强度折减有限元在堤防稳定分析中的应用研究

采用强度折减有限元法,研究非均值堤防塑性区的开展特征和失稳破坏过程,并根据堤防应力场分布和临界滑动面的形成来分析堤岸整体失稳破坏的机理。结果表明:把强度折减有限元应用到非均质土层的堤防边坡稳定分析,在理论上、数值模拟实现上都是可行的; 有限元静力平衡和位移计算不收敛作为堤防边坡整体失稳的标志,同时考察滑移面上某些特征点的位移与荷载增量的关系、参考土体内坡脚向坡顶上方贯通的塑性滑动带的形成,可以准确判别堤防边坡失稳破坏状态; 此外,堤防失稳时的应力场分布特征表明,有必要应用张拉-剪切复合屈服准则,以真实反映堤防边坡的临界滑动面形成机理。     

高陡层状土质边坡风蚀失稳过程及机理研究

吐鲁番交河故城台地高陡层状土质边坡的失稳过程受风蚀控制和影响非常典型; 在土层组合特征和抗风蚀能力差异以及当地终年多大风的气候特征的共同作用下,坡体土层形成风蚀空腔并在空腔的控制下发生变形破坏。以工程地质定性分析、风洞实验、物理模拟为主要手段,结合数值模拟,分析了该边坡在自然风蚀改造过程中表现出具有特殊性、多样性和阶段性特征的失稳过程,验证了边坡风蚀空腔形成与发展的存在性,揭示了边坡在风蚀失稳过程中的客观存在的差异风蚀和外挑块体变形破坏机理,为防治和监测此类边坡的变形破坏提供了有益的参考。     

岩石失稳破裂的变形突跳研究

针对在非刚性加载条件下岩石失稳破裂过程中变形突跳的特性, 根据时间的不可逆性, 研究了岩石试样在普通试验机下的变形规律及突跳特性, 得到了与尖点突变模式相似的突变机构。再利用突变理论中尖点突变模型研究由试验机和岩石试样组成的力学系统的失稳机制, 结果表明：两者得到的岩石变形突变量非常相似, 且具有同一变化趋势。     

采动诱发岩体移动破坏过程数值模拟研究

本文基于岩石介质的宏观非线性主要是由非均质性和各向异性造成的, 应用新的数值计算软件RFPA(2D), 对采动引起岩体失稳破坏的全过程进了数值模拟研究。     

杆式射流形成的数值模拟研究

利用数值仿真软件LS-DYNA3D,通过数值模拟方法研究了药型罩压跨、射流的形成、延伸和失稳断裂的全过程,数值模拟结果与实验结果吻合较好,得到了一套实用的数值模拟方法及材料模型参数,定性分析了大锥角的药型罩压垮过程,对形成杆式射流的药型罩结构设计具有一定借鉴意义。     

岩石碎屑流运移堆积过程数值模拟

岩石高速远程崩滑是一种特殊的、危害性很大的地质灾害,崩滑后期形成的高速岩石碎屑流具有很高的运移能力,破坏力极强。以岩石碎屑流为研究对象,重点模拟岩石碎屑流形成后,碎屑流的运移堆积过程和最大运移堆积距离。利用二维颗粒离散元数值模拟方法,建立碎屑流二维运动堆积模型,分析了岩石碎屑流初始高度、体积、加速斜面坡度、堆积底面摩擦系数以及堆积底面地表起伏程度对于岩石碎屑流最大运移堆积距离的影响。实验结果显示:岩石碎屑流运移堆积过程体现出了碎屑流物质的离散性和流动性; 碎屑流最大堆积距离随高度、体积、斜面坡度增大而增大; 随堆积底面摩擦系数、堆积底面地表起伏程度增大而减小。     

岩石双孔爆破过程的流形元法模拟

在流形元基本理论基础上,引入断裂力学的裂纹产生及扩展判据,应用二阶流形元对岩石双孔爆破过程进行了研究,模拟了双孔同时起爆和毫秒延时起爆两种条件下裂纹的产生和扩展、块体的形成以及漏斗形成过程,分析了爆炸载荷作用下岩石的破坏规律以及起爆条件对该过程的影响,验证了流形元法在研究冲击载荷作用下岩石从连续体到不连续体破坏过程的准确性和有效性,为研究类似问题提供一个新的思路和方法。     

雾化雨诱发岩质边坡失稳的机理

文中谈到雾化雨及其诱发边坡失稳的过程，并模拟分析了边坡失稳的机理。     

小湾电站深切河谷边坡演化动力学过程及机制研究

小湾水电站坝址位于高山峡谷区,深切峡谷形成演化的动力学过程决定了坝区边坡目前的形态特征、岩体结构特征及稳定性状况,由此深刻影响边坡设计方案和建基面的选择。基于现场工作和分析测试成果,得出主要结论有:(1)由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,边坡浅表层改造强烈,产生了大量的中缓倾角裂隙,坡面附近近SN向陡裂张开、扩展; 浅表层发育了大量近EW向挤压带(面); (2)岸坡浅表层中缓倾角结构面的产生机制,包括沿原构造节理扩展和新生裂隙; 坡体下部的中缓倾角裂隙会因差异卸荷回弹而继续扩展,坡体中上部岩体质量劣化,在地应力场调整过程中,因剪切滑移继续扩展,坡体逐渐进入时效变形阶段。(3)对河谷边坡进行了地质—工程分类,指出各类边坡可能变形失稳模式包括倾倒变形、平面滑动、阶梯状滑动、楔形滑动和堆积体滑动等5种。     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发，提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流，损伤耦合迭代来实现。算例表明，该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下，微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响，非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同，裂纹扩展路径不规则发展，模拟结果和实验结果较为一致。     

Shear band bifurcations in ductile single crystals

A shear band bifurcation analysis for a multiply slipping ductile single crystal is presented. The crystal is rate independent, and crystallographic slip is governed by Schmid's law. Attention is focused on double slip in a tensile deformation, so that comparison with previous studies is feasible. The results, which consider the rigid-plastic and elastic-plastic cases separately, show several qualitative features in agreement with experiment and with earlier analytical work based on a plane strain model. The shear band orientations exhibit the expected tendency, but the critical strain hardening values obtained here, while positive, are quite low. The present results also indicate the ready availability of non-uniform slip patterns, or ‘patchy slip’, a phenomenology consistent both with experimental observations and recent numerical studies.     

平面滑动型岩质边坡稳定性极限分析上限法

在极限分析理论框架体系的基础上,提出了平面滑动型岩质边坡极限分析上限法。该方法按照外力所做的功率等于内力所消耗的功率,即滑体处于极限状态时两功率相等的条件——虚功率方程,综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震作用力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了岩质边坡稳定性评价的极限分析上限解。锦屏一级水电站右岸泄洪洞引渠内侧工程边坡属于典型的多级台阶状岩质高边坡,该边坡岩体结构为层状结构,变形破坏模式为平面滑动。对引渠内侧岩质边坡稳定性分析结果表明,极限分析上限法对平面滑动型岩质边坡有较好的适用性。     

共面闭合断续节理岩体直剪强度特性研究

介绍了节理面和岩桥各自的抗剪强度机制,引入法向变形协调条件,基于Mohr-Coulomb理论,推导了共面闭合断续节理岩体的直剪强度公式。模型试验发现,剪切破坏面以拉剪复合破坏为主,同时岩块中伴随大量的拉张微裂隙。试样的强度和变形具有明显的阶段性,全应力应变曲线主要经历了线弹性增长、节理面错动、次生裂纹起裂稳态扩展、节理面贯通破坏和残余强度5个阶段。对比发现,理论计算结果与试验值吻合较好。     

Squeeze flow of Bingham fluids under slip with friction boundary condition

This paper develops a theoretical analysis of a Bingham fluid in slipping squeeze flow. The flow field decomposition consists in combining a central extensional flow zone in the plane of symmetry and shear flow zones near the plates. It is also considered that the slipping zone is located around a central sticking zone as previously shown from experiments. It is assumed that the shear stress at the plates is constant in the slipping zone and equals a fixed friction yield value. The squeeze force required to compress a Bingham fluid under the slipping behaviour as well as the radial evolution of the transition point between both sticking and slipping zones are finally determined.     

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”。     

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程, 再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.      

川藏公路茶树山滑坡特征及成因机制分析

通过对川藏公路茶树山滑坡地质环境条件的系统调查研究,分析了滑坡岩土体结构、边界条件、变形特征、影响因素,并结合3DEC数值模拟,对其变形破坏机制进行了深入的探讨。综合分析表明,滑坡位于活动断裂带内,后缘斜坡陡峭,岩体破碎,同时前缘为较厚的松散堆积体斜坡,在地震活动、降雨等影响因素的诱发作用下,滑坡成因机制主要表现为以下3个阶段:(1)倾倒拉裂阶段,滑坡受后缘地形及岩体结构控制作用较为明显,在坡体浅表层一定深度范围内出现较为强烈的倾倒拉裂变形带,产生倾倒-拉裂滑动; (2)蠕滑变形阶段,前缘松散堆积体在强大的自重推力作用下发生蠕滑变形; (3)前部"锁骨段"剪断,整体失稳阶段,滑坡前部锁骨段在自重推力及断层活动的持续影响下,发生剪断,控制后缘倾倒拉裂体稳定性的潜在滑面与前缘松散堆积体体内的剪切滑动面贯通,滑坡整体失稳。     

龙滩水电站蠕变体B区折断面及折断错滑面成因分 析

通过对广西龙滩水电站左岸边坡蠕变体B区折断面和折断错滑面地质特征,变形特征,滑带充填物特征以及力学参数研究,结合监测,岩体风化以及构造特征、表层岩土体滑移-牵引等特征分析,认为折断面和折断错滑面的形成主要是由于边坡岩性以及河水侵蚀等作用下,岩体的风化差异所造成的,而且在目前有效的工程处理下,由监测资料可知,边坡变形波动较大,变形量值小,没有明显的滑移趋势,稳定性较可靠。     

Rock burst of deep circular tunnels surrounded by weakened rock mass with cracks

Rock masses containing pre-existing cracks are considered as non-homogeneous geomaterials. During excavation of tunnels, pre-existing cracks may nucleate, grow and propagate through rock matrix, then secondary cracks may appear. The stress concentration at the tips of secondary cracks is comparatively large, which may lead to the unstable growth and coalescence of secondary cracks, and consequently the occurrence of fractured zones. For brittle rocks, the dissipative energy of slip and growth of pre-existing cracks and secondary crack growth is small, but the elastic strain energy storing in rock masses may be larger than the dissipative energy of slip and growth of pre-existing macrocracks and secondary crack growth. The sudden release of the residual elastic strain energy may lead to rock burst in crack-weakened rock masses. Based on this understanding, the criteria of rock burst in crack-weakened rock masses are established. The influences of the in situ stresses, micromechanical parameters and physico-mechanical parameters on the distribution of rock burst zones and area of rock burst zones are investigated in detail.     

一种非线性强度准则及转换应力法

岩土材料在二维破坏模式下具有较强烈的曲线形态,在一般剪应力与正应力空间中提出用幂参数曲线来表达上述曲线,该曲线与摩尔圆的外切点即对应为破坏应力点,则利用该点的外切直线斜率的反正切值来得到有效滑移角.对于三维单元体,共存在三个有效滑移角,利用三个有效滑移角确定出空间有效滑移面.基于岩土材料为摩擦型材料这一基本特性,利用空间有效滑移面上的应力比为一定值作为衡量材料破坏与否的判断准则,基于上述思路推导得到了t强度准则,在偏平面上,t准则开口形状为介于Von-Mises圆形曲线到SMP曲边三角形形态.在子午面上,引入开口的幂函数作为反映静水压力效应以及剪切破坏的曲线,而闭口的水滴型屈服面函数作为反映体积压缩屈服曲线,反映了岩土材料的压剪耦合特性.基于所提出的t强度准则, 推导了变换应力公式,可将以$p,q$为应力量的二维模型简单方便的转换为三维应力状态本构模型.通过强度以及多种应力路径的测试对比,验证了所提t准则及基于该准则的变换应力公式的合理性.