考虑材料软化时圆板的承载特性

本文利用线性软化模型及Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ塑性条件，对岩土类材料的简支及固支圆板进行了承载特性分析。分析结果表明，由于岩土类材料的应变软化性质，结构呈现渐进破坏，且承载特性与材料的软化程度有关。     

软化材料厚壁筒的解析解及其稳定性分析

将弹塑性材料的应力应变全过程曲线简化为三线性模型(弹性-线性软化-残余理想塑性),并假设材料服从Tresca屈服准则和关联流动法则,推导出受内压厚壁筒的解析解.在这个解析解的基础上,讨论了厚壁筒的平衡稳定性问题,内压达到临界载荷时,厚壁筒丧失稳定性,其临界载荷就是软化塑性材料厚壁筒的承载能力.     

高温下受压钢构件考虑屈曲的有限元本构模型

为计算大空间钢结构高温下的力学性能, 需考虑受压钢构件屈曲. 将钢构件屈曲特性反映在材料的本构模型中, 进行高温下大空间钢结构有限元计算. 通过研究轴心受压钢构件在不同温度下的弯曲变形, 推导出考虑长细比、初始缺陷、临界力等因素的受压钢构件名义轴向刚度; 通过能量等效, 用等效刚度代替名义轴向刚度, 得到高温下受压钢构件考虑屈曲的钢材两折线应力--应变本构模型, 数值计算验证了模型的正确性.     

考虑锚杆作用的深埋软岩隧道黏弹塑性力学响应解析

深埋软岩隧道围岩表现出显著的塑性软化与剪胀特性,而当下的理论分析很少同时考虑这两点,导致预测结果与隧道实际变形行为存在一定误差.为解决该问题,本文基于Kelvin-Voigt流变模型和Mohr-Coulomb强度准则,考虑了塑性阶段时围岩软化与剪胀特征,并引入了掌子面空间约束效应,建立了深埋软岩隧道黏弹-塑性计算分析模...     

SOLUTION AND ANALYSIS OF CIRCULAR TUNNEL FOR THE STRAIN-SOFTENING ROCK MASSES CONSIDERING THE AXIAL IN SITU STRESS AND SEEPAGE FORCE

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律. 基于摩尔-库伦屈服准则及应力-应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并采用微小径向应力增量逐步求出各个圆环上的应力应变及塑性区半径,据此重构了考虑渗透力和轴向力共同作用下软化围岩应力应变特性的逐步求解方法. 利用该方法,推导出软化围岩应力应变的解. 计算结果表明：在考虑轴向应力作用下,塑性区半径和隧道围岩位移都随着渗透力的增加而有所减小;当轴向应力为最小主应力时,渗透力的影响更为显著. 这说明渗透力的存在对于隧道围岩的应力应变分布以及塑性半径和围岩的位移有不可忽略的影响.     

考虑渗流效应的深埋海底隧道围岩与衬砌结构应力场研究

深埋海底隧道经常处于高水压工况,地下水渗流对隧道围岩及衬砌结构安全性有较大影响.本文提出了一种含衬砌深埋海底隧道力学模型,研究了海底隧道服役阶段地下水渗流对围岩及衬砌结构稳定性的影响机理.应用保角映射方法将包含海水与围岩弹性区的半无限域映射成圆环域,根据渗流边界条件建立了各界面间极坐标下的渗流方程,得到了海底隧道渗流场解析解.将渗流场以体积力形式作用到应力场中,根据应力边界条件建立了应力平衡方程,基于考虑中间主应力影响的Drucker-Prager （D-P）准则,得到了渗流效应影响下围岩与衬砌结构的弹塑性解析解.以深圳妈湾跨海通道工程为例,将解析解与有限元数值解进行了对比,验证了本文理论解的准确性,研究了渗流效应对隧道围岩与衬砌结构应力场的影响规律.最后,分析了海水深度与内水水头对塑性区半径的影响.研究结果表明:渗流效应对围岩与衬砌结构中的环向应力影响显著,径向应力随ρ增大呈非线性增长;随着海水加深,隧道承受水压不断加大,围岩塑性区范围显著增大;增加内水水头可以有效限制围岩塑性区发展,初始阶段限制效果明显,后续增加内水水头限制效果逐渐减弱.     

深埋圆形隧道衬砌-锚杆支护结构弹塑性解答

文章采用等效材料法,基于Drucker-Prager屈服准则推导了具有衬砌-锚杆支护深埋隧道在不同施工阶段下的弹塑性解答,并进行FLAC3D数值模拟验证。结果表明：塑性区位于衬砌内部,锚杆的锚固作用对其塑性区扩展响应不明显,塑性区扩展到锚固区,软岩中锚杆锚固作用对抑制塑性扩展的响应较好;塑性区扩展到锚固区时,塑性区半径与锚杆的弹性模量呈负相关趋势,塑性区半径与锚杆的支护角度呈正相关趋势,软岩中锚杆锚固作用对抑制塑性区扩展的效果更为明显。

     

秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

利用水平圆柱形激波管对激波驱动的可压缩性气固两相流进行了试验研究. 利用压电式压力传感器、电荷放大器、示波器及计算机组成的压力信号测试系统, 对激波 与颗粒作用前后的气相参数进行测量及分析. 试验中测得了激波在管中的传播速 度, 波后气流的压力, 反射激波、透射激波的压力和速度等. 分别考察颗粒、装载 比、驱动气源以及入射激波马赫数等因素的差异对气相参数的影响. 试验结果表明: 激波与颗粒群相互作用时, 会产生反射激波和透射激波, 其强度与驱动气源、颗粒大小、颗粒装载比等参数有关; 激波衰减率随着装载比、马赫数的增大而减小. 研究指出, 在颗粒群被激波加速的初始阶段, 颗粒间的弹性碰撞起着重要的作用.     

海底隧道涌水量与覆岩厚度关系研究

对半无限空间水文地质模型,分别采用经验解析法和数值模拟法计算海底隧道涌水量,分析海底隧道涌水量与覆岩厚度的关系. 并根据日本最小涌水量法,对上述计算结果进行插值,求出不同海水深度所对应的最小覆岩厚度. 最后,拟合出海水深度与最小覆岩厚度关系的直线公式.     

THE EFFECTS OF THREE-DIMENSIONAL PENNY-SHAPED CRACKS ON ZONAL DISINTEGRATION OF THE SURROUNDING ROCK MASSES AROUND A DEEP CIRCULAR TUNNEL

In this study, it was assumed that three-dimensional penny-shaped cracks existed in deep rock masses. A new non-Euclidean model was established, in which the effects of pennyshaped cracks and axial in-situ stress on zonal disintegration of deep rock masses were taken into account. Based on the non-Euclidean model, the stress intensity factors at tips of the pennyshaped cracks were determined. The strain energy density factor was applied to investigate the occurrence of fractured zones. It was observed from the numerical results that the magnitude and location of fractured zones were sensitive to micro- and macro-mechanical parameters, as well as the value of in-situ stress. The numerical results were in good agreement with the experimental data.     

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.     

开挖卸荷条件下深部圆形洞室各向同性围岩分区破裂化机理

论文提出了一种静水压力条件下动态开挖卸荷对深埋圆形洞室各向同性围岩分区破裂化影响的力学模型,获得了动态开挖卸荷条件下深埋圆形洞室围岩的弹性应力场,确定了卸荷速率和岩体动态力学参数对深埋洞室各向同性围岩分区破裂化现象的影响.利用动态Hoek-Brown准则,获得了围岩破裂区和非破裂区的数量和宽度.数值计算结果表明卸荷速率和岩体动态力学参数对破裂区与非破裂区的数量和宽度有较大影响.     

水平圆管中受压扭作用管桩屈曲后的解析解

首先建立了考虑自重、受水平圆管约束的管柱在压担组合作用下的屈曲方程：此方程为四阶强非线性常微分方程，难以直接精确求解；通过管柱的正弦屈由分析，找到了方程中的小参数；利用小参数摄动法求解了强非线性屈曲方程，得到了管柱螺旋屈曲后的实际屈曲构形解析解，由此可进一步得到管柱发生螺旋屈曲的临界载荷；所得解析结果与数值计算结果及本文结果退化后与文献中的相关结果比较都有良好的一致性．     

水平圆管中受压扭作用管桩屈曲后的解析解

首先建立了考虑自重、受水平圆管约束的管柱在压担组合作用下的屈曲方程：此方程为四阶强非线性常微分方程,难以直接精确求解;通过管柱的正弦屈由分析,找到了方程中的小参数;利用小参数摄动法求解了强非线性屈曲方程,得到了管柱螺旋屈曲后的实际屈曲构形解析解,由此可进一步得到管柱发生螺旋屈曲的临界载荷;所得解析结果与数值计算结果及本文结果退化后与文献中的相关结果比较都有良好的一致性．