深埋椭圆形片状裂纹的偏折扩展

基于无限大弹性基体深埋椭圆形片状裂纹的变形场,推导了椭圆形片状裂纹的能量释放率,采用能量平衡方法建立了椭圆形片状裂纹承受拉应力和剪应力时的复合断裂准则. 考虑裂纹在拉-剪应力作用下的偏折扩展,分析了裂纹的偏折方向,提出了椭圆形片状裂纹发生偏折扩展时的初始偏折位置的确定方法.      

复杂应力下脆性岩石材料的微裂纹损伤特性

基于无限大体深埋平片状椭圆形裂纹的变形场及其扩展条件,分别推导了脆性岩石材料内部具有任意空间取向的单个张开型或闭合型椭圆形微裂纹及其扩展引起的附加柔度张量;考虑微裂纹系统对材料变形的影响,引入了概率密度函数,得到了任意应力状态下脆性岩石材料的宏细观损伤模型;分析了椭圆形微裂纹的短长轴比率对材料损伤的影响.计算结果显示:材料损伤随着短长轴比率的增大而增大,短长轴比率对材料损伤的影响会随着载荷的增大而提高.将本文模型应用于混凝土的单轴拉伸和花岗岩的单轴压缩,结果表明本文模型能够对实验现象给予很好地解释.     

横观各向同性材料的三维断裂力学问题

从三维横观各向同性材料弹性力学理论出发, 使用Hadamard有限部积分概念, 导出了三维状态下单位位移间断(位错)集度的基 本解. 在此基础上, 进一步运用极限理论, 将任意载荷作用下, 三维无限大横观各向 同性材料弹性体中, 含有一个位于弹性对称面内的任意形状的片状裂纹问题, 归结为求 解一组超奇异积分方程的问题. 通过二维超奇异积分的主部分析方法, 精确地求得了裂纹前沿光滑点附近的应力奇异指数和奇异应力场, 从而找到了以裂纹表面位移间断表示的应力强度因子表达式及裂纹局部扩展所提供 的能量释放率. 作为以上理论的实际应用，最后给出了一个圆形片状裂纹问题 的精确解例和一个正方形片状裂纹问题的数值解例. 对受轴对称法向均布载荷作用下圆形片状裂纹问题, 讨论了超奇异积分方程的精确求解方法, 并获得了位移间断和应力强度因子的封闭解, 此结果与现有理论解完全一致.     

两共面预制裂纹试样应力场特征与破坏模式研究

破坏模式决定着裂隙岩体的基本力学性质,通过对比分析典型两条共面裂纹的节理裂隙岩体试样的模型试验、模拟试验结果,系统地研究了预制裂纹倾角、侧压以及裂纹面摩擦系数等因素对试样应力场、破坏模式以及峰值强度的影响;进一步解释了不同裂隙分布条件下张拉次生裂纹、剪切次生裂纹的起裂、发展以及贯通路径与机理,系统地总结了两条共面裂纹试样贯通模式的演化规律。结果表明:随预制裂纹倾角从0°增大到90°,两共面裂纹试样第一主应力最大值呈现先增大而后减小的规律,倾角较小或较大时试样最大拉应力相对较小,而倾角为20°～70°时试样最大拉应力较大且45°～65°间达到最大;剪应力极值线绕预制裂纹尖端旋转,次生剪切裂纹起裂部位、发展方向均发生变化,接近0°和90°时试样内部最大剪应力值最小,倾角为20°～70°时试样最大剪应力相对较大且30°时剪应力达到最大;裂纹倾角较小时试样破坏路径由两预制裂纹中的一条与其次生裂纹贯通形成破坏路径,倾角较大时破坏路径通过两条预制裂纹以及其次生裂纹贯通形成;试样峰值强度变化曲线呈浅底"V"字形,倾角为0°、90°时峰值强度大体相同,倾角为45°时峰值强度达到最小且约为0°时峰值强度的40%～50%。     

基于Hertz 理论圆柱和平面之间的滑动接触分析

当圆柱与平面之间产生摩擦滑动接触时,基于Hertz理论,推导了平面内应力分量的计算公式,分析了应力的分布,描述了应力分布的特点.在接触表面上,存在最大拉应力和最大压应力;最大拉应力出现在拖动边的边缘,而最大压应力发生在导向边的区域.因此,如果接触平面因拉或压应力引起失效,首先会出现在接触表面;第一型裂纹的产生及扩展首先会发生在拖动边的边缘.剪应力,主剪应力及Von-M ises等效应力(当摩擦系数较小时)的最大值均会出现在接触体内,存在于导向边.因此,塑性滑移开始首先会发生在接触体内,然后,才扩展到接触表面.这些结论为工程应用研究提供了依据.     

平行于功能梯度材料夹层的币型裂纹起裂条件

分析了功能梯度材料中币型裂纹的扩展问题．裂纹平行于无限域中功能梯度材料夹层,受有与裂纹面成任意角度的拉应力．假定功能梯度材料夹层与两个半无限域均匀介质完全粘合,其弹性模量沿厚度方向变化．采用基于层状材料广义Kelvin基本解的边界元方法分析裂纹问题,给出了均布正应力和剪应力作用下裂纹的应力强度因子、将应力强度因子耦合于应变能密度断裂判据,讨论了裂纹体在拉伸应力作用下的起裂条件．     

磁电弹性体中唇形运动裂纹问题分析

本文通过共形映射公式,利用复变函数方法研究了磁电弹性体中的唇形运动裂纹问题.对裂纹面上受反平面剪应力和面内磁电载荷共同作用情况,导出了磁电全非渗透型边界条件下运动裂纹尖端场应力强度因子和机械应变能释放率的解析解.当运动速度为零时这两解都退化成了静止状态下的解.通过算例,与具有相同尺寸的带双裂纹的椭圆孔口问题进行了比较,给出了两种裂纹尖端点处应力强度因子和机械应变能释放率随孔口高度h与裂纹半长a之比h/a的变化规律曲线图,得出了两种孔口裂纹问题在应力强度因子和能量释放率两方面的异同点,结果表明采用唇形孔口裂纹比采用带双裂纹的椭圆孔口能降低裂纹的扩展,这在工程建设及构件的制造上有一些指导作用.     

压应力对压剪裂纹扩展的影响研究

本文针对压剪裂纹的启裂及扩展问题,研究了脆性材料中裂纹面压应力变化对其扩展的影响规律.借助双轴加载试验机可自由调节两个轴位移和力的优势,设计了一种单边对称双裂纹压剪试样.试验中,施加裂纹面压应力至不同的预设值后,使剪应力单调增大直至裂纹启裂及扩展,得到不同预设压应力下压剪裂纹启裂及扩展规律.随着预设压应力增大,启裂角增大,裂纹扩展路径与初始裂纹的偏角也增大.但随着压应力增大,启裂角增大至一定值后趋于稳定,实验发现,依据裂纹是否闭合,压应力对压剪裂纹扩展的作用大致可分为两个阶段:闭合前,压应力对裂纹启裂载荷及启裂角、扩展路径均有影响,预设压应力增大,裂纹启裂载荷增大、启裂角增大,扩展路径愈来愈偏离初始裂纹方向;闭合后,压应力虽然增大,启裂角和临界压剪应力比始终恒定,压应力对临界剪力和扩展路径存在一定影响.研究表明,裂纹启裂角与启裂时的压剪应力比存在一定的对应关系.启裂时的压剪应力比增大,启裂角增大,启裂时的压剪应力比恒定,启裂角不变.     

压应力对压剪裂纹扩展的影响研究

本文针对压剪裂纹的启裂及扩展问题,研究了脆性材料中裂纹面压应力变化对其扩展的影响规律.借助双轴加载试验机可自由调节两个轴位移和力的优势,设计了一种单边对称双裂纹压剪试样.试验中,施加裂纹面压应力至不同的预设值后,使剪应力单调增大直至裂纹启裂及扩展,得到不同预设压应力下压剪裂纹启裂及扩展规律. 随着预设压应力增大,启裂角增大,裂纹扩展路径与初始裂纹的偏角也增大.但随着压应力增大,启裂角增大至一定值后趋于稳定,实验发现,依据裂纹是否闭合,压应力对压剪裂纹扩展的作用大致可分为两个阶段:闭合前,压应力对裂纹启裂载荷及启裂角、扩展路径均有影响,预设压应力增大,裂纹启裂载荷增大、启裂角增大,扩展路径愈来愈偏离初始裂纹方向;闭合后,压应力虽然增大,启裂角和临界压剪应力比始终恒定,压应力对临界剪力和扩展路径存在一定影响.研究表明,裂纹启裂角与启裂时的压剪应力比存在一定的对应关系.启裂时的压剪应力比增大,启裂角增大,启裂时的压剪应力比恒定,启裂角不变.      

应力诱发表面扩散下晶内微裂纹演化的有限元分析

基于物质表面扩散和蒸发-凝结的经典理论,对金属材料内部晶内微裂纹在应力诱发下不稳定外形演化进行了有限元模拟。结果表明,在拉压载荷下,椭圆形晶内微裂纹演化分叉存在临界形态比βc,当β＜βc 时,微裂纹逐渐圆柱化;当β≥βc 时,微裂纹分节为三个裂腔。微裂纹分节时间随形态比增大成近似线性减小,随着拉压应力的增大,微裂纹发生分节的临界形态比和分节时间都将减小。     

半硬半软岩隧道塌方的力学特性及处理方法分析

由于蛟岭隧道出口横断面一半为硬岩,结构完整,而另一半为软岩,为风化岩层,且较为破碎,所以在隧道开挖时,硬岩一侧刚度较大,变形较小,自稳能力大;软岩一侧与之相反,遇水软化,流变性明显,所以在软硬岩交界面处,产生滑移,导致塌方,从而在软岩一侧采取了地表加固和掌子面管棚注浆的处理,形成了与硬岩接近的强度,使隧道周围形成一个承载环,并对处理段进行了监测,监测数据分析表明处理后迅速达到稳定。     

碎裂结构边坡变形机理及治理对策研究

碎裂结构边坡稳定性受多组相交结构面控制,且受降雨、地震等多因素影响强烈,具有一定的特殊性。本文以某花岗岩碎裂结构边坡为例,在边坡的地质条件和岩体结构研究的基础上,结合施工及监测反馈信息,深入分析了边坡变形破坏模式,并根据稳定性计算结果,提出锚索、钢筋桩与排水相结合的支护方案。研究结果表明：坡体内部陡倾卸荷裂缝发育形成后缘切割面,中下部滑面追踪陡缓两组结构面发展;支护措施实施后,边坡经历“5•12”地震及雨季,多点位移计监测结果表明,地震和降雨对边坡稳定性影响较大,支护措施较好地控制了边坡变形。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

大跨度采空影响顺倾构造山体侧向变动的复合机理

采空区地表山体侧向变动,不同于一般天然山坡,也与采空区一般上覆岩层的变形破坏有异;它是二者复合机理的效应。本文在分析考察了毗邻电厂的横山顺倾构造山体,剖析了地下采空情况后认为,山体侧向变动中,软弱夹层有决定性作用;变动范围、速率与规模,与地下采空有关。从而又利用地质力学模型试验和数值模拟,探索了采动引起山体应力场及变动规律。结果表明,山体岩层的变形、位移、破坏,由直接顶板向地表发展;采空坍陷诱发了软弱夹层的蠕滑,则产生山体侧向滑移;电厂区地表隆起变形是山体侧向滑移挤压地基土的反映。通过现场实际调究、变形观测资料分析与数值模拟和模型试验的对比研究,提出了“坍落拱梁”的成生效应、挤压蠕滑效应、失稳效应;揭露了顺倾构造山体在采空影响下,具有地表、地下的“复合临空面”的“复合应力场”中“复合变动”的“复合机理”;并提出这种山体侧向变动机理的典型地质模式,借以论证山体稳定性。     

鲤鱼塘水库溢洪道边坡稳定性的岩体结构分析

由侏罗系千佛岩组砂岩、泥岩及炭质页岩组成的软硬相间的互层边坡,受不同岩层工程特性的影响,开挖引起不同部位岩体产生拉裂、松弛及沿软弱结构面的蠕滑等变形。为分析地层岩性对边坡稳定性的影响,对侏罗系千佛岩组地层进行工程地质岩组划分,分为薄层泥岩与中薄层砂岩互层岩组、巨厚层砂岩夹中厚层砂岩和薄层泥岩岩组。在此基础上,通过对边坡岩体结构的详细研究,确定了控制边坡稳定性的结构面为层间软弱夹层,进而对边坡表层碎裂岩体、结构面组合形成的块体稳定性进行分析,结果表明,边坡浅层岩体整体稳定性差,局部处于极限平衡状态,深部岩体稳定性相对较好,边坡稳定性的岩体结构分析结果与边坡变形状况吻合。     

大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟

随着边坡地质结构、地层岩性和诱发因素的不同,反倾岩体的主控变形破坏模式都会发生改变。金沙江龙蟠边坡岩体主要为反倾向千板岩和砂岩互层状结构,坡脚河床深厚覆盖层构成了边坡的软弱支座。本文运用离散单元法模拟了大型反倾库岸岩体在漫长的地质历史时期中的变形演化过程,并基于反倾岩体变形的时效性观点,引入强度折减法分析边坡在不同阶段的剪切屈服区扩展情况及相应的稳定性状态。结论表明龙蟠边坡变形岩体是重力弯曲蠕变为主导的成因机制,并归纳提出了软基效应和互层效应共同作用下的大规模反倾岩体的累进性剪切破坏模式,俗称“龙蟠模式”。     

小湾水电站进水口高边坡变形机理分析及工程意义

小湾水电站进水口高边坡地质条件及开挖坡型复杂,断层、节理裂隙发育并相互切割,坝顶平台至进水口底板平台平均开挖坡度88°,最大高差106m,其中垂直开挖段81m,最大水平退坡深度170余米。伴随边坡开挖过程中,边坡上部岩体产生了一系列的变形破裂现象,主要表现为沿混凝土坡面分布的张开宽度和延伸长度不一的裂缝及起壳现象。本文结合边坡的实际工程地质条件和监测结果数据,对变形破裂现象的形成机制进行了系统的分析。结果表明,裂缝产生的原因主要是由于地处高地应力区岩体在边坡开挖过程中产生的卸荷回弹表现,是正常的卸荷松弛变形。在此基础上,对边坡的稳定性分析表明,该边坡稳定性良好。     

世界三大典型水库型顺层岩质滑坡工程地质比较研究

通过对瓦依昂滑坡、塘岩光滑坡、千将坪滑坡滑坡三大滑坡工程地质比较研究,找出了其地形地质条件、诱发因素、变形特征的基本规律和共性,揭示了库水浮托与滑带浸泡软化及二者耦合的滑坡诱发机制; 提出了水库顺层岩质滑坡的基于易滑地质结构的空间预测模型; 初步总结了水库顺层岩质滑坡短期及临滑变形特征。     

地震CT与FBG传感器技术在隧道结构诊断中的应用

针对飞鱼泽隧道的上行线二衬拱顶靠档墙处出现裂缝,经地震CT技术查清隧道上所覆盖岩体的工程地质结构结果表明,沿隧道轴向存在三个岩体破碎带,其中在小里程入口段,岩体完整性较差。在隧道病害治理和隧道健康监测中,经光纤Bragg光栅（FBG）传感器的监测结果表明,松散破碎岩体的地质情况得到了相应的加固。因此,地震CT和FBG两者的检测结论是相互印证的。     

富溪双连拱隧道出口高边坡稳定性评价及支护效果分析

富溪双连拱隧道出口高边坡岩体风化、卸荷严重,在施工开挖前边坡中上部已经发生较为明显的倾倒变形,整个变形体处于极限平衡状态。本文在现场调查和岩体结构分析基础上,建立了边坡变形破坏机理的概念模型,利用FLAC3D模拟研究了开挖后坡体变形特征。在变形分析基础上,提出了对倾倒变形体采用锚管注浆处理的边坡治理措施,支护效果模拟计算表明,注浆后边坡稳定性较好,同时监测资料也显示支护措施实施后,边坡的稳定性较好,可以保障公路的施工和长期营运的安全。