩支护效果分析

地下洞室围岩支护效果检验分析对于地下工程运行具有重要意义.本文在围岩监测分析基础上,采用FLAC 3D对乌东德水电站左岸地下主厂房洞室开挖过程与支护效果进行数值模拟,通过对比分析位移场、应力场及塑性区等基本场与围岩变形监测数据的变化特征,定量评价围岩支护效果.分析结果表明,围岩支护效果显著,尤其是对顶拱围岩的位移变形遏制十分有效:支护后,顶拱累计位移量值最大下降幅度达96.4%,边墙累计位移值下降幅度达18%～25%,且变形趋于稳定;边墙拉应力逐渐减小,局部拉应力逐步变为压应力,缓解了应力集中效应,量值最大下降幅度达32.89%;边墙部位塑性区深度减小,范围缩小,塑性区深度下降50%;支护前后边墙的累计位移值的一致性说明了边墙围岩的自承能力较顶拱围岩强,且实际施工对边墙的支护是及时的.     

洞室群围岩应力集中效应放大现象的数值模拟

为了研究洞室群开挖过程中围岩应力集中效应放大现象的变化规律,本文根据不同的截面形状、不同的水平距离、不同的空间位置,利用3D-Sigma软件设计了4组洞室群模型,第1组包含5个模型,其他组均包含3个模型,以此来模拟后期开挖洞室的不同布置方案对前期洞室的影响规律.通过在拱顶、拱底和左右拱脚等部位设立应力监测点,得到了后期洞室群开挖过程中前期洞室围岩中代表性部位应力值的变化.最后从最大主应力和最小主应力两个方面,详细分析了开挖过程中随着洞室间距以及后期开挖洞室位置的变化洞室群围岩应力集中情况,得出了洞室群开挖过程中围岩应力集中效应的放大规律.该规律对深部洞室群稳定性控制具有指导意义.     

锚固洞室平面装药条件下模型试验

通过室内模型试验,从洞室破坏形态、自由场应力、洞壁应变、拱顶和底板位移、洞室围岩加速度5个方面,对不同锚杆支护形式洞室在平面装药条件下破坏情况和受力变形特点进行了研究。试验结果表明:在平面装药条件下,洞室破坏主要发生在拱顶及拱角附近,全长黏结式锚杆带筋板支护形式能明显减小拱顶拉应变、拱腰压应变和边墙竖向应变。弹力式锚杆带筋板支护形式能明显减小拱顶拉应变和边墙竖向应变,但会增大拱脚环向压应变;两种支护形式对边墙底部应变影响不明显。总体来看,全长黏结式锚杆加固效果较弹力式锚杆好。试验结果对锚固洞室抗爆设计具有重要参考价值。     

巷道断面形状对围岩稳定性的影响数值分析

为探讨巷道断面形状对围岩稳定性的影响,本文结合丁集煤矿实际情况,采用FLAC软件对矩形、直墙半圆拱、圆形三种断面形状与围岩塑性区、应力场分布之间的关系进行了模拟。结果表明:不同形状巷道围岩塑性区几乎一致;矩形巷道顶部出现了较大的拉应力顶部采用拱形后拉应力区显著减小。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

基于修正莫尔-库仑准则的围岩瞬态卸荷塑性变形分析

将卸荷视为动态过程,采用包含拉伸截断和帽盖模型的修正莫尔-库仑准则,对不同开挖形状和应力状态条件下围岩瞬态卸荷塑性区进行了分析.研究结果表明:瞬态卸荷可导致自由面附近产生塑性变形,造成围岩损伤弱化甚至破坏;拉伸应力是造成围岩动态卸荷破坏的重要因素;塑性变形随着埋深的增加而增大;最大压应力方向易于产生塑性变形,以拉伸变形为主,当初始应力满足一定条件时,最小压应力方向将产生严重压剪塑性变形;从卸荷的角度考虑,巷道断面曲率较大为宜,尽量避免直线形边界.     

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解.绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线.研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

地应力作用下裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响

为深入了解裂隙对锚杆预应力扩散机制的影响,采用将锚杆预应力在裂隙围岩中形成的应力场-锚杆预应力场从围岩应力场中分离出来的方法,系统地研究了地应力作用下裂隙位置、长度和倾角对锚杆预应力扩散机制的影响。研究发现:裂隙长度对锚杆预应力场的影响最显著、次为倾角、再次为位置。裂隙长度存在阈值;随其长度增加,拉、压应力峰值区位置发生转移,拉应力峰值单调增加,压应力峰值则先增大再减小。随裂隙向围岩深部移动,拉、压应力区位置发生互换,拉、压应力峰值总体呈减小趋势。裂隙倾角90°时的锚杆预应力场与30°~75°时的显著不同;随裂隙倾角增大,拉应力峰值按减小→增大→减小的规律变化,压应力峰值先减小再增大。     

金属材料压缩曲线三参数模型及应用

利用工程材料手册中现有的金属材料拉伸应力－应变曲线及参数,通过以三参数形式表示的真实应力－自然应变关系曲线,导出了压缩应力－应变关系曲线三参数模型,并应用于金属蜂窝夹芯板弹塑性屈曲分析。同时进行了蜂窝夹芯板弹塑性屈曲实验研究。分析对比表明,理论分析结果与实验结果吻合得很好。最后讨论说明在进行金属构件弹塑性稳定分析时,应用压缩应力－应变曲线求解比用拉伸应力－应变曲线分析求解更合理。     

基于有限元等效应力法的拱坝强度设计准则探讨

指出了我国现行拱坝设计规范中存在的问题，根据若干已建拱坝的有限元等效应力分析结果，探讨基于有限元等效应力法的应力控制标准，提出了考虑建筑物等级的压应力设计准则和综合拉应力设计准则。     

基于三点弯曲试验研究合金化镀层剥落机制

通过三点弯曲试验,利用电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)及金相显微镜(OM)研究了合金化镀锌板(GA)不同应力状态(压应力、拉应力)下裂纹的扩展、延伸及镀层的剥落.结果表明:锌层从合金化炉出来冷却过程中锌层中的裂纹产生于δ和Γ相中.在变形过程中,压应力和拉应力侧裂纹的扩展和锌层的剥落机制不同.在拉应力一侧,裂纹沿着垂直板面的方向延伸,到达Γ-αFe界面,沿着平行于Γ-αFe界面继续延伸,与第二条裂纹接触后,锌层剥落;在压应力一侧,裂纹沿着与板面成一定角度的方向扩展,最后镀层剥离或者在δ相内或者与拉应力一侧相同,到达Γ-αFe界面后,沿着Γ-αFe界面延伸最后产生破坏.实验结果还表明,镀层在压应力条件下更容易产生粉化现象.     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

含山陶厂石膏矿构造应力场数值模拟分析

为了分析井田内主要构造断裂的导水性,为断层岩柱留设提供依据,运用有限元法的三维数值模拟程序,对陶厂石膏矿现代构造应力场进行了模拟。模拟结果表明,在断层F17附近存在较大的压应力,在F1及F2断层附近的石膏矿体中存在拉应力,在石膏矿体中的应力水平相对较低且均一。断层附近的Z方向的应力相对石膏矿体的应力低。应力矢量分布中拉应力矢量主要分布在石膏矿体靠近断层附近,随着石膏矿体与断层距离的增加,逐渐转化为压应力,而在断层的交汇处压应力值较高。     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.     

磁控溅射Cu膜之Cu/SiO2/Si结构的应力

采用红外光弹测量法用磁控溅射淀积在SiO2/Si晶片表面的Cu膜在Si衬底中引入的应力。结果表明：SiO2在Si衬氏中引和张应力，而Cu在Si衬氏中引入压应力，在Cu/SiO2/Si结构中，随SiO2膜厚减小和Cu膜厚增大，Si衬底中张应力逐渐减小，最终转为压应力。同时比较、分析了理论估算值和实验结果的差异，预示和分析了Cu引线的可靠性。     

钨合金变形微观力学行为的计算机数值模拟

提出了钨合金的组织结构模型，在此基础上通过有限元法对钨合金闰伸变形时组织结构中的应力分布及其变化规律进行了计算机数值模拟研究，结果表明：钨合金拉伸变形时拉伸方向最大正应力和最大Ｍｉｓｅｓ应力区域在钨颗粒相中，同时钨颗业还将受到垂直于拉伸方向的压应力；最大剪切应力分布在粘结相中，随拉伸变形增加，粘结相最先进人塑性状态，由于粘结相的塑性变形、钨合金中应力不断重组，应力逐渐在钨颗粒中集中。