单轴压缩下断续节理岩体动态损伤本构模型

断续节理将对工程岩体的强度及变形等力学特性产生显著影响,损伤力学中视节理为岩体的一种宏观损伤,因而采用损伤张量来刻画其对岩体的影响。目前学术界提出了用节理的几何、强度及变形等3类参数来描述节理的物理力学性质,而目前的岩体损伤张量计算方法都只涉及前2类参数,均没有涉及其变形参数即法向及切向刚度。为此,在前人研究的基础上,基于断裂及损伤理论提出了考虑节理法向及切向刚度的单轴压缩下单条断续节理引起的损伤张量计算公式,进而通过考虑节理间相互作用给出了单组单排或多排节理岩体损伤张量计算公式。其次,以岩石细观动态损伤模型为基础,结合宏细观损伤耦合观点提出了一个能够同时考虑节理几何、强度及变形参数的断续节理岩体动态损伤本构模型。最后,利用该模型讨论了节理参数及载荷应变率等对岩体动态力学特性的影响,认为节理长度减小及摩擦角增大将导致岩体动态峰值强度及弹性模量增大;岩体动态峰值强度及弹性模量则随着节理法向及切向刚度的增大分别减小或增大;而当节理法向及切向刚度按照同一比例增大时,岩体动态峰值强度及弹性模量则是增大的。岩体动态峰值强度与载荷应变率呈正相关。     

陀螺电机动压气体轴承刚度测试方法改进（英文）

动压气体轴承陀螺电机的气膜刚度是评价轴承承载能力的关键指标。针对H型动压气体轴承陀螺电机气膜刚度测试方法存在测量精度和重复性差的问题,提出了刚度测试工装是保证刚度测试重复性精度的一个重要方面,刚度测试工装的加工和装配精度、材料的热变性和应力变形都是影响气膜刚度测试准确性的主要因素,在设计时必须考虑。通过对现有刚度测试工装材料、结构和方法的优化改进和仿真分析,验证了采用改进后的刚度测试工装和方法更有利于提高了轴承刚度测试的重复性精度。     

有限元计算中疏密网格过渡方法研究

工程计算中出于节省计算量的目的,往往需要在一个有限元模型中布置粗细不同的网格。为保证计算结果的准确性,必须保证网格突变情况下的位移协调问题。本文工作之一是在强天驰界面过渡单元的基础上,引入虚拟节点和子单元,在子单元中应用节理元思想,提出了基于最小势能原理的弹簧节理单元法。简化了积分运算,避免了精度要求极高的坐标转换,从而提高了方法的精度和实用性;二是提出了基于位移约束的主从自由度法,简便实用,只需简单的矩阵运算即可实现。两种方法均实现了不同尺寸网格间位移的协调性和刚度的匹配,从而使之满足有限元收敛准则,且生成的刚度阵具有对称性及带状性。算例证明两种方法精度良好,并可方便地应用于求解大规模工程问题。     

试验机刚度测试技术

本文分析了试验机的刚度构成,提出了测试试验机刚度的活塞行程测量法,并用此法校核了 MTS815.02电液伺服控制岩石力学试验机的刚度,把活塞行程测量法应用于万能液压试验机的刚度测试,提出了自动绘图仪测量法,此法简单易行,精度也较高.     

建筑风载的数值模拟及其在微机上的实现

本文以Ｒｅｙｎｏｌｄｓ时匀方程为基础，运用一种扩展ｋ－ε湍流模型对建筑物在近地区作用下的表面风压进行了数值模拟。利用ＮＤＰ ＦＯＲＴＲＡＮ优化编译器在微机上实现了三维问题的模拟计算，对模拟程序的主要模块进行了剖析。文中对－５５ｍ高矩形横截面建筑物的表面风压进行了实例计算，计算的风压值与标准ｋ－ε模型的相应值以及边界层风洞试验的测试值作了比较。     

考虑损伤的节理本构模型

本文在弹塑性损伤的理论框架内，讨论了节理等地质间断面的本构模型。这个模型能够反映节理面的损伤弱化，扩容和弹性刚度劣化等复杂特性。这个模型的另一优点是，塑性变形增量与屈服面是非正交的，但本构矩阵具有对称性。这种对称性在岩石力学的理论研究和数值分析中是至关紧要的。     

非线性变形节理中纵波传播特性的理论研究

基于波前动量守恒理论和位移不连续方法所提出的时域分析新方法,引入岩石非线性法向本构关系,对弹性纵波在岩石非线性节理中的传播特性进行了理论分析。采用节理变形的双曲线模型(BB模型),获得纵波P波斜入射非线性节理的传播波动方程,并通过参数研究分析了在岩石节理中节理非线性系数、节理初始刚度、应力波入射角和入射波幅值等因素对纵波传播规律的影响。结果表明:所推导的应力波传播方程在考虑多种非线性问题时,通过迭代计算即可方便求出透射波和反射波的数值解,避免了复杂的数学运算;当波斜入射节理面时,产生了波型转换,节理变形的非线性对透射波和反射波有较大影响,透射系数和反射系数并非随着非线性参数的变化而单调变化。时域内所推导的波传播方程更有益于波斜入射时非线性参数的广泛研究,为开展该方面的理论研究工作提供了借鉴。     

结构动力分析中的逐级近似缩聚法

本文基于逐级逼近理论建立了一种动力模型缩聚的逐级近似减缩法。该方法具有协调和非协调格式。本文基于ＳＡＲＴ导出了一般的ｋ级递推减缩公式，其中一级近似和二级近似减缩式就是现有的Ｇｕｙａｎ／Ｉｒｏｎｓ减缩和ＩＲＳ减缩。算例表明，在物理型减缩技术方面，本文的三级近似减缩模型精度最好。     

表面形貌含波纹度的节理的闭合模型

节理的闭合性质主要取决于节理的组合形貌特征，而并不单独地取决于节理面各自的形貌特征。本文分析了节理面及节理组合形貌的形貌特征，提出了含波纹度节理的闭合模型，模型中采用了节理组合形貌参数，可反映接触状态和初始开度对节理闭合性质的影响。实验验证了该模型比不考虑波纹度的闭合模型更接近于试验结果。     

大跨度悬索桥索股抗弯刚度对锚跨张力测试精度的影响研究

为研究索股抗弯刚度对张力测试精度的影响,基于能量法推导了计入索股抗弯刚度和忽略索股抗弯刚度影响的悬索桥锚跨索股在两端铰接时索股张力和自振频率的关系,考虑到悬索桥索股边界条件的复杂性,结合动平衡法得出了索股在一端铰接一端弹性支承时索股张力与自振频率之间的相关表达式。通过算例,对所得表达式的精度及有效性进行了验证,结果发现索股的抗弯刚度对索股张力控制精度的影响较大。工程应用研究则表明,索股抗弯刚度对测试精度的影响,主要由索股张力产生的应力刚度与索股抗弯刚度之间的比值决定;锚跨索股边界条件的不确定性,对控制精度也产生较大影响,施工锚跨张力控制过程中,结合提出的最小二乘法,能有效地解决该问题,并能大幅提高索股张力控制精度。     

节理岩体体积节理数Jv的新计算公式

岩体体积节理数Jv的定义,按照《工程岩体分级标准》采用节理间距或频率较为恰当;本文研究了岩体内发育一组、二组、三组贯通性节理的情况下,Jv定义的适宜性,指出节理正交的情况下Jv的适宜性最好,推导出Jv的修正系数为K1=|sin(n1,n2[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])||cos(n1×n2,n3[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])|,研究表明：节理夹角越小,对Jv的影响越大;通过连通率等效途径,断续节理岩体的Jv计算公式为Jv=K1•∑[DD(][]i[DD)]Si•ni(i3)。运用该公式可实现工程岩体裂隙发育程度的科学评价。     

Particle flow study on strength and meso-mechanism of Brazilian splitting test for jointed rock mass

A discrete element method （DEM） called particle flow code （PFC2D） was used to construct a model for Brazilian disc splitting test in the present study. Based on the experimental results of intact Brazilian disc of rock-like material, a set of micro-parameters in PFC2D that reflected the macro-mechanical behavior of rock-like materials were obtained. And then PFC2D was used to simulate Brazilian splitting test for jointed rock mass specimens and specimen containing a central straight notch. The effect of joint angle and notch angle on the tensile strength and failure mode of jointed rock specimens was detailed analyzed. In order to reveal the meso-mechanical mechanism of crack coalescence, displacement trend lines were applied to analyze the displacement evolution during the crack initiation and propagation. The investigated conclusions can be described as follows. （1） The tensile strength of jointed rock mass disc specimen is dependent to the joint angle. As the joint angle increases, the tensile strength of jointed rock specimen takes on a nonlinear variance. （2） The tensile strength of jointed rock mass disc specimen containing a central straight notch distributes as a function of both joint angle and notch angle. （3） Three major failure modes, i.e., pure tensile failure, shear failure and mixed tension and shear failure mode are observed in jointed rock mass disc specimens under Brazilian test. （4） The notch angle roles on crack initiation and and joint angle play important propagation characteristics of jointed rock mass disc specimen containing a central straight notch under Brazilian test.     

A dynamic damage constitutive model for a rock mass with non-persistent joints under uniaxial compression

Most problems faced by the practicing rock mass engineering involve the evaluation of rock mass dynamic strength and deformability. As part of a rock mass, the mesoscopic flaws such as the microcracks and the macroscopic ones such as the joints both inherently affect the rock mass dynamic strength and deformational behavior. Nearly none of the existing models can handle the co-effect of these two kinds of flaws on the rock mass dynamic mechanical behavior. This study focusses on the rock mass with multi-sets of non-persistent joints and establishes a mathematical model accounting for the anisotropy in dynamic strength and deformability induced by the joints. Accordingly, an approach incorporating the existing models or methods to enable perfect simulation of the dynamic stress-strain relationship of a rock mass is proposed, in which the joint geometrical parameters such as the joint length and dip angle, the strength ones such as the joint internal friction and the deformational ones such as the joint normal and shear stiffness can all be taken into account. In order to investigate the validity of the proposed model, a series of calculation examples have been made and the results fits very well with the theoretical ones.     

不同围压下含天然贯通节理岩石卸载破坏机理研究

二郎山特长高速公路隧道断裂带较多,受此影响,隧道开挖后岩爆灾害十分严重．从此隧道中取样制备成含天然贯通节理试件,进行常规单轴压缩室内试验,获取基本力学参数和破坏模式．本文以室内实验结果为依据,确定数值试验时所采用的岩石和节理的力学参数,利用RFPA软件开展数值试验,研究了不同围压同轴向荷载下卸掉围压诱发岩石失稳破坏机理．试验结果表明,五种不同围压(5、10、15、20、25 MPa)卸载后应力-应变曲线均呈“断崖式”跌落,试样均突然破坏,与现场岩爆情况吻合;受贯通节理影响,不同围压试样的具体破坏形态、声发射数量最大值出现时刻有所差异;在卸载阶段五种试样声发射累积数量都突然急剧增大．     

考虑微裂纹相互作用的的岩石微观力学弹塑性损伤模型研究

本文建立基于微裂纹扩展的岩石弹塑性损伤微观力学模型。用自洽方法考虑裂隙间相互影响,压缩载荷下微裂纹尖端翼裂纹稳定扩展表征岩石的微观损伤,基于应变能密度准则用Newton迭代法求复合型断裂的翼裂纹扩展长度,并采用微裂隙统计的二参数Weibull函数模型反映绝对体积应变对微裂纹分布数目影响,进而用翼裂纹扩展所表征的应力释放体积和微裂纹数目来表示含有微裂隙的岩石损伤演化变量;宏观塑性屈服函数采用Voyiadjis等的等效塑性应变的硬化函数,反映塑性内变量对硬化函数的影响;建立岩石的弹塑性损伤本构关系及其数值算法,并用回映隐式积分算法编制了弹塑性损伤模型的程序。从围压和微裂隙长度等因素分析弹塑性损伤模型的岩石的损伤和宏观塑性特性。     

节理抗剪强度综合评价的试验研究

选取不同吻合度自然节理试样,进行干燥状态和饱和状态的JRC-JCS模型和JRC-JMS模型试验研究。结果表明,在节理粗糙度系数的定向统计测量和尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用JRC-JCS模型综合评价节理抗剪强度可靠性较好,考虑吻合度系数的JRC-JMC模型比JRC-JCS模型具更好的预测能力。     

SHPB试验中岩石试件的端面不平行修正

为研究短圆柱体岩石试件端面不平行对岩石动力学特性测试结果的影响,采用有限元分析软件LS-DYNA对9种端面不平行度和5种杨氏模量的岩石试件开展SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验数值模拟,对岩石选用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型。数值模拟结果表明,当端面不平行度在0.40%以内时,端面不平行对动态应力测试结果的影响可忽略不计;但对动态应变测试结果的影响较大。当杨氏模量一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随端面不平行度增大呈线性增大;当端面不平行度一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随杨氏模量增大也呈线性增大。对数值模拟得到的平均应变率测试误差和峰值应变测试误差实施二元线性回归分析,提出了SHPB试验中端面不平行岩石试件平均应变率和峰值应变的修正公式。     

泥质岩膨胀势判断及其破坏机理分析

应用曲永新提出的"不规则岩块干燥饱和吸水率判别法"和成岩胶结系数指标法,对山西某一煤矿巷道中泥质岩的膨胀性进行综合判定,其属于非膨胀性泥质岩。并对巷道中岩样的矿物组成成分进行分析,岩石中石英和铁矿的含量较多,且分布极不均匀,所含粘土矿物主要为高岭石。最后,从岩石的矿物组成、结构构造、节理面及微节理面的特征以及岩石在受压力时裂隙的扩张情况等角度,综合分析得出泥质岩以脆性破坏为主。     

时序控制预裂爆破参数优化及应用

针对白鹤滩水电站地下厂房的爆破开挖,为降低爆破对岩体的损伤,采用数值模拟与现场试验研究小孔径时序控制预裂爆破中,后爆孔孔间延期时间及后爆孔孔距对时序控制预裂爆破成缝的影响,从而获取合理的延期时间和最佳的后爆孔孔距。研究结果表明,孔径为42mm的时序控制预裂爆破,先爆孔孔距为35cm时,合理的起爆延期时间为75~100μs;综合考虑炸药爆炸能量利用率和成缝效果,最佳的后爆孔孔距为70cm。科学地采用时序控制预裂爆破不仅可以减小钻孔工作量与炸药用量,还能降低对岩体的损伤,可为地下厂房爆破开挖安全、高效的进行提供一条有效的途径。     

岩石化学腐蚀-围压细观损伤本构模型与离散元模拟研究

基于Lemaitre应变等价性假设理论,假定受水化学-力耦合损伤的岩石微元强度服从Weibull分布,考虑化学腐蚀与围压耦合作用对岩石力学参数的影响,通过核磁共振技术与损伤力学理论,引入细观化学损伤变量与力损伤变量,并认为微元破坏符合SMP准则,建立岩石化学腐蚀-力耦合损伤本构模型,并采用理论推导的方法得出所需的模型参数。同时基于颗粒离散元方法,引入参数半径乘子来改变颗粒间的黏结接触尺寸,从而模拟水化学损伤,采用平直节理模型对水化学作用后的岩石进行三轴压缩模拟,得到了水化学作用和不同围压下的岩石三轴应力-应变模拟曲线。通过对比所构建的岩石化学腐蚀-力耦合损伤本构模型理论曲线、离散元模拟曲线和试验曲线,结果表明三者吻合度较好,能够很好地反映岩石在化学腐蚀和围压耦合作用下的力学特性与破坏特征,并通过离散元方法得到了岩石在三轴压缩过程中裂纹的产生与分布情况。