岩质边坡稳定性及预应力锚固分析现状

本文首先对目前常用的各类边坡稳定性分析方法的主要特点进行了评述,包括定性方法类的历史分析法、工程地质类比法、图解法、专家系统法,定量分析方法类的确定性模型法,如极限平衡法,应力应变分析法;非确定性模型法,如可靠性分析法、灰色系统理论法及模糊综合评判法等;及两类方法结合而成的随机有限元法。其次,对预应力锚固边坡的设计及稳定性分析作了阐述。     

反倾岩质边坡变形特征的三维数值模拟研究——以龙滩水电站工程边坡为例进行三维变形特征分析

以龙滩水电站工程边坡三维变形为例,分析了层状反倾岩质边坡当边坡与岩层夹角变化时,边坡的变形特征。并通过数值模拟根据变形曲线对不同范围边坡与岩层走向夹角的变形特征进行了定性描述。     

层状反倾边坡变形特征及影响因素分析

借助金沙江某水电站左岸边坡岩体参数,利用离散元软件UDEC/3DEC对层状反倾边坡的主控影响因素(边坡高度、边坡坡度、层面倾角、层面力学参数、坡面与层面夹角等)进行多工况数值模拟分析,揭示了不同影响因素下层状反倾边坡倾倒变形的条件及破坏特征。计算结果表明各影响因素均对边坡倾倒变形有显著影响,边坡层面力学参数的影响尤为显著;边坡在坡角β40°,层面倾角γ50°时发生倾倒破坏的特征并不明显,当边坡坡角β40°,层面倾角γ50°时,随着各影响因素的不同组合与变化,边坡倾倒变形趋势显著增加,边坡的破坏模式主要表现为延性弯曲倾倒和脆性折断倾倒破坏;坡面与层面夹角的变化对边坡倾倒变形及边坡潜在破坏模式均有显著影响,当坡面与层面夹角Ψ在0°~90°时,随Ψ值的增大边坡潜在破坏模式由典型的弯折倾倒破坏模式向圆弧形滑动破坏模式转变。     

矿山层状反倾边坡岩体移动规律的试验研究

本文基于现代工程地质力学理论与相似模拟原理, 采用地质力学模拟试验方法, 以某矿顶帮边坡为工程实例, 结合大量滑坡实例综合分析, 研究了层状反倾边坡岩体随采矿工程发展的移动规律和潜在滑坡模式。     

反倾层状边坡弯曲折断的应力及挠度判据

以地质分析为基础 ,将反倾层状边坡的任意岩层概化为受复合作用力的板梁模型 ,通过简单的力学解析 ,开展了反倾层状岩石边坡弯曲折断判据的研究。依据岩层折断时和相临岩层的瞬时关系 ,将岩层下部视为瞬时临空状态 ,考虑岩层自重荷载和上部岩层附加荷载 (上部岩层重力荷载、层间摩擦力 )的共同作用 ,基于最大拉应力准则 ,提出了岩层弯曲折断的应力判据 ;依据应力判据 ,得到了岩层弯曲折断的挠度判据 ;利用应力判据及挠度判据 ,可实现反倾层状边坡弯曲折断的现场判定及其控制设计     

断裂力学判据的评述

从Inglis 和Griffith 的著名论文到Irwin 和Rice 等的奠基性贡献,对断裂力学中的线弹性断裂力学的K判据,界面断裂力学的G判据,和弹塑性断裂力学的J 判据作了扼要的综述. 介绍了在界面断裂力学G判据的基础上提出的界面断裂力学的K判据,以说明断裂力学的判据存在改进的可能性. 在综述中归纳出断裂力学判据中目前还没有较好解决的几个问题. 在总结以往断裂力学研究经验的基础上,指出裂纹端应力奇异性的源是对断裂力学判据存在的问题作进一步研究的切入点. 探讨了裂纹端应变间断的奇点是裂纹端应力奇异性的源的问题,从而对裂纹端应力强度因子的物理意义进行了讨论. 最后,阐述了进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析是改进弹塑性断裂力学判据的关键,而进行可靠的裂纹端应力场的弹塑性分析的前提是要通过裂纹端应力奇异性的源的研究来获得作用在裂纹端的造成裂纹端应变间断的有限值应力.      

反分析法与室内试验法确定岩质边坡结构面抗剪强度对比研究——以西柏坡纪念馆不稳定斜坡为例

岩质边坡结构面抗剪强度是分析边坡稳定性的重要参数。反分析法是视滑坡将要滑动而尚未滑动的瞬间为极限平衡状态,求解滑动面抗剪强度的一种方法,相对于室内实验和原位测试具有成本低的特点,但其普适性较差,对反分析法的应用条件进行研究对该方法在边坡工程中的准确应用具有重要意义。本文用反分析和室内试验两种方法确定西柏坡纪念馆不稳定斜坡结构面抗剪强度,发现对于单滑动面岩质顺层滑坡,直接采用滑坡断面进行反分析获得的结构面抗剪强度与室内试验结果相近,可用于评价同一结构面边坡的稳定性。     

水下岩质边坡在波浪作用下的稳定性分析

运用ANSYS程序对水下的岩质边坡进行数值模拟分析,采用不同的材料强度来模拟岩石和软弱结构面。应用强度折减方法对边坡的强度参数进行折减,直至边坡出现破坏,分析边坡在达到破坏时内部的应力应变情况和位移变形情况。对于波浪力,本文采用简化的波压力方程模拟低频的水波对边坡的波压力影响,并用多个模型比较计算的方法得出最佳的模型尺寸和水下荷载的计算模式。     

用人工神经网络估算岩质边坡的安全系数

基于工程事例, 介绍了一组初步试验工作, 探讨人工神经网络(ANN)方法用于岩质边坡稳定性安全系数估算的可能性。文中给出三次试验及试验结果, 试验结果表明用人工神经网络估算岩质边坡安全系数不仅是可行的, 而且是一种实时、准确且准备工作简单的估算方法。     

功能梯度材料的平面断裂力学分析

针对材料参数在厚度方向可能按任意连续变化的梯度材料，给出了一个新的分层模型，利用该模型求解了面内加载下梯度界面层和涂层中的界面裂纹问题，借助Fburier积分技术和传递矩阵方法，将该问题化为一个Cauchy型奇异积分方程，通过数值求解，得到感兴趣的应力强度因子，对不同形式的杨氏模量和泊松比，计算了界面裂纹应力强度因子，结果表明泊松比的变化形式对应力强度因子影响不大，可当作常数处理，而杨氏模量的影响则很大。     

Experimental caustics analysis in fracture mechanics of anisotropic materials

The originally developed reflection method of caustics is presented for application to cracks in mechanically anisotropic materials such as fiber-reinforced composites. The derived solutions for the combination of crack-opening modes I and II show that the size of the dark spot depends on the load intensity, whereas its shape depends strongly on the mechanical properties of the material, the orientation of the crack tip and the mixed-mode mixture. The evaluation of optical effects is possible using the diameter-measuring method or the advanced multipoint overdeterministic data reduction method. To find the exact position of caustics, the experimental images are analyzed by the simple boundary value method and a more sophisticated differential method, which is accomplished by shifting the real image onto the gradient image. The standard experimental testing procedure is performed for cracks oriented 0 deg, 45 deg and 90 deg to the material axes in carbon-fiber-reinforced polymer composites.     

基于断裂力学的高寒地区边坡危岩体稳定性分析

高寒地区露天矿山中的危岩体受冻融作用影响时常发生滑塌,为保障露天矿山企业持续生产,对矿山靠帮边坡中存在的危岩体进行基于断裂力学的稳定性分析。以高寒地区某露天矿山为工程背景,分析冻融循环对工程影响,首先建立不同时间点温度场,结合温度场提出一种方法来判定冻融深度是否能影响主控结构面产生冻胀力。引入最大周向应力准则对坡体中出现的拉裂缝进行分析,进而推导出安全系数表示方法。以反倾岩质边坡为研究主体,将边坡危岩体拆分为n个潜在不稳定的近似矩形岩体,并基于此建立考虑冻胀力、裂隙水压力与重力共同作用的断裂力学边坡稳定性计算方法。针对相应算例,通过该方法计算得到分割后各岩体的安全系数,并发现冻胀力对岩体稳定性有一定程度影响,结合工程实际验证了提出方法的可行性。最后结合相关危岩稳定性评价标准,针对不同岩体稳定性情况提供相应治理措施。     

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给出了混流式转轮叶片与上冠(或下环)采用部分焊透裂纹尖端应力强 度因子的分析模型. 根据给出的模型，结合某电站转轮强度分析结果，通过实际算例，明 确了预留焊缝长度的确定方法. 该方法适用于所有混流式转轮叶片与上冠(或下环)之间 采用部分焊透预留焊缝长度的确定.     

软弱顺倾岩体爆破层裂的准静态力学模型应用研究

针对顺倾岩质边坡爆破引起软弱夹层冲刷、压密而影响边坡稳定的问题,应用爆轰气体等熵绝热膨胀理论,建立深孔爆破过程中软弱顺倾边坡的准静态力学模型,导出了爆炸作用在软弱夹层内形成爆腔后的准静态压力和软弱层临界层裂长度计算公式。通过分析爆轰气体楔入层面内对边坡岩体产生的抬动作用,推得了边坡潜在滑体的稳定系数与装药参数、岩体力学参数和边坡几何尺寸的定量关系。将提出的准静态力学模型应用于两个典型顺倾岩质边坡的爆破动力稳定分析,得到了与工程实际相符合的计算结果。     

Dynamic fracture mechanics analysis for composite material with material non-homogeneity in thickness direction

The problem considered here is the response of a non-homogeneous composite material containing some cracks subjected to dynamic loading. It is assumed that the composite material is orthotropic and all the material properties depend only on the coordinatey (along the thickness direction). In the analysis, the elastic region is divided into a number of plies of infinite length. The material properties are taken to be constants for each ply. By utilizing the Laplace transform and Fourier transform technique, the general solutions for plies are derived. The singular integral equations of the entire elastic region are obtained and solved by the virtual displacement principle. Attention is focused on the time-dependent full field solutions of stress intensity factor(SIF) and strain energy release rate. As a numerical illustration, the dynamic stress intensity factor of a substrate/functionally graded film structure with two cracks under suddenly applied forces on cracks face are presented for various material non-homogeneity parameters.     

The transient fracture behavior for a functionally graded layered structure subjected to an in-plane impact load

The transient fracture behavior of a functionally graded layered structure subjected to an in-plane impact load is investigated. The studied structure is composed of two homogeneous layers and a functionally graded interlayer with a crack perpendicular to the boundaries. The impact load is applied on the face of the crack. Fourier transform and Laplace transform methods are used to formulate the present problem in terms of a singular integral equation in Laplace transform domain. Considering variations of parameters such as the nonhomogeneity constant, the thickness ratio and the crack length, the dynamic stress intensity factors (DSIFs) in time domain are studied and some meaningful conclusions are obtained.The project supported by the National Science Foundation for Excellent Young Investigators (10325208), the National Natural Science Foundation of China (10432030) and the China Postdoctoral Science Foundation (2004036018)The English text was polished by Ron Marshall.     

三维断裂分析软件FRANC3D

介绍了三维断裂分析软件FRANC3D(FRacture ANalysis Codein 3 Dimensions),它和立体对象建模器OSM(Object Solid Modeler)以及边界元系统BES(Boundary Element System)一起构成一套完整的断裂分析系统。该软件可以进行复杂裂纹的应力强度因子计算、自适应裂纹扩展,具有友好的图形用户界面和强大的前后处理功能。本文还给出了两个应用该软件的实例,证明分析是成功的。     

某深埋隧道围岩破裂发展机理数值模拟

围绕某深埋隧道支护结构失效机理展开研究。调查了某深埋隧道围岩地质及支护结构失效特征,根据深埋隧道围岩的地质力学历史,提出岩石峰后力学特征描述的塑性应变指标。通过数值模拟获得在开挖扰动下该隧道围岩中应力大小的交替分布及围岩破裂的分层现象,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制,揭示出武陵山脉隧道深埋段支护结构破坏的原因在于围岩的分层破裂。研究结果为深部隧道支护设计及稳定性分析提供了有效的思路与处理方法。     

A fracture damage model for Jointed rock masses and its application to the stability analysis of dam abutments

Based on continuum damage mechanics, for jointed rock masses, a fracture damage model is presented in this paper. First, the damage tensors are defined through the elastic-flexibility of intact rock and the equivalent elastic-damage flexibility for rock mass. Then, by the self-consistent principle of solid mechanics, the equivalent elastic-damage flexibility tensors involving the interaction between multicracks are deduced. The damage evolution law is proposed involving the mechanism of crack propagation process: frictional sliding, crack kinking, growing of branched tension cracks, interlinking of the microcracks near branched crack tips leading to the breakthrough of macro-cracks and finally the failure of rock mass. Thus the evolution of damage variables reasonably unified with the process of crack propagation is given. Finally, a plastic-brittle damage constitutive relation including brittle coupled strain rate, developed and applied to the stability analysis of complicated rock foundation of a dam in China, is described in this paper.     

岩石动态断裂韧度的尺寸效应

采用两种圆孔裂缝平台巴西圆盘试件(一种为直径分别为42、80、122、155 mm的几何相似试件,另一种为直径80 mm、仅裂缝长度不同的单一尺寸试件)对岩石动态断裂韧度的尺寸效应进行了研究。给出了在霍普金森压杆系统上对试件进行径向撞击产生的应变波形和断裂模式。实验结果表明,对于几何相似试件,动态断裂韧度的测试值随着尺寸的增大而增大,而对于单一尺寸试件,其测试值随着中心裂缝长度的增加呈现先增大后减小的趋势。裂缝前端的断裂过程区长度和孕育时间是岩石动态断裂韧度测试值表现为尺寸效应的主要原因,为了减小尺寸效应,建立了考虑这两个参数在空间-时间域对动态应力强度因子的分布进行积分后再平均来确定岩石动态断裂韧度的方法。