对弹性静力学中外力功表达式及相关问题的探讨

外力功、势能等概念是弹性力学能量原理的重要内容. 但笔者发现, 经典弹性理论著作中给 出的外力功、势能的表达式并非真实的功、真实势能值. 本文根据弹性静力学的基本假定和 应变能定理对此进行了论证, 并以一维弹簧受压问题进行了说明. 对总势能、外力势能、外 力功及保守力的定义及其相互关系进行了详细分析, 建议在介绍系统总势能定义的同时, 应 一方面说明它不是系统的真实总势能, 另一方面要补充介绍这样定义总势能的原因是保证最 小势能原理与平衡方程等价. 通过厘清上述概念之间的关系, 以期给弹性力学的初学者以明 晰的概念.     

基于破坏接近度的地铁隧道流固耦合稳定性分析

合肥地铁1号线盾构隧道下穿南淝河,施工中存在安全风险。运用FLAC3D进行了隧道盾构开挖过程的模拟,基于破坏接近度(FAI)对盾构隧道开挖过程中的岩土体稳定性进行分析。通过破坏接近度指标能够全面直观地评价隧道周围各区域岩土体的稳定性程度,定量给出损伤区和扰动区的范围。数值模拟结果表明:盾构开挖使隧道周边土体孔隙、水压力较初始值显著降低,导致了隧洞周边水力坡降增大,进而使地下水向隧洞拱顶及两侧流动,这些部位有发生涌水的可能;盾构开挖过程中,岩土体渗流场产生的渗流作用力对应力场分布产生较大的影响,在流固耦合条件下,隧洞周边岩土体FAI显著增大,部分区域已进入损伤区;在掌子面推进的过程中,当掌子面在分析断面前后2个开挖步数范围内时,断面的破坏接近度的分布变化明显,表明该范围内土体稳定状态受开挖扰动影响显著。研究盾构开挖过程中的破坏接近度分布及演化规律对施工中采取相应施工措施具有重要的指导意义。