在压缩应力波作用下隧道节理围岩动力响应研究

应用离散单元法软件UDEC对压缩波作用下的节理岩体中不同节理性质、不同埋置深度条件下隧道围岩的稳定进行数值模拟分析。监测隧道埋深由5 m增加到45 m,分析节理不同刚度、间距、倾角时隧道洞顶的峰值质点速度(PPV)。结果表明:随着隧道埋深增加,隧道洞周峰值质点速度降低,隧道稳定性增强。随着节理刚度的提高,隧道顶部峰值质点速度上升;随着节理间距增加,隧道顶部峰值质点速度下降;随着节理倾角增大,隧道顶部峰值质点速度有上升的趋势。总体而言,埋深增加会对隧道稳定有明显提升效果,并且在节理岩体中节理刚度低、间距大、倾角小的围岩条件更安全。     

半圆形初始裂纹在交变拉伸载荷下的裂尖应力场数值模拟

[目的]为研究板结构中初始裂纹深度沿板厚方向分布不均匀的问题,[方法]基于三维虚拟裂纹闭合技术(VCCT),以半圆形初始裂纹为例,对其在交变拉伸载荷作用下的裂尖应力场进行数值模拟。[结果]结果表明:对于裂纹水平面的应力场,在发生塑性变形的区域,计算点的von Mises等效应力随着距裂尖距离的增大而减小,两者之间呈线性或双线性关系;在未发生塑性变形的区域,该应力值基本上是裂尖距离的三次函数。对于裂纹横断面,裂纹总是沿裂纹边缘形状的法向方向扩展,且应力峰值出现在裂纹边缘,裂纹内部应力值随着距裂纹中心的距离呈现高度的非线性分布,而外部应力值则随着距裂纹中心距离的增大而减小。当该距离超过裂纹半径的1.67倍时,应力集中消失;当拉伸载荷为2/3和1/3倍材料屈服应力时,裂纹边缘的应力峰值总是分别等于载荷的1.45倍和2倍。[结论]研究结果可为考虑初始裂纹的板结构的疲劳强度计算提供参考。     

基于直剪试验的砂土细观力学性状研究

基于砂土直剪试验的细观观测,研究了土体的细观力学性状。应用MiVnt图像分析软件分析了在剪切过程中颗粒的数量和面积均值、长短轴均值、偏心度均值、方向角及孔隙比等砂土的细观力学性状,绘制出砂土细观力学性状与剪切位移的关系曲线。在剪切位移s=2mm和s=6mm之间,砂土颗粒的面积均值、长短轴均值、偏心度均值等细观力学性状呈线性变化;s=6mm和s=9mm之间,砂土颗粒的细观力学性状发生突变,试样剪切破坏。半模直剪试验与数码图形分析软件的结合,有效分析了直剪条件下土体内部颗粒细观力学性状的变化规律。     

基于DPDM技术的砂土直剪试验剪切过程的应力场分析

通过直剪半模试验,结合数字照相变形量测DPDM(The digital photogrammetry for deformation measurement)技术,对砂土在直剪试验中的应力应变场进行了分析。采用数码相机对半模试验过程中砂土的剪切面运动进行全程拍摄,应用DPDM技术对拍摄结果进行处理,得出土体的位移场云图,阐述单调加荷条件下直剪试验过程中土颗粒的轨迹运动以及剪切带的应力应变,对剪切过程中的土颗粒位移进行定量研究,为砂土在直剪剪切变形和土位移结构变化间的定量关系提出了一条可行的途径。     

分形几何在节理岩体研究中的应用

介绍了节理岩体分形研究的主要内容和研究方法。结果表明,节理岩体具有分形特征,可以通过Mandelbort-Weierstrass函数生成不同维数的节理分形曲线来模拟实际的岩体节理面。分形维数是表征节理岩体的一个重要因素,可以与岩体的其他力学及物理参数建立统计回归关系。     

鱼梁航运枢纽工程闸坝泥岩基础剪切软弱带加固处理

鱼梁航运枢纽工程闸坝基础开挖过程中发现岩层中层间存在剪切软弱带且节理裂隙较为发育,岩体完整性较差;同时,层间剪切软弱带、节理裂隙面、岩层面等结构面互相切割,组合形成大小不一的块体,对坝基抗滑稳定较为不利,经计算,深层滑动不满足规范要求。经多方案对比分析研究,最终采用挖除部分软弱夹层、布设锚筋桩和基础固结灌浆等措施组合的地基处理方案。     

基于高速摄影观测的预裂爆破裂纹扩展规律研究

为探究预裂爆破裂纹产生的机理及过程,深入研究其扩展规律,通过制备的素混凝土模型进行数孔一响预裂爆破模型试验,利用高速摄影仪对爆破过程中模型上表面进行观测,分析比较了逐孔起爆、两孔一响及齐发三种起爆方式下模型爆破预裂缝的成缝机理。结果表明:在相同条件下齐发时成缝时间最短(0.9ms),其次为两孔一响,逐孔起爆的成缝时间最长;裂纹扩展的起始速度齐发式起爆(632.58mm/ms)两孔一响(427.71mm/ms)逐孔起爆(284.38mm/ms)。逐孔起爆时的应力叠加作用最小,导致爆破所成预裂缝相比于齐发更为不规则,更容易出现分支裂纹。但其成缝速度稳定,能量的利用率最高,且由于没有了齐发时的应力叠加效应,对周边岩体损伤最小。     

艉轴扭转轴向耦合振动产生裂纹探析

轴系因扭转振动产生裂纹甚至断轴事例并不罕见，所以对艉轴由于扭转振动而产生的裂纹应引起足够重视，文中通过具体艉轴裂纹实例进行分析，认为是切应力和法向应力联合作用，即扭转－轴向耦合振动导致了艉轴裂的产生和发展。     

贵州省梵净山红云金顶稳定性数字模拟分析

本文通过调查获取梵净山红云金顶的区域地质背景、几何尺寸、岩体结构、节理裂隙和物理参数的基础上,采用FLAC3D软件对柱状红云金顶岩体在重力作用下进行数字模拟分析,分析得出:(1)竖向裂缝切割处有应力集,在山体两侧高程2,270m处坡脚位置也出现应力集中;(2)最大位于发生在竖向裂缝控制区2,300m处,岩体将向外侧发生破坏;(3)预测岩体若发生破坏,将在一线天底部局部发生拉裂破会,在高程2,280m处岩体沿水平层面发生剪切破坏。(4)目前塑性区较少,岩体相对稳定,建议对整体加强监测。     

深海球壳表面裂纹应力强度因子影响研究

针对深海球形耐压壳的人员出入孔焊趾处的表面裂纹问题,本文建立了有限元模型并引入初始裂纹,考虑焊接残余应力沿壁厚线性分布的情况,采用M-积分法求解了在海水外压力和焊接残余应力共同作用下的应力强度因子。计算了不同尺寸裂纹下三种应力强度因子沿裂纹前缘的分布情况,发现人孔焊趾处裂纹主要表现为张开型(Ⅰ型)裂纹,相比于K_Ⅰ,K_(Ⅱ)和K_(Ⅲ)对裂纹的影响很小。分析了焊接残余应力和裂纹形状对应力强度因子的影响,讨论了同一深度半长比下表面裂纹K_Ⅰ最大值随裂纹深度变化和沿裂纹前缘K_Ⅰ的分布规律,结论可为进一步研究球形耐压壳的裂纹扩展及疲劳寿命预测提供一定的参考。     

考虑残余应力的加筋板结构疲劳裂纹应力强度因子计算方法研究

文章基于温度梯度法对焊接残余应力分布进行了模拟。通过对有限元网格划分规则的讨论,确定了数值模拟过程中应力强度因子计算的最佳方案,同时,采用Green函数法以及Faulkner模型给出了残余应力作用下应力强度因子的理论值。通过有限元模拟与理论计算的结果比较,验证了常规载荷以及残余应力作用下,含中心裂纹平板以及含初始裂纹加筋板结构应力强度因子计算结果的准确性,建立了考虑残余应力影响的结构裂纹扩展模拟流程。最后,通过拉伸载荷下加筋板裂纹扩展模型试验对数值计算方法进行了验证,为加筋板结构裂纹扩展规律研究以及裂纹扩展寿命预报奠定了基础。     

考虑土体密实度的钢-土界面剪切特性研究

土体密实程度对内河码头大尺寸钢护筒嵌岩桩的承载性状具有重要的影响。在一定含水率及颗粒级配条件下,控制试样土体干密度分别为1.80,1.85,1.90 g/cm3进行土体与钢板的往复剪切室内试验,探索了不同干密度条件下试样在不同法向应力条件下的剪应力-剪位移关系、极限剪切强度以及界面往复剪切的残余强度。研究发现钢-土界面的剪切过程主要有3个阶段:弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;极限剪切强度满足摩尔库伦准则且随干密度增大粘聚力和内摩擦角均增大,且呈线性增加;往复剪切过程中,研究剪应力的变化情况发现同方向不同循环过程中最大剪应力几乎保持不变,不同方向剪切循环过程中,负方向剪应力均比正方向稍大。     

用扩展有限元方法来分析含裂纹板时剪切闭锁问题消除

文章介绍了扩展有限元计算含裂纹板问题的基本方法,该方法以常规有限元为基础,通过在位移场中增加反映裂纹面的不连续函数及反映裂尖局部特性的裂尖渐近位移场函数,体现裂纹的存在,从而使裂纹与有限元模型相互独立,方便了裂纹扩展的模拟。采用求解 Reissner 板问题的混合插值单元 MITC4,可以有效地避免剪切闭锁现象。通过相互作用能量积分确定混合模型的应力强度因子。最后,通过一系列的数值算例验证了该方法的正确性。     

含平行裂隙白砂岩的三轴压缩数值模拟研究

本文基于相似理论,建立了颗粒流PFC3D模型,对含平行双裂隙的类岩石试样进行三轴压缩试验的模拟,来研究裂隙倾角及岩桥倾角对试样三轴抗压强度的影响,并分析了三轴压缩下试样裂纹延伸扩展破坏规律。结果表明围压会降低裂隙角度对岩体的三轴抗压强度的影响;不同围压下,岩桥倾角与试样的三轴抗压强度变化规律保持一致;在加载过程中,不同裂隙角度试样的起裂区均集中在预制裂隙尖端及两平行预制裂隙间,且裂纹大多始于尖端。     

土与结构物半模直剪试验的颗粒流数值模拟*

使用自主改造的半模直剪仪进行土与钢板、石板的半模直剪试验,竖向荷载分级施加,分别为50kPa,100kPa,150 kPa,200 kPa。应用颗粒流离散元程序——PFC2D对土与结构物在不同法向应力条件下相互作用的半模直剪试验进行数值模拟,研究土与结构物相互作用时接触面土体变形及剪应力的变化情况。分析得出土与结构物相互作用时,土体会呈现出硬化现象。随着法向应力的增加,土的剪应力会升高。在土与结构物的接触面上,形成了一定厚度的剪切带,说明土与结构物的相互作用并不只局限于接触面,而对接触面以上一定厚度内的土体也有影响,但影响范围不大,约为5倍的粒径。土与结构物相互作用时,结构物的性质对土体剪应力的变化影响不大。     

爆炸消除焊接残余应力的数值模拟

焊接残余应力及其控制技术是重大工程结构物(例如反应堆、潜艇等)建造中关注的核心问题之一。爆炸法消除残余应力是近年来发展起来的高效、低成本的1种新技术,但对其机理的研究仍然相当缺乏。本文利用非线性有限元软件ABAQUS对爆炸消除焊接残余应力技术进行了数值模拟,同时考察了焊缝中夹杂的裂纹缺陷对爆炸载荷的响应。研究对象为70 mm厚的超厚钢板对接焊缝,焊接坡口为X型。本文主要完成了以下2项研究工作。1)将盲孔法测得的焊接残余应力分布预置到模型中,计算了爆炸载荷作用下不同布药方式时焊接残余应力的再分布,并将其与对应的实测结果进行比较。研究结果表明,金属材料的塑性流动是爆炸消除焊接残余应力的根本因素。2)在模型的焊缝区引入面状裂纹来表征焊缝中的凝固裂纹,利用ABAQUS用户自定义子程序开发的基于虚拟裂纹闭合法的三维断裂单元,计算能量释放率对爆炸载荷的响应。研究结果表明,爆炸载荷并不一定会导致裂纹的扩展。因此,本文的研究方法和结果对于爆炸消除焊接残余应力在工程应用领域具有指导意义。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

公路岩体软弱结构面抗剪强度参数试验研究

对秭归风茅公路主干线聚集坊～郭家坝镇段主要岩体软弱结构面的抗剪参数进行了较系统的试验研究,包括岩体软弱结构面的野外简要调查、岩体软弱结构面现场原位试验、岩块与结构面室内模拟试验及岩体力学参数经验估值等,通过对各种试验数据进行整理、分析和对比,并考虑岩体所处具体地质条件,给出了各种具有代表性且工程安全性较差的岩体软弱结构面的抗剪强度参数建议值。     

块裂岩质边坡中随机关键块体的分析

具有块裂结构岩体的失稳破坏一般是沿结构面发生,而首先发生破坏的块体称"关键块体"。应用计算机技术对岩质边坡结构面分布情况进行模拟,采用"块体理论"寻找边坡面上暴露的关键块体,并分析关键块体的分布范围和结构特征,为选择合适的治理措施提供了理论支持。     

不同应力路径下微生物固化红粘土力学性能研究

以微生物固化后的红粘土为研究对象,分别进行不同初始围压下的CTC试验、RTC试验、TC试验,探究不同应力路径下微生物固化后的红粘土的强度特性。试验结果表明:巴氏芽孢杆菌和铁细菌固化后的红粘土在CTC剪切路径和RTC剪切路径下抗剪强度峰值比原重塑土样有提升,TC剪切路径则降低;对比3种应力路径下的有效应力强度指标,巴氏芽孢杆菌和铁细菌固化的红粘土相比于原重塑红粘土有效粘聚力增加,有效内摩擦角减小,红粘土强度得到提升,且巴氏芽孢杆菌对红粘土的固化效果优于铁细菌。