关于孔隙压力系数

在提出剪缩系数概念和修正体积压缩系数概念的基础上,导出了两种轴对称应力状态和一般三向应力状态下孔隙 压力增量与主应力增量关系的理论公式,给出了这三种应力状态下孔隙压力系数的表达式,对这三种应力状态下孔隙压力系 数的关系和变化规律进行了分析,提出了孔隙压力增量与主应力增量关系表达形式的建议。     

隧道围岩的黏弹塑蠕变模型及参数劣化分析

为了更好地研究在不同围压作用下海棠山隧道围岩的蠕变变形特性,采用TAW-2000岩石试验机对围岩进行了加载蠕变试验,分析了围岩的轴向蠕变和等时应力-应变特性,确定了围岩的长期强度值。将现有蠕变模型与蠕变各阶段进行相互对应,并采用蠕变曲线的特殊点和蠕变变形的定义,提出一种新型的确定蠕变参数的方法;进而对蠕变参数与应力之间的关系进行分析,得到考虑应力状态对蠕变参数产生劣化影响的改进蠕变模型,最终通过试验数据和计算结果对模型进行了验证。结果表明:改进后的蠕变模型可以较好地反映岩石的蠕变特性,且模型的计算结果与试验数据具有良好的吻合度,这说明该模型不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性,也克服了传统西原体难以描述加速蠕变的缺点;并且,该模型也考虑到了蠕变参数随应力变化发生的劣化。     

基于岩石蠕变及D-P准则的深部巷道围岩弹塑性分析

为深入分析岩石蠕变及中间主应力对深部高应力软岩巷道围岩稳定性及分区变形特性的影响机理, 通过剖析长期荷载作用下深部巷道围岩的变形特征, 揭示了基于围岩蠕变特性的深部巷道围岩四分区变形机理, 并依据Druck-Prager准则及关联性流动法则考虑了中间主应力、岩体扩容及应变软化的影响, 推导出巷道围岩各分区应力、变形和半径解析解. 结合工程算例, 通过对现场监测数据以及不同力学模型的计算结果进行对比分析, 论证了本文理论的科学性, 并揭示了不同强度准则和围岩参数对深部巷道围岩各分区形态的影响规律. 结果表明, 忽视深部巷道围岩的蠕变特性将导致初始黏聚力的取值大于实际值, 从而造成围岩的理论承载能力大于实际承载能力; 在[0, 0.7]区间内提高中间主应力系数可有效控制围岩塑性区及破碎区范围的扩展; 当初始黏聚力及内摩擦角减小时, 中间主应力系数对围岩塑性区、破碎区范围及巷道变形的影响力显著提高. 研究成果可为地下工程支护设计及围岩稳定性评估提供理论参考.      

工程问题中有效应力原理的应用与理解

有效应力原理对土力学理论发展、工程实际问题的解决起到重要作用,它的提出是土力学发展成为一门独立学科的标志. 准确理解和使用这一原理,是土力学本科课程教学中的一个关键. 基于有效应力原理,从理论角度分析了垂直砂质边坡稳定性、负孔隙水压力问题及"楼歪歪" 工程事故等问题的力学本质;其分析方法及思路,能帮助学生加深对有效应力原理的理解和解决工程问题能力,为土力学课程提供教学参考.     

不规则蜂窝材料在单向荷载作用下的蠕变屈曲分析

采用Norton蠕变理论和自由能守恒原理,分析了垂直与倾斜壁厚不等的非正六边形不规则蜂窝材料在面内单向应力作用下的蠕变屈曲行为,得到了蠕变屈曲临界应力与蠕变屈曲失效时间之间的函数关系.讨论了加载应力、初始缺陷、不规则蜂窝材料孔穴壁的厚度、长度与倾斜壁倾角对蠕变屈曲失效时间的影响.     

多孔介质应力对孔隙压力影响的研究

通过大量的现场测试发现 ,含瓦斯煤岩是一个复杂的系统 ,煤体应力的变化是引起其他一系列变化的主导因素。随煤体应力的变化 ,孔隙压力呈指数形式变化 ;介质的渗透性受孔隙压力梯度的控制。     

边坡预应力锚杆蠕变的数值分析

运用非线性蠕变分析理论模型,采用MSC.MARC软件重点研究了锚杆的应力指数、蠕变系数和几何参数的变化对于锚杆应力松弛的影响.通过对预应力锚杆支护的边坡进行数值分析,探讨了锚杆的蠕变规律以及锚杆预应力松弛现象.锚杆的参数取不同数值时,比较数值模拟结果发现:锚杆的轴力和剪力主要分布在锚固段的前端;随着锚杆应力指数及蠕变系数的增加,蠕变应变增大,应力松弛加快.     

二维蠕变损伤的有效模量法及有限元分析

建议了二维蠕变损伤问题的有效模量法，基于热动理论提出了一个损伤演化方程，给出有效模量法和有交应力法的有限元解，并对两种方法进行了数值比较。     

一维渗透力与浮力

为简化分析,针对一维渗流问题,研究提出了土力学中渗透力和浮力的两种推导方法,作为传统的宏观尺度孔隙水隔离体法的有益补充.弹性力学平衡微分方程、土力学Terzaghi有效应力方程和流体力学简化Bernoulli方程构成本文分析渗透力和浮力的3个基本方程.在基本方程基础上,容易推导出相应的骨架和孔隙水两种隔离体的平衡微分方程,从而在静力平衡范畴内揭示渗透力和浮力的内涵.单位体积饱和土体的渗透力,源于总水头压力的梯度,而浮力则源于位置水头压力在竖向的梯度,这两者统一于骨架或孔隙水的平衡微分方程.实际工程关注的有效应力计算问题,一般可以直接应用3个基本方程来确定;只有在简化条件下可按渗透力和浮力计算土体中有效应力分布规律.还讨论了若干研究热点问题,重点探讨了当前一种渗透力新定义j=nγ_wi在形式上的合理性以及在实际应用中可能存在的风险,并验证了一维渗透力的一种经典精细化表述结果中考虑渗流速度时间导数的严谨性.在土力学渗透力和浮力问题研究中应重视和正确应用Terzaghi有效应力方程.     

具有损伤耦合效应的弹塑性蠕变问题结构分析的变分原理

本文基于连续介质损伤力学中有效应力的概念,研究弹塑性蠕变问题中的损伤耦合,并应用由最优控制理论基本思想发展起来的参变量变分原理建立起用于弹塑性蠕变损伤问题结构分析的变分原理.文中给出了原理的证明.该原理的物理意义明确,表达式简单且规范,容易为数值手段实现.     

考虑流固耦合的香炉山隧道围岩稳定性分析

根据香炉山隧道实际围岩支护和含水条件建立了隧道开挖支护模型,考虑水压和初期支护的影响,对Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩和Ⅴ级围岩富水区的隧道开挖收敛位移进行了模拟计算,并和现场监测所得隧道最终位移数据进行了对比分析,验证了数值模拟方法的准确性。之后分析了隧道围岩水压、埋深、侧压力系数以及开挖方式对隧道开挖最终收敛位移的影响。结果表明,随着围岩水压的增长,隧道最终收敛位移开始呈线性增长,之后增长速率变大至隧道破坏;随着开挖隧道埋深的增加,隧道拱顶沉降和水平收敛的最终位移呈线性增长;随着围岩侧压系数的增加,隧道水平收敛的最终位移呈线性增长,拱顶沉降的最终位移小幅度减小;相比台阶法开挖,中隔壁墙法和环形开挖预留核心土法对于隧道的位移收敛具有更好的控制效果。

     

成桩后黏性土中超孔压和有效应力试验研究

针对预制桩沉桩挤土效应问题,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面超孔压和竖向有效应力随时间的变化规律,并应用水力压裂理论、孔穴扩张理论和修正剑桥(modified Cam-clay, MCC) 模型,揭示了成桩后桩周土体固结过程的超孔压沿桩长的分布形式。结果表明：桩周超孔压大小同孔压与传感器入土深度成正比;在外载荷作用下,黏性土中超孔压和竖向有效应力分别随时间呈“增–减–平”和“平–增–平”的三段式变化趋势;成桩后约25天,超孔压基本消散完毕,竖向有效应力趋于稳定最大值;基于修正理论公式的数值模型得出,不同载荷下,桩侧中下部出现负超孔压,距桩的水平距离和距桩端竖向距离越小,超孔压越大。可为同类静压沉桩挤土效应问题提供参考依据。

     

岩石三轴蠕变试验黏弹性解析及参数识别

基于岩石三轴蠕变试验,推导了相应的黏弹性解析解,并对三参量H-K流变模型给出了黏弹性解析解的显式以及流变参数的识别方法. 在此基础上,针对花岗岩及片岩两种岩石的室内蠕变分级加载试验曲线进行了流变参数的识别与反演. 分析表明,同一岩样在不同加载级别下的弹性及黏弹性参数在量值上均有所不同,其中黏弹性模量和黏滞系数的量值随载荷的增加出现损伤衰减,基于试验反演所获参数的解析蠕变曲线与试验蠕变曲线吻合较好.     

基于压缩蠕变试验的流变参数理论解析反演

大坝坝基的长期稳定性是大坝运营安全的重要保障, 而坝基岩体中的软弱夹层是影响其变形和稳定的重要因素. 为研究大岗山水电站坝基中辉绿岩脉软弱夹层在长期载荷作用下的变形机制, 在坝基边坡的试验平硐内垂直于软弱夹层进行了现场大型圆形刚性承压板压缩蠕变试验. 辨识得到可较准确表示其蠕变特性的5参量广义Kelvin模型, 克服了3 参量广义Kelvin模型收敛过快的缺陷. 基于弹性力学中的布辛涅斯克问题, 通过黏弹性理论中的拉普拉斯变换及逆变换, 推导出了刚性承压板下部岩体的5参量广义Kelvin模型表示的黏弹性变形公式, 并以此为基础反演得到流变参数.     

高温静水应力状态下花岗岩稳态蠕变参数研究

高温高压花岗岩钻孔实验表明,温度低于500℃,静水应力低于150MPa 状态下,岩体的钻孔变形均属于稳态蠕变变形阶段. 该文选取了广义开尔文模型来反映其特征,通过拉普拉斯变换及逆变换,详细推演出了钻孔径向位移解析解,并且考虑温度-应力的耦合效应,给出了模型参数随温度及应力变化的关系式. 利用该关系进行拟合计算,说明广义开尔文模型来表达高温高压环境中的花岗岩稳态蠕变变形特性,寻求蠕变参数是合理可靠的. 该文对于高温岩体地热资源开发中的钻孔施工与维护、钻孔变形量预测等方面,具有实际的指导意义.     

大体积混凝土结构随机温度徐变应力计算方法研究

首次尝试将随机有限元法引入大体积混凝土结构随机温度徐变应力的计算．综合考虑各种随机因素，对于由材料物理参数随机性引起的随机温度场的影响，本文给出了相应于初应变隐式解法的随机有限元计算方法；对于周期平稳随机温度场对徐变应力场的影响，本文提出了复模量隐式解法，并首次视复频响应函数为材料参数的随机函数，给出了相应的复频响应－随机有限元列式；而对于一般非平稳绝热温升温度场的影响，本文提出了参数调幅逐段简化的方法．本文方法有效地克服了前人不能考虑材料参数随机性或需弹模不随时间变化的局限性     

混凝土结构温度徐变应力的首次超越可靠度

基于随机有限元法，充分考虑大体积混凝土结构徐变温度应力计算中的各种随机因素，视混凝土温度场，弹模，徐变度以及抗力等为非平稳随机过程，针对非线性功能函数情况，首次提出了大体积混凝土结构随机温度徐变应力首次超越可靠度的计算方法，该方法可以方便地退化为求解任一时刻混凝土结构的静态可靠度。     

开采沉陷土体变形与孔隙水压相互作用研究进展

本文通过实验、实测和理论分析研究了开采沉陷土体变形与孔隙水压力之间的相互作用,结果表明,随着开采的进行,土体的应力变形发生变化造成了超静孔隙水压力的产生和消散,反映在土体变形上出现随开采时间延续而发展的附加压缩和膨胀变形,这种压缩或膨胀在土体的不同部位相互叠加,有时还叠加了底部含水层水位下降引起的地面下沉。这些结果揭示了厚松散含水层地区开采沉陷特殊性的机理,对开采沉陷预测及水体下采煤具有重要意义。     

金华山软岩铁路隧道施工过程围岩屈服接近度分析

隧道施工过程中围岩处于复杂应力状态下,隧道围岩屈服区演化特征的确定对于围岩稳定性分析和开挖支护方案优化具有重要的意义。采用屈服接近度指标衡量围岩破坏接近程度可以合理地描述复杂应力状态下围岩的应力危险性,对Mohr-Coulomb类岩体材料的屈服接近度函数进行了相应的推导,并在非线性有限元用户子程序上编程予以实现。介绍了赣州-龙岩铁路DKl33+095～DKl38+237段软弱围岩单线隧道正台阶步施工方案以及湿喷纤维混凝土支护方案。为了对该隧道施工过程中隧道围岩屈服区的演化特征进行合理评价,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟,分析了施工过程中隧道围岩屈服接近度分布特征,判定了隧道台阶步施工过程中隧道围岩的稳定性。分析结果表明:该隧道施工过程中围岩破坏区主要发生在下台阶步施工过程中;屈服接近度指标比传统的塑性区分布提供的信息更加丰富,有利于工程技术人员定量地评价隧道开挖支护方案。