充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

受偏压隧道影响边坡加固的数值分析

针对隧道工程建设中切坡引起边坡及隧道的变形,其稳定性受到不同程度的影响,采用三维有限差分计算程序FLAC30分析挖方边坡和坡顶隧道联合稳定性.通过对未开挖、未加固边坡进行数值模拟计算,得到水平位移和最大、最小主应力分布特征,分析其潜在滑动面和隧道围岩受拉影响区,确定其加固范围.根据抗滑桩受力特点,经比选,采用单排抗滑桩加固隧道边坡.数值计算结果表明:有限差分法能获得单排抗滑桩的合理设计和边坡坡脚及坡面受力情况,同时还能得到隧道围岩拉压应力的分布及优化覆盖层厚度,数值计算与工程监测数据吻合.     

隧道岩爆预测的距离判别分析模型研究及应用

将洞室最大切向应力和岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度和岩石单轴抗拉强度的比值、弹性能量指数这3项影响隧道岩爆的主要指标作为判别因子,建立隧道岩爆预测的距离判别分析模型。以国内外重大隧道工程发生岩爆的实测资料作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行预测。该模型在预测判别中综合考虑了影响隧道发生岩爆的多项因素,通过判别模型的学习功能获得岩爆与其各影响因素之间的复杂关系,排除了一般准则中建立判据时人为因素的影响。实例证明该模型利用回代估计法所得到的误判率为零,并具有较强的判别能力。     

融合自注意力机制与深度学习的混凝土表面裂隙智能识别

混凝土裂隙几何信息识别的精确度,影响后期工程的安全.而传统的检测方法存在对裂隙识别不准、不全、不即时的缺陷,无法满足精度和实效性的现实需求.本文提出一种融合自注意力机制与全卷积神经网络的图像分割算法,以混凝土裂隙图像建立数据集,搭建深度学习网络;以全卷积神经网络训练模型,使用空间自注意力模块调整特征编码,输出基于自注意力机制模块识别的高精度二值图.经精准率、召回率、平均交并比和综合评价指标等维度同传统图像分割方法进行对比,结果显示,本文方法得到的混凝土裂隙二值图与原图最相近,在定量上精准率、召回率、平均交并比和综合评价指标分别达到62.93％,88.08％,72.21％和83.86％,进而验证本文提出的方法优于传统方法裂隙识别方法.     

FLAC~(3D) V3.0边坡稳定剪切强度折减法的多线程并行算法

强度折减法将边坡的安全系数定义为边坡刚好达到临界破坏状态时的折减系数,该过程一般采用二分法对边坡内聚力和内摩擦角进行迭代计算。为优化迭代计算次数以缩短计算时间,提出多线程并行运算强度折减法的计算策略,得到二分法和多线程并行运算在不同折减系数计算范围(Kmin,Kmax)、给定误差条件η下所需最小迭代次数的理论公式。将FLAC~(3D)命令流内嵌于Python脚本中,通过Python脚本同时调用多个FLAC~(3D)应用程序,分别采用4线程并行运算和传统二分法对实例边坡进行强度折减法的计算。研究结果表明:在本文计算条件下,2种方法计算结果相同,采用4线程并行运算时迭代次数是二分法运算的0.46倍,其总的计算时间为二分法的0.55倍。采用多线程并行运算能有效减少迭代次数及总的计算时间。     

用复合分析法对一段公路边坡稳定性的研究

采用极限平衡法和FLAC3D数值复合分析方法对一段公路边坡稳定性进行分析.结果表明:边坡在无水情况下处于稳定状态,而在外界水的侵扰下,边坡的安全系数迅速下降,边坡内滑动面一为深层滑动,一为浅层滑动.针对边坡的稳定性问题,提出了相应的处治措施.     

拉-剪状态下锚固节理剪切强度与破坏模式分析

为了分析拉-剪加载下锚固节理的剪切强度与破坏模式,基于颗粒流数值模拟方法,建立不同锚固角度的锚固节理模型(锚固角度分别为15°,30°,45°,60°,75°,90°)。拉剪速率比设置为1∶1,结合数值模拟结果,从细观角度分析不同锚固角度下的岩石节理面破坏模式与锚杆变形状态。结果表明,锚固角度对模型的峰值剪切强度、剪切曲线以及黏结力分布趋势均存在较为明显的影响:(1)锚固角度对节理拉-剪作用下的破坏模式存在较大影响,随着锚固角度的不断变化,试样的破坏模式也存在较大的区别。当锚固角度较大时锚杆与节理交界处存在明显的核状破坏,在加载后期取决于拉伸裂纹的扩展。而锚固角度较小时,锚固节理的破坏主要是拉伸裂纹的扩展所致,锚杆与节理面接触位置并未出现明显的破坏现象。(2)当锚固角度较大时(60°～90°),锚杆尖端并无明显的拉伸应力分布,且锚杆内部拉伸应力集中于锚杆中段。然而,当锚固角度较小时(15°～45°),锚杆大部分区域均存在明显拉伸应力集中现象,且锚杆尖端位置岩体内部也出现了明显的拉伸应力。(3)峰值剪切应力随着锚固角度的增大呈现出先增大后减小的趋势,锚固角度为0°时峰值剪切应力处于最小值,锚固角为75°时峰值剪切应力达到最大值。     

软层对土质边坡破坏模式及稳定性影响的数值分析

为了研究软层对土质边坡破坏模式及其稳定性的影响,运用FLAC~(3D)建立多分层(坡体分4层,坡基分2层)土质边坡模型。将软层分为由内摩擦角φ控制的软层(内摩擦角φ较小的软层),以由黏聚力c控制的软层(黏聚力c较小的软层)。考虑工程实际选取4种常见的软层分布方式:①软层在边坡顶部、②软层在边坡底部、③软层在边坡顶部和底部、④软层在边坡中部,采用强度折减法分析了不同软层分布和不同软层性质边坡的滑动面和安全系数。结果表明:(1)内摩擦角φ控制的软层分布不同时,分布②边坡表现为圆弧+直线型破坏,其余分布则表现为圆弧型破坏;(2)黏聚力c控制的软层在不同分布时,分布②呈明显的圆弧型破坏,其余分布表现为一定程度的圆弧+直线型破坏;(3)位于边坡中部的软层显著降低其稳定性,其中以黏聚力c控制的软层不利影响最为显著;(4)随层间参数差异值的增大,不同的软层黏聚力c与内摩擦角φ对于滑动面上边缘距坡顶距离作用效果相反,而对于安全系数的影响表现一致;(5)针对软层位于边坡中部的情况,软层自身性质相较于其周围土层的性质对边坡稳定性影响更为显著。在相关施工中应主要对软层进行加固,并适当对其周围土层进行补强,可实现经济合理的支护方案。     

钉土相互作用的宏观效应分析

利用简单的力学模型无法反映钉土之间的相互作用的复杂性,因此,采用FLAC3D数值计算方法分析土钉和土体相互作用的宏观效应.首先,介绍了程序基坑开挖模拟方法及土钉支护原理;然后,分析了动态开挖过程中,水平位移和竖直位移的变化情况以及钉土相互作用过程中的各自宏观响应.     

基于岩石拉压宏观力学响应的平板模型微观参数匹配分析

为获取颗粒离散元模拟中精确的接触参数,基于岩石单轴压缩模拟试验和拉伸模拟试验,利用离散元"Flat-joint"接触模型,构建完整岩石的黏结颗粒模型.以校正宏观力学响应为目标,基于流程控制法和试验设计法对颗粒接触参数进行标定.通过敏感性分析得到对泊松比、弹性模量、抗拉强度和单轴压缩强度影响显著的微观参数,确定其校正顺序,证明"Flat-Joint"颗粒模型模拟完整岩石的可行性;基于Box-Behnken设计试验的最终结果,提出通用性高的微观参数算法方程;最后以4种不同硬岩为例,确定相应的平板黏结颗粒模型微观参数并进行单轴模拟试验,模拟结果和试验结果在变形性和强度特性方面都取得了很好的一致性,验证了方程的适用性.