预应力锚杆加固围岩的力学机制研究

本文通过弹性理论分析, 给出了预应力锚杆施加于围岩(开挖边界附近的岩体)的附加应力场和附加位移场, 并由此得到预应力锚杆提供给围岩的附加应力状态的普遍形式。     

锚杆与围岩加载过程的红外热像模拟实验研究

应用红外热像技术,对锚杆与围岩加载变化破坏过程中的红外辐射现象进行 了实验研究. 结果表明： 无锚杆试块红外辐射温度随着荷载增加,呈现整体均匀升温变化;试块布置锚杆后其承载能 力增加,红外辐射温度也明显升高,应力峰值后,在锚杆周围形成一个由不同等温线组成的 区域,由内向外温度逐步降低,锚杆周围红外温度场与应力场,在形状和空间分布上有很好 的相似性,红外热像高温区和低温区分别对应高应力区和低应力区.     

隧道围岩变形破坏概率的SVM分析方法

以隧道周边收敛为准则构建了隧道围岩稳定功能函数的通用形式,分析指出了该形式在复杂地层隧道中的具体解析表达及其破坏概率求解方面存在的困难。引入具有较好拟合与预测能力的支持向量机(SVM)理论,建立了隧道周边收敛变形与岩体物理力学参数解析关系的高精度近似表达式,导出了其相应的功能函数。将该功能函数嵌入以验算点和可靠性指标收敛为目标、循环迭代、逐步逼近的响应面求解思路中,构建了在变形准则下的隧道围岩破坏概率分析步骤,形成了一种效率较高的新算法。采用该方法分析了某隧道围岩变形破坏问题,与Monte-Carlo法对比得出,该方法计算量远小于Monte-Carlo法,计算结果与其相对差值仅为2.42%。     

水平互层围岩隧道破坏机理及其范围预测模型

水平互层围岩因其显著的层理构造, 导致其破坏形式相较于均质围岩有较大区别. 目前针对水平互层围岩的研究集中在单一破坏模式, 未考虑破坏形式的多样性. 为探究水平互层围岩的破坏范围, 首先按其层理面划分为单层围岩进行分析, 将围岩破坏分为拉破坏、楔形剪切破坏和拱形剪切破坏3种典型模式, 分别建立了岩梁受拉分析模型和拱形关键块剪切分析模型进行分析, 提出了相应的破坏准则, 并引入塌落系数和临界高度对不同破坏模式的孕育条件进行研究, 将此方法应用于矿井巷道和隧道工程实例中, 与既有方法进行比较, 验证了单层围岩破坏机理模型的可靠性, 同时代入离层破坏算例中验证其实用性. 并以此为基础, 结合破坏范围层间连续条件和破坏休止条件建立水平互层围岩破坏预测模型, 将上述水平互层围岩破坏模型应用于补连塔矿巷道实例. 结果表明本文预测的水平互层围岩破坏范围与数值模拟结果、真实塌落情况吻合较好. 研究成果可为水平互层围岩隧道支护方案设计提供理论基础.      

锚杆拉拔力学作用机制的DDA方法模拟研究

为研究锚杆拉拔实验中锚杆与岩体间的力学作用过程和机制,在非连续变形分析(discontinuous deformation analysis, DDA)方法中实现锚杆-岩体界面耦合作用算法,采用多线性黏结滑移界面模型模拟锚杆的滑移脱黏,并针对锚杆拉拔力作用节点和脱黏节点提出专门算法。通过模拟结果与实验结果的对比,对文献中的三线性和四线性黏结滑移界面模型进行参数修正,并验证所提锚杆-岩体界面耦合作用算法的正确性和适用性。通过基于修正参数的多线性黏结滑移界面模型的锚杆拉拔DDA模拟,研究了锚杆的拉拔力-拉拔位移关系,以及不同拉拔力条件下锚杆-岩体界面切应力和锚杆轴力的分布与变化规律,并探讨了锚杆弹性模量对锚杆拉拔力学响应的影响。锚杆-岩体界面耦合作用算法的实现,也为岩体锚固的DDA模拟分析创造了条件。     

三轴试验土样剪切破坏过程的判别

本文在土工三轴试验中应用土样全表面变形数字图像测量系统,通过跟踪包裹土样的橡皮膜表面的标记点,得到加载过程中其全表面的变形和应变分布。根据土样表面的应变分布和实测的应力应变关系曲线,可以得到每一时刻土样表面的应力分布。于是,土样表面剪切破坏开始出现的时刻和剪切破坏带贯穿的时刻可分别依据应变和应力判定。依据应变,将橡皮膜上各点的轴向应变的拐点最晚出现的时刻作为剪切带完全贯穿的时刻;依据应力,将全部点中某一个或几个点最早达到峰值应力的时刻作为剪切带开始出现的时刻;土样各点相继达到应力峰值的过程就是剪切破坏的过程。以剪切破坏的起始点和剪切带贯穿的点为分界,土样剪切破坏过程可以划分成三个阶段:破坏前阶段、破坏阶段和破坏后阶段,在不同阶段土样具有不同的变形特点和变形机理。     

一个可区分破坏模式的新应力三轴度参数

三轴应力状态对破坏模式影响很大,但是根据应力三轴度的传统定义难以定量地判断破坏模式。本文根据准脆性断裂和塑性屈服的发生条件,从二者被满足的先后顺序角度,提出了一个新的应力三轴度定义以及临界三轴度这一材料常数。区分破坏模式的判据可简单地表示为:当应力三轴度大于材料的临界三轴度时,则发生准脆性断裂;当应力三轴度小于临界三轴度时,则先发生屈服和塑性变形。通过对平面应力和平面应变状态下椭圆孔孔边应力三轴度的理论分析,提出了有限厚度板中裂尖应力三轴度的数值计算方法,考察了不同板厚下单边裂纹裂尖应力三轴度沿板厚方向的分布特点,并给出了相应的经验公式。     

瞬态激振与火炮保险器杠杆轴的破坏

本文运用瞬态激振的理论和方法，分析了火炮保险器杠杆轴过早破坏的原因，并通过实验给予验证，在此基础上，并提出了修改意见，为部队解决了一个实际问题。     

考虑宏细观损伤的隧道裂缝区围岩弹塑性分析

针对以往隧道含裂缝围岩弹塑性分析仅考虑细观损伤的不足,本文在统一强度理论下考虑宏细观损伤因子、水的渗透压力以及中间主应力,推导出含裂缝区围岩的应力、洞室位移量的计算公式和考虑损伤的围岩抗力系数表达式;并应用于现有隧道分析计算。其计算结果表明:①不考虑宏观损伤会使计算的细观裂缝区半径偏小;②宏观裂缝区半径不变,细观裂缝区半径随着支护抗力变大而变小;③随着细观裂缝区半径增大,洞室位移量随着弹性模量增大而减小,且随着内聚力增大而减小,泊松比越大,其增长曲线斜率越大,细观裂缝区半径较小时,洞室位移量随着泊松比增大而减小,细观裂缝区半径较大时,洞室位移量随着泊松比的增大而增大。研究成果可以为隧道工程支护力的确定以及支护结构的选取提供理论参考。     

巷道围岩流变对巷道稳定性的影响

对于采用锚杆支护的巷道,根据流变力学的基本理论,分析了在两向等压条件下锚杆区围岩应力 位移随时间的变化规律,建立了与时间有关的锚杆支护破坏准则．     

地下工程围岩分类模糊推理系统设计

将现场获取的影响地下工程围岩分类的几种主要因素视为判别围岩类别论域上的模糊子集,利用建立的地下工程围岩分类模糊逻辑推理系统对围岩类别进行模糊逻辑推理运算,获得与实际情况相一致的围岩类别的判定,直接为地下工程的信息化设计和施工提供依据。     

下卧软弱岩带变形模量取值研究

软弱岩带的变形模量对于工程建设意义重大,当前变形试验方法难以表征原位条件下软弱岩带的变形模量,导致取值偏于保守。本文基于弹性力学推导了下卧软弱岩带变形模量的解析解,建立了一种新的软弱岩带变形模量的取值方法。在现场试验成果的基础上,采用有限元反演,数值模拟成果与试验计算成果较为吻合,证明该计算方法合理可行,较常规方法直接在软弱岩带上开展的试验成果大幅提高。     

残余应力测定的围箍压痕法模拟

本文从同工量测方法得到启发，提出了一种新型的残余应力测试方法－围箍压痕法。采用轴对称弹塑性有限元计算模拟了围箍压痕法测量结构残余应力的力学过程，得到了围箍压痕时不同残余应力程度下材料的变形，塑性区和接触应力分布。     

岩石隧道围岩变形时空效应分析

岩石隧道围岩变形具有时空效应特征。根据围岩变形速率,岩石隧道围岩变形一般可划分为3个阶段,即急剧变形阶段、稳定变形阶段和流变阶段。通过总结分析围岩变形3阶段的特点,结合中梁山隧道D-5H量测剖面的实测数据,对围岩变形的空间效应和时间效应进行了分析。空间效应集中发生在急剧变形段,空间效应段主要靠围岩自身以及初次支护克服围岩发生破坏变形,时间效应则主要体现在流变段。以华蓥山隧道等76个隧道实例为统计样本,分别对围岩变形时空效应与围岩类别和塌方事故的关系进行了相关性分析。结果表明:80％以上的塌方发生于急剧变形段,13％发生在稳定变形段,只有7％左右的塌方发生在流变段。其中Ⅳ类和Ⅴ类围岩在3个阶段都可能发生塌方,Ⅲ类围岩则很少在流变段发生塌方。Ⅰ类和Ⅱ类围岩则基本不会发生较大规模的塌方。对深入了解隧道围岩的变形规律,为隧道灾害防治、选择恰当的支护时机和支护方式很有意义。     

在应力空间描述岩体损伤本构关系的一种模型

在分析岩体经观和宏观损伤特征及其与岩体非弹性变形之间关系的基础上,运用损伤面来定义生－－损伤准则,建立了在应力空间描述岩体损伤本构关系一种模型,并对该模型在工程中的应用进行了讨论。     

依据控制致裂钻孔应力变化确定原岩应力的平行钻孔法的研究

为了寻求一种操作简单、低成本的岩体应力测试方法, 本文提出了一个依据控制致裂钻孔应力变化的量测推算原岩应力的改进平行钻孔法。本文阐明了平行钻孔法岩体应力量测的特点和控制致裂法的原理。介绍了依据控制致裂钻孔应力变化确定岩体应力的基本理论。     

工程岩体卸荷破坏机制研究的现状及展望

综合讨论了工程岩体的性质、卸荷破坏的特点及其机制; 回顾了工程岩体卸荷破坏机制的研究现状, 对当前工程岩体破坏研究的主要问题和今后的方向进行了探讨与展望。     

隧洞围岩力学性态预报的随机介质模型

本文基于系统学观点,利用随机过程以及概率与数理统计方法,视岩体为一随机不确定性系统,建立了描述变形概率密度函数演化所服从的方程,详细讨论了变形发展的概率预报,最后给出了一些有意义的结论和意见。     

一种高边坡岩体卸荷分带方法的探讨

岩体卸荷是水利水电工程建设中常见的工程地质问题之一。本文介绍了高边坡岩体卸荷的背景条件、作用机理、卸荷岩体特征以及常见的卸荷带划分方法。针对河谷斜坡岩体从表部到深部 ,岩体裂隙发育程度、张开程度逐渐降低的特征 ,以黄河上游某水电站高边坡印支期花岗岩体的现场调查资料为依托 ,应用岩体裂隙发育程度、张开程度量化指标对斜坡岩体卸荷进行分带 ,较好地将岩体卸荷分带与岩体结构、岩体工程特性紧密结合起来 ,为以后其它边坡岩体的工程实践提供了借鉴.     

巷道围岩塑性状态判定分析方法

本文依照莫尔-库仑屈服条件和非关联流动准则, 从地应力场及地下巷道开挖工程特点出发, 提出对围岩塑性屈服状态进行判定的方法。对无支护巷道和水泥锚杆支护巷道围岩进行有限元分析表明, 巷道开挖以后及时支设锚杆, 对出现塑性屈服的围岩起到了等效提高其刚度和强度的作用, 从而增加了围岩稳定性。与现场实测结果对比说明, 非关联流动准则比关联流动准则更符合实际。