软岩隧道建造过程三维有限元仿真分析

根据地下隧道施工不同的开挖程序和锚固施工方法，运用三维有限元数值分析方法模拟地下隧道施工建造过程，以期寻找有利于围岩稳定的开挖和支护方式。依据岩体破坏特性和弹塑性力学应变能原理，给出了隧道开挖的优化指标和方法，并以此得到较优的施工方案。     

岩体破坏的结构控制与应力控制转换机理及判据模型

首先,通过岩石受力破坏过程分析给出了岩块的强度参数与岩块破坏时形成的贯穿裂隙强度参数的关系．在此基础上,通过理论推导给出了结构面强度曲线和岩块强度曲线的位置关系,揭示了三轴压缩试验中,在低围压下岩体通常沿结构面破坏,而在高围压下岩体经常沿岩块剪切破坏的机理,并给出了由结构控制转换为应力控制的临界围压的解析解．其次,揭示了在岩体开挖中,岩体破坏的结构控制与应力控制的转换机理,给出了结构控制转化为应力控制的临界初始应力的解析解．算例表明,模型可以有效解释岩体力学行为的结构控制与应力控制的转换机理．     

基于流形覆盖的岩体宏细观破裂的颗粒离散元法

本文基于流形覆盖的思想,结合颗粒接触模型,构造一种新的颗粒离散元数值方法即MPD(Manifold Particle Discrete),该方法可以从宏细观角度分析岩体破裂的全过程.通过分析流形覆盖和球颗粒模型,构造三维流形覆盖的四面体单元,得到MPD模型的平衡方程和相容方程.通过数值算例,验证了所提出的数值方法的正确性和分析岩石破裂的可行性.     

极坐标系下弹性问题的重心插值配点法

针对岩土工程中的孔洞及曲梁问题,提出一种在极坐标系下求解二维弹性问题的重心插值配点法.该方法分别在r和θ方向分别布置m和n个节点,生成求解区域上的节点.以一维重心Lagrange插值的张量积插值形式近似二维弹性问题的位移函数,代入位移表达的平衡方程和边界条件,平衡方程和边界条件分别在所有的计算节点和边界节点上精确成立,得到极坐标下弹性力学平衡方程和边界条件的离散代数表达式.利用一维重心Lagrange插值微分矩阵,将离散的平衡方程和边界条件表达为矩阵形式.利用置换法施加边界条件,求得在计算节点处的位移,进而通过微分矩阵直接求得计算节点处的应力.数值算例表明:极坐标下重心插值配点法具有计算格式简单、程序实施容易和计算精度高的特点.     

基于单位分解法的无网格数值流形方法

在数值流形方法和单位分解法的基础上，提出了无网格数值流形方法. 无网格数值流形 方法在分析时采用了双重覆盖系统，即数学覆盖和物理覆盖. 数学覆盖提供的节点形成求解 域的有限覆盖和单位分解函数；而物理覆盖描述问题的几何区域及其域内不连续性. 与原有 的数值流形方法相比，无网格数值流形方法的数学覆盖形状更加灵活，可以用一系列节点的 影响域来建立数学覆盖和单位分解函数，具有无网格方法的特性，从而摆脱了传统的数值流 形方法中网格所带来的困难. 与无网格方法相比，由于采用了有限覆盖技术，试函数的构造 不受域内不连续的影响，克服了原有的无网格方法在处理不连续问题时所遇到的困难. 详细推导了无网格数值流形方法的试函数和求解方程，最后给出了算例，验证了该方法的正 确性.     

基于FEMLIP的全风化边坡失稳破坏全过程的数值模拟研究

边坡坡角和强度是影响边坡稳定性的重要因素,而边坡失稳往往伴随着大变形的发生,其变形从数十米至数千米不等.目前,传统有限元法在处理大变形问题时常常因网格畸变而导致计算终止.因此,为了实现边坡失稳破坏全过程的模拟,并研究边坡坡角和强度对边坡稳定性的影响,基于Lagrange(拉格朗日)积分点有限元法（FEMLIP）,采用C语言编写了能够模拟边坡失稳滑塌全过程的Ellipsis程序,并通过一个典型案例对该方法的正确性和可行性进行了验证.采用该方法分析了边坡在不同坡角和强度条件下的稳定性和滑坡过程.研究结果表明,Lagrange积分点有限元法可以较准确地模拟边坡的潜在滑移面,并且可以模拟边坡失稳后的滑坡发展过程,为边坡滑坡大变形分析提供了一种新的数值计算方法.     

大跨度变截面隧道围岩及中岩柱的稳定性

为了研究大跨度变截面隧道施工过程中隧道变截面的稳定性,保障施工安全,利用FLAC3D软件对某隧道变截面进行三维数值模拟,通过监测隧道围岩的收敛情况与中岩柱的位移与应力变化趋势,结合实际监测数据,分析截面转换过程中围岩内部的位移与应力的变化特征。结果表明：在施工开挖过程中,监测点处产生的竖直方向位移远大于水平方向位移,位移变化主要发生在监测点附近导洞进行开挖时,并且具有一定的滞后性;中岩柱在分岔隧道段开挖过程中会产生2次反方向的位移变化,采用对拉锚杆加固与注浆加固措施可以有效减小位移变化量,增大最小主应力,有效保障中岩柱的稳定。     

数值流形方法及其在岩石力学中的应用

数值流形方法是目前岩石力学分析的主要方法之一.该方法起源于不连续变形分析,主要用于统一求解连续和非连续问题,其核心技术是在分析时采用了双重网格:数学网格提供的节点形成求解域的有限覆盖和权函数;而物理网格为求解的积分域.数学网格被用来建立数学覆盖,数学覆盖与物理网格的交集定义为物理覆盖,由物理覆盖的交集形成流形单元.流形方法的优点在于它使用了独立的数学和物理网格,具有和有限元明显不同的定义形式,且数学网格对于同一问题不同的求解精度的需求可以很方便地细化.由于该方法考虑了块体运动学,可以模拟节理岩体裂隙的开裂和闭合过程,因而在岩石力学中得到了广泛应用,近年来许多学者对该方法进行了研究.本文简要叙述了节理岩体的数值方法从连续到非连续的发展过程,详细地介绍了数值流形方法的组成和数值流形方法在岩石力学及其相关领域的研究和发展概况,最后就作者所关心的一些问题,如三维问题的数值流形方法、数值流形方法在物理非线性问题和裂纹扩展问题中的应用、相关的耦合方法等进行了探讨.      

不同级配填土压实及渗透特性试验研究

针对不同级配的粉土、黏土,进行了粉土、黏土的击实特性试验和渗透特性试验研究,绘制了不同击实功作用下和不同级配粉土、黏土的干密度曲线,得到了不同击实功作用和不同级配的粉土、黏土干密度变化规律,探讨了不同压实度的粉土、黏土的渗透特性。试验结果表明:不同级配的粉土、黏土中存在一个最佳击实功,并且在该击实功下,可获得其最大干密度;与此同时,黏土可以通过掺入粗颗粒改变其压实特性,而对于粉土,通过掺入粗颗粒改变级配,并不能有效地改变其压实特性;填土的渗透特性随着压实度的增大而呈现非线性变化。