爆破作用下花岗岩坑道的模糊破坏分区

本文以实测数据和宏观调查资料为依据,用模糊数学方法研究了花岗岩坑道在爆炸作用下的破坏程度和多个地面运动物理量之间的关系,建立了破坏模糊集的隶属函数,提出了用模糊综合评定来预测坑道破坏分区的方法。     

爆炸冲击波在长直坑道和复杂坑道内传播规律的对比研究

利用非线性动力分析软件LS-DYNA,对炸药在坑道入口处爆炸情况下,爆炸流场在长直坑道、＂L＂形坑道、＂S＂形坑道内的变化过程进行了数值仿真,得到了爆炸冲击波在不同形状坑道中的传播规律。研究结果表明：带弯道设计的坑道可以有效地削弱冲击波强度,提高坑道的抗破坏能力;弯道外侧峰值压力比同位置长直坑道中的峰值压力大,因此在进行带弯道的坑道设计时,应相应地加强弯道外侧坑道壁的强度。该方法适合于解决爆炸冲击波在复杂弯曲坑道内传播的问题,为今后的坑道防护设计提供了参考和依据。     

某观察坑道在爆炸荷载作用下破坏情况的宏观调查分析

本文叙述了岩体洞库大药量条形炸药爆炸在附近的平行观察坑道中产生的破坏现象。通过爆炸后的宏观调查,特别是从围岩岩体构造分析了坑道的动力反应,并论证了一个主要的断层在爆炸作用下产生了滑移。文中讨论了观察坑道不同支护段在爆炸荷载作用下的反应,包括:喷浆层支护的破坏形态;锚杆和予应力大锚杆的支护作用;离壁式被复的破坏特点等。最后,对观察坑道的安全性作出了评价。     

防护门在空气冲击波和破片作用下的破坏

随着精确制导武器被大量用于实战,地下工程坑道内部遭受爆炸的可能性越来越大。利用原型坑道内爆炸试验,考察了破片和空气冲击波的复合作用对防护门的宏观破坏效应。对破片的初始速度、质量分布和空间分布进行了定量计算,分析了破片和冲击波对防护门的单一破坏作用,定性讨论了冲击波和破片对防护门的复合破坏作用。     

地下坑道对其临界震塌爆距处钻地武器爆炸载荷的动力响应

利用非线性显式动力有限元程序,采用多物质流固耦合计算方法,就GBU-28钻地弹在地下坑道临界震塌爆距处爆炸时,对地下直墙拱坑道的动力响应进行数值模拟。根据围岩动力稳定性和混凝土动态强度判据,结合模拟结果,分析衬砌结构与围岩的相互作用。钻地弹在直墙圆拱断面的坑道临界震塌爆距处爆炸时:围岩处于临界破坏状态,但混凝土衬砌结构处于稳定状态;拱顶的应力峰值明显,且柱状装药情况下,爆炸近区的应力较集团装药情况下的大;拱肩位置出现应力集中;围岩与衬砌结构特征位置处的相互作用载荷与对应质点的振动速度相互耦合,基本成对应的关系。     

海拔高度对长直坑道内爆炸冲击波传播的影响

为有效表征不同海拔坑道内爆炸冲击波的传播特征,利用非线性显式动力学有限元软件AUTODYN,研究了海拔高度对长直坑道内爆炸冲击波传播的影响规律,探讨了高海拔环境对坑道内冲击波传播的影响,基于量纲分析,建立了适用于不同海拔高度典型坑道内冲击波峰值超压的计算模型,并通过数值计算进行了验证。结果表明：随着海拔高度升高,坑道内爆炸冲击波波阵面传播速度与径向的冲击波参数偏差增大,平面波形成距离增加,冲击波峰值超压降低;在0～4 000 m范围内,海拔高度每升高1 000 m,冲击波冲量降低约0.91%。结合Sachs无量纲修正方法和量纲分析,推导出不同海拔高度冲击波峰值超压的理论分析模型,模型计算结果与数值计算结果的相对偏差不大于10%,能够为高海拔环境下坑道内爆炸冲击波的传播提供理论依据。     

干旱区花岗岩体中地下坑道渗水的逻辑信息法评价

本文采用逻辑信息法对某干旱区花岗岩体中的地下坑道渗水进行了研究。对影响地下坑道渗水的因素进行了分析,确定了可能与地下坑道渗水相关的11个影响因子,并根据场地地下坑道渗水特征,将渗水严重程度分成4个级别,建立了所研究场地地下坑道渗水预测评价的逻辑信息法模型,得到了不同影响因子的权重。从计算得到的影响因子的权重可以看出,围岩岩性、裂隙发育特征及地下坑道垂直正上方地表附近的地貌等因素对地下坑道渗水都有明显影响。并用所建立的模型对研究场地进行了分区评价。     

直坑道内防护门上的爆炸冲击波荷载

为可靠开展抗爆结构设计与评估,基于理论计算与数值分析对直坑道内爆炸冲击波荷载的计算问题进行了研究。定量对比分析了现有不同方法计算结果的差异,基于结构响应对不同方法进行了评价,并结合模型实验对近距离爆炸情况下直坑道内防护门上的设计荷载取值问题进行了研究。结果表明,在进行荷载简化时有必要考虑荷载形式与结构响应的耦合,而现有坑道内爆炸冲击波荷载的简化计算方法普遍没有考虑结构动态特性影响,且相互之间存在很大差异,严重影响设计或评估工作的可靠性;近距离爆炸情况下,取门中线上距门边1/4宽度处的压力或门上平均压力作为坑道内防护门上的设计荷载,在比较宽的结构频率范围内是合理的。研究结果可为坑道内结构的防护设计提供参考。     

坑道内化爆冲击波的传播规律

装药在坑道内部爆炸时将产生沿坑道传播的空气冲击波,由于受到坑道洞壁的限制,空气冲击波在坑道内的传播规律异于在自由大气中的传播。利用三维数值模拟计算程序,对长坑道中的化爆流场进行了数值计算,归纳出空气冲击波沿坑道方向的传播规律。计算结果与试验结果符合较好。     

坑道内爆炸条件下水的消波效应研究

内爆炸对坑道内的人员、装备、结构都具有巨大的毁伤效应,内爆炸的防护技术已成为研究的热点。本文就炸药在坑道内爆炸情况下水的消波效应,开展了坑道模型爆炸试验、实际坑道爆炸试验、数值模拟研究,结果表明:坑道内爆炸条件下水具有显著的消波效应。文中还给出了不同置水工况下坑道空气冲击波超压的衰减率范围,并对水消波效应的机理进行了初步探讨。     

石太客运专线特长隧道涌水灾害预测研究

介绍了模糊综合评判方法及其应用步骤,在分析石太客运专线特长隧道地质构造、围岩类别、降雨量、地表环境特征等因素的基础上,建立模糊综合评判矩阵对隧道涌水进行预测。结果表明,模糊综合评判方法能很好地预测隧道涌水量的大小等级。     

Fuzzy variational principle and its applications

Linear and non-linear peaky fuzzy numbers and their arithmetic operations are constructed for the analysis of engineering structures with fuzzy characteristic quantities. Fuzziness of the corresponding quantities is consistently incorporated into the functional of the total potential energy. A set of deterministic recursive equations is obtained as the alternative expressions of the fuzzy variational principle by means of the second-order perturbation technique. The fuzzy Ritz method and the fuzzy finite element method are presented as the applications of the fuzzy variational principle. Accordingly, the roundabout procedures frequently used in the formulations of the fuzzy finite element method are avoided. A benchmark problem of a bending beam with fuzzy Young's modulus under fuzzy external loading is solved by the developed fuzzy numerical methods. Numerical examples show that results determined by these two fuzzy methods are both little conservative, and are in good agreement with those obtained by the analytical method. Moreover, the fuzzy Ritz method or the fuzzy finite element method can provide more valuable information than the conventional deterministic methods.     

基于离散-连续耦合方法的隧道压力拱特性研究

隧道压力拱问题一直是隧道工程研究的关键问题,目前常用的连续介质数值模拟方法对于隧道压力拱特性的微观研究有所欠缺,而擅长微观力学研究的离散元数值模拟方法对计算机存储空间和计算时间的要求太高。基于现有离散-连续耦合思路,通过力的传递实现离散-连续模型的耦合;研究了耦合算法中的平均应力计算方法、平均应力计算区域面积及耦合程序遍历颗粒方法;基于自行开发优化的离散-连续耦合程序,模拟了隧道开挖后的围岩受力特性,研究了隧道压力拱形成机理及压力拱特性;计算了埋深分别为10 m,14 m,18 m,22 m,26 m,30 m和34 m情况下的隧道开挖产生的压力拱应力集中等效区域,揭示了隧道压力拱随着隧道埋深的变化规律。研究结果表明,自行开发优化的离散-连续耦合程序能在保证计算精度的前提下,充分发挥离散元方法在微观力学研究方面的优势;隧道开挖后,开挖面周边范围出现层状压力环,但在拱顶和仰拱底附近区域的围岩压力环的环间接触力降低,围岩承载能力急剧降低,形成压力拱;随着隧道埋深的增加,隧道压力拱应力集中等效区域减小,隧道周边围岩的压力拱承载能力越来越大;但当隧道埋深达到一定界限后,隧道压力拱高度趋于稳定。     

DYNAMIC CHARACTERISTIC ANALYSIS OF FUZZY- STOCHASTIC TRUSS STRUCTURES BASED ON FUZZY FACTOR METHOD AND RANDOM FACTOR METHOD

A new fuzzy stochastic finite element method based on the fuzzy factor method and random factor method is given and the analysis of structural dynamic characteristic for fuzzy stochastic truss structures is presented. Considering the fuzzy randomness of the structural physical parameters and geometric dimensions simultaneously, the structural stiffness and mass matrices are constructed based on the fuzzy factor method and random factor method; from the Rayleigh's quotient of structural vibration, the structural fuzzy random dynamic characteristic is obtained by means of the interval arithmetic; the fuzzy numeric characteristics of dynamic characteristic are then derived by using the random variable's moment function method and algebra synthesis method. Two examples are used to illustrate the validity and rationality of the method given. The advantage of this method is that the effect of the fuzzy randomness of one of the structural parameters on the fuzzy randomness of the dynamic characteristic can be reflected expediently and objectively.     

区间可靠性分析方法及在地下隧道结构计算中的应用

基于工程结构不确定性的区间分析方法,本文将区间分析方法与可靠性分析方法相结合,探讨了一种可以获得区问可靠指标的可靠性分析方法.依据结构失效准则确定的功能函数在一定区间内变化,进而得出了可靠指标的变化区间,在得到区间可靠指标的同时也得到了一种反映结构稳健性的稳健可靠指标.结合区间有限元的优化计算方法,对某地下隧道结构进行了区间可靠性分析,所得区间可靠性指标合乎规律.     

FUZZY ARITHMETIC AND SOLVING OF THE STATIC GOVERNING EQUATIONS OF FUZZY FINITE ELEMENT METHOD

The key component of finite element analysis of structures with fuzzy parameters, which is associated with handling of some fuzzy information and arithmetic relation of fuzzy variables , was the solving of the governing equations of fuzzy finite element method. Based on a given interval representation of fuzzy numbers, some arithmetic rules of fuzzy numbers and fuzzy variables were developed in terms of the properties of interval arithmetic. According to the rules and by the theory of interval finite element method, procedures for solving the static governing equations of fuzzy finite element method of structures were presented. By the proposed procedure, the possibility distributions of responses of fuzzy structures can be generated in terms of the membership functions of the input fuzzy numbers. It is shown by a numerical example that the computational burden of the presented procedures is low and easy to implement. The effectiveness and usefulness of the presented procedures are also illustrated.     

TBM施工隧洞围岩级别划分探讨

已有不少专家在TBM施工围岩级别划分方面进行过有益探索,为后来的工作提供了很好思路。目前的问题是,所提出的分级指标难以获取、离散性较大、有一些与施工直接相关的指标的定量化问题未能解决,尚未形成明显共识的分级系统或方法。为此,有必要针对水工隧洞TBM施工围岩类别划分进行详细探讨。本文提出以现行《水利水电工程地质勘察规范》中水工隧洞围岩分级方法为基础,参考秦岭隧道TBM施工围岩分级方法,根据TBM施工的工作效率、碴料特征和涌水状况进行分级修正,建立适合于TBM施工的水工隧洞围岩分级修正模型,实现TBM施工水工隧洞的围岩分级,并以2个实例进行验证。     

高超声速飞行器气动热关联换算方法研究

气动热风洞实验是地面研究和预测飞行器气动热环境的重要手段之一, 但由于风洞实验模拟能力的限制, 风洞实验的流场参数和模型的几何尺度都会与实际飞行情况存在一定的差别, 导致地面风洞实验中得到的模型表面气动加热率数据无法直接用于飞行条件下的热环境预测和热防护设计. 以往通过针对具体飞行器的试验结果进行数据拟合后外插的气动热关联换算方法指向性较强, 没有考虑到气动热的具体影响参数, 存在一定局限性, 难以外推应用于其他外形的飞行器. 为解决通过气动热风洞实验数据外推预测飞行条件下气动热的技术难题, 基于无量纲NS方程和边界层理论分析研究了影响气动热的主要参数, 并通过推导化简边界层近似解热流公式, 针对层流流态建立了气动热关联换算方法, 可以考虑当地边界层外缘参数的影响, 具有一定通用性. 在此基础上, 利用建立的方法将Reentry-F飞行器缩比模型的风洞实验数据换算到该飞行器飞行条件下的典型工况, 并与飞行测量结果进行了比较, 外推预测结果与飞行测量结果符合较好, 表明建立的关联方法可以用于气动热风洞实验数据的外推换算.      

模糊桁架结构在模糊激励下的动力响应分析

研究了模糊参数桁架结构在模糊荷载激励下的动力响应分析问题. 不仅模糊桁架结构的物 理参数、几何尺寸具有模糊性,而且外载荷幅值也具有模糊性时,从Duhamel积分式出发,利用模糊因子法、区间运算和振型叠加法求出了结构动力响应模糊变量的表达式. 最后通过算例考察了结构参数和作用荷载的模糊性对结构动力响应的影响,表明所提出的计算模型和 分析方法是正确与可行的.     

隧道近距离交汇时对老隧道的影响分析

采用三维有限元模拟盾构推进的过程,是研究盾构施工中土层移动的最有效的手段。本采用三维弹塑性有限元,在真实模拟施工情况的基础上,研究了新隧道从老隧道下面垂直穿过时,对老隧道的变形影响情况。研究表明,推进力和稳定比N是影响老道变形的主要因素。