时变边界系统动力学行为研究展望

时交边界系统动力学是时变力学的重要组成部分，它的研究对象是一种开放的与外界进行质量交换的系统．开展时变边界系统动力学行为的研究，对航天、土建、采矿、石油、环保等领域的技术进步具有积极的作用．本文介绍了时变系统力学的研究进展情况、时变边界系统的普遍性和特点、时交边界系统动力学的几个难点，对时变边界系统动力学的发展趋势作了展望．     

充填体下连续开采诱导顶板失稳演化时变分析

利用时变边界力学理论讨论了连续采矿顶板诱导失稳崩落过程,给出了连续回采诱导顶板失稳崩落中时变边界的几何描述.RFPA软件通过单元性质弱化的方法来处理单元的破坏问题,准动态的模拟崩落体的时变边界问题,从而获得连续采矿诱导顶板失稳崩落时变边界的一种有效解决途经.通过RFPA计算分析了铜坑矿充填体下矿体连续开采诱导顶板失稳崩落过程,分析该过程中顶板诱导失稳崩落的时变效应及其规律.计算结果表明在一定的连续回采采空区的空间条件下,运用局部人工干扰诱导顶板围岩致裂,可以有效形成顶板诱导失稳崩落.     

浅谈测斜法对地下连续墙变形的有效性

以某座悬索桥锚锭基坑开挖为例,应用基本的数学和力学原理,讲述了圆形基坑在开挖过程中的结构受力及变形特点,同时阐述了基坑倾斜计算的基本原理和常用测量手段。文章采用两种常用测量方法,通过实地监测数据的对比分析,证实了测斜法对地下连续墙变形的有效性,并就圆形基坑开挖过程提出了几点建议,以供施工人员参考。     

诱导顶板崩落时变力学模型的建立与应用

运用时变力学理论,针对大厂铜坑矿顶板诱导崩落试验采场的地质特征,建立有限元基本方程和时变力学模型,采用多步骤开挖的准时变力学有限元方法,模拟不同顶板诱导失稳崩落模式下的塑性区发展、东西预裂硐室与崩顶硐室的安全系数,对比研究确定顶板诱导可控失稳崩落的诱导模式,即先预裂爆破后切顶诱导崩落,其塑性区主要控制在东西两条预裂缝之间,垂直向达到顶板上方58m处,最小安全系数为1.1。采用数字式全景钻孔摄像技术,对铜坑矿顶板诱导崩落实验采场的顶板围岩诱导效果进行可视化监测。发现生成20～40mm宽的预裂缝,在顶板围岩中出现大量"X"型次生裂隙。实践结果表明,该模式可以有效地实施顶板的诱导可控失稳崩落。     

时变边界系统动力学行为研究展望

时变边界系统动力学是时变力学的重要组成部分 ,它的研究对象是一种开放的与外界进行质量交换的系统 .开展时变边界系统动力学行为的研究 ,对航天、土建、采矿、石油、环保等领域的技术进步具有积极的作用 .本文介绍了时变系统力学的研究进展情况、时变边界系统的普遍性和特点、时变边界系统动力学的几个难点 ,对时变边界系统动力学的发展趋势作了展望     

地下工程中的施工分析方法

本文针对地下结构工程中的施工力学问题,系统地阐述了地下结构施工力学的特点、研究课题及相关内容.提出了有待深入研究的问题,以期把握研究方向,有效地运用新理论、新方法解决地下工程中的施工力学问题.把地下工程中的施工力学问题研究与设计水平推向新阶段,以促进对施工力学问题的深入研究与工程应用.     

基坑开挖对邻近桩基础的影响研究

基坑开挖对邻近已有建筑或建筑基础存在较大的影响和潜在的威胁.结合具体工程实例,应用大型三维Midas/GTS有限元计算程序对西安某基坑开挖工程进行数值模拟,从基坑开挖深度、开挖距离和开挖坡度对临近建筑桩基影响的力学效应和变形特征进行研究.计算结果表明:随开挖深度的增加,基础沉降量不断增加.随着基坑与基础间距的增加,基础沉降量远大于水平位移的变形量.随着基坑开挖坡度的变化,群桩位移,变形并未出现陡增或骤降.     

上中路隧道地表沉降分析报告

采用三维弹塑性有限单元法，分别对隧道开挖和基坑开挖所引起的地表沉降进行计算，建立一个统一的整体力学分析模型，并考虑施工工序、空间效应和地基基础的共同作用，对基坑和隧道的开挖对于地表沉降的影响范围和程度，做一个定性的判断。     

近接既有结构深大基坑隆起变形控制——以天津地铁5号线思源道站接建地下空间工程为例

现行基坑支护规范抗隆起主要验算支护结构的稳定,无法满足拓建工程对基坑隆起变形的严格要求。从力学平衡和刚度控制的角度,阐明了深大基坑隆起的力学机理和隆起荷载的计算方法,提出了控制基坑隆起的新途径。研究表明：基坑隆起荷载与支护结构的入土深度、基坑深度、基坑宽度、土体内摩擦角和土体重度等因素有关;将基坑隆起问题转化为坑底加固土层的平衡问题,可以作为拓建工程基坑隆起控制的计算方法;坑底土体刚性加固和抗拔桩是控制基坑隆起变形的重要措施,坑底加固和抗拔桩应在基坑开挖前实施。     

风化砂岩地区超高层建筑基坑开挖的力学特征

兰州市风化砂岩地区超高层建筑天然地基的深基坑开挖是甘肃省首项天然地基的基坑开挖工程,其开挖方式、土层情况、力学性质等不同程度地影响着基坑开挖的力学特征.本文采用三轴实验和有限元数值模拟,分析该地区基坑开挖引起周围力学性质的变化情况.通过三轴实验获取风化砂岩的剪切强度参数,利用有限元数值模拟软件建立基坑开挖的三维数值模型,得到基坑开挖过程中的应力和变形曲线,并将模拟结果与现行规范进行对比分析,得到基坑开挖的可行性方案,为以后的类似工程提供参考意见.     

巷道瓦斯爆轰衰减规律及参数分析

应用爆轰理论、爆炸力学和爆轰物理学等基本理论和方法，建立了掘进巷道瓦斯爆轰的物理模型和一维不定常流动的数学关系式．目的在于利用瓦斯爆轰的波强度变化方程研究掘进巷道瓦斯爆轰的衰减规律．通过推导认为平面爆轰渡衰减迹线有渐近线，但却不能在有限距离内转变为C-J爆轰状态，而柱面和球面散心强爆轰波却可以在某个有限距离内衰减到C-J状态，文中推导了这个有限距离．另外，掘进巷道瓦斯爆轰波传播过程中，可以根据已知波前状态参数推导出能表征爆轰衰减规律的超压表达式，同时利用Hugoniot曲线对超压的衰减进行了描述，图2，参9．     

围岩瞬态卸荷应力及塑性区分布的有限元分析

深部地下工程围岩卸荷导致的拉伸破坏是一个常见但没有得到充分研究的科学现象.将卸荷视为动态力学过程,基于连续介质弹塑性力学理论,运用有限元软件COMSOLMultiphysics对围岩瞬态卸荷破坏成因进行初步探究,建立了围岩瞬态卸荷塑性力学模型.研究结果表明:开挖将在围岩中激起强烈的卸载扰动,应力场的重新分布是由动力响应过渡到静力作用的动态过程.瞬态卸荷将导致开挖自由面附近产生拉应力.尽管拉应力时间短、幅值低、范围小,但由于岩石抗压不抗拉的特性,在高地应力条件下,拉应力可导致围岩产生拉伸破坏.分析表明横向惯性作用可能是导致这一现象的原因之一.     

脆弹粘性岩体高边坡稳定的损伤断裂力学机制研究

边坡工程岩体的力学性态与其所处的应力环境、物理环境以及开挖施工卸荷坡邦岩体变形的时空效应等许多因素密切相关．因而，似本文研讨的闪云斜长花岗岩这类脆弹粘性岩体高边坡工程坡邦卸荷带岩体的稳定问题，从损伤、断裂力学的观点言，本质上反映了三方面的力学机制，即：（１）边坡分部开挖引起坡邦岩体的卸荷损伤、断裂效应；（２）二次应力场作用下坡邦岩体产生的损伤、断裂时效变形与蠕变扩容；以及（３）在高地应力区，脆弹粘性岩体因开挖导致与其应变能骤然急剧释放有关的地动力作用．本文结合长江三峡高边坡船闸工程的岩体稳定问题，拟就上述的前两个方面的研究工作进展作一简要论述．     

不同应力条件下爆破开挖对围岩损伤效应的数值模拟研究

根据芦岭矿的工程地质资料,拟定了硬岩和软岩的典型物理力学参数,并依托芦岭矿现场爆破参数,结合ANSYS/LS-DYNA软件,通过隐式-显式连续求解,完成了不同初始应力条件下硬岩和软岩巷爆破开挖的模拟. 计算结果表明,在5~25 MPa应力水平时,随着地应力的增加,近爆腔处围岩的损伤程度并不发生变化,而远离爆腔处围岩损伤程度明显减小,地应力对爆炸载荷所造成损伤抑制作用明显;相同爆破参数下,软岩爆破较硬岩更易受地应力的作用.     

复杂应力状态下完整岩体卸荷破坏的损伤力学分析

在损伤力学理论的基础上建立了岩体卸荷破坏的损伤本构模型，通过与红砂岩的四种卸荷破坏试验结果经过表明该模型适用于脆弹性岩体的卸荷破坏。     

瓦斯爆炸气相爆轰参数的数值计算与分析

结合所建立的掘进巷道瓦斯爆炸的物理模型，当已知瓦斯聚积位置、体积和浓度时，利用Hugoniot方程和Rayleigh方程推导出了瓦斯爆轰参数的公式。同时，给出了在瓦斯强爆轰、弱爆轰和瞬时爆轰三种情形下的气相爆轰参数的表达式。利用爆轰波理论和流体动力学理论对算例进行验证，并且对结果进行了讨论和分析后认为，爆轰产物组分与温度和压力密切相关，在对爆轰波参数进行精确计算时，需要考虑爆轰温度和压力条件。     

岩体初始地应力场对地下洞室围岩变形及应力的影响

基于施工力学的分析方法,建立了地下洞室开挖仿真计算的有限元列式、施工过程中岩体初始地应力场的释放上的卸荷是影响洞室稳定的主要因素,结合工程实例计算,分析了初始地应力场对地下洞室围碉变莆、应力的影响,结果表明,岩体的初始应力场侧向应力分量愈大,洞室侧墙内缩位移愈大而环向压力测有所减小,并使得顶拱沉降位移减小,环向压应力增大。     

岩质高边坡开挖变形的三维离散单元法分析

对一典型的反倾向层状结构岩质高边坡进行了非连续非线性三维数值模拟.数值模型中考虑了复杂的地质条件,同时模拟了进水口高边坡的控制性结构面和陡倾节理组,实现了边坡、引水隧洞的分步开挖及锚固.运用三维离散单元法(3DEC)进行了混合不连续和蜕化连续2种方式的求解,在比较不同求解方式所得计算位移的基础上,探讨了结构面对计算结果的影响,分析了进水口边坡在开挖、加固作用下的变形状况和稳定性.     

岩石厚壁圆筒三向压缩下的卸荷试验与岩石强度破坏

为研究地下工程开挖影响,采用厚壁圆筒多轴应力试验,对试样施加较高的轴对称内、外壁压力及轴向荷载后,进行内、外壁卸荷破坏试验.试验的破坏结果是在厚壁圆筒壁间形成环向主要破裂面.这一破裂现象在以往相关文献中未见报道,与通常弹塑性理论分析的较高应力发生在圆筒内缘、破坏从内缘开始的结论不同.这一结果与深部矿山巷道围岩出现的分区破裂(zonal disintegration)现象类似.     

深部硬岩二次应力状态下破裂的断裂力学分析

 为探索深部硬岩的开挖扰动对微裂纹延展破坏的影响关系,利用弹性力学与断裂力学相结合的理论分析方法,依据弹塑性力学的应力分解叠加等效原则和断裂力学的最大周向拉应力准则,求解出不同侧压力系数λ条件下深部巷道围岩的二次应力解析解,并推导出了极限状态下裂纹扩展长度的理论计算公式。通过建立岩石断裂力学参数模型分析发现,侧压系数λ对巷道破坏深度和周边应力场分布有着明显的影响。λ＞1时,边帮为裂纹延展破坏的主要区域,λ＜1时,顶底板为裂纹延展破坏的主要区域;在压剪应力方向一定时,裂纹延展深度与裂纹初始长度有关,与应力大小无关。