岩体节理模型的节点偶对分析

本文提出一种节点偶对分析用以解决岩体节理模型的数学模拟问题。为改善Goodman单元,M. Katona提出了不考虑刚度系数的摩擦-滑动节理模型。但是,由于缺乏可行的分析方法,因而得不到真实可信的结果,特别是出现块体相互嵌入问题,影响了它的实际应用。本文提出的节点偶对分析建立在几何-力学约束边界的序列矢量判定的基础上,计算结果完全合理。利用这一方法还可顺利地解决节理交汇组合等复杂的岩体力学问题,是一个有前景的方向。     

节理岩体的三维阶谱复合单元法初步研究

阐述了节理岩体复合单元法基本原理,引入了阶谱有限单元法中的虚节点和广义节点概念,提出了覆盖虚棱（面）和广义棱（面）的概念,并进一步将虚节点和广义节点分类。在此基础上构造了节理岩体的三维复合单元不同阶次时的位移函数并推导了对应的刚度矩阵。算例表明此法是合理有效的。提出的概念有助于复合单元法和传统有限单元法二者升阶谱的理解与统一实现,并为实现节理岩体三维复合单元法的P型自适应奠定了基础。     

节理力学模型识别及有关参数的确定

通过节理约束反分析法反分析节理单元对岩体的约束力和约束位移，进而计算节理单元的应力与应变等参数，画出相应的应力－应变图，屈服曲线以及蠕变曲线等有关节理力学性质的曲线或建立相应的经验公式。     

三维有限单元反演的数学方法

以三维节理单元为基础,讨论了利用三维双节点节理单元模型反演地形变资料的理论基础及方法的应用,推导了具体应用的有限元公式及反演的数学公式,并编制了相应的计算程序。最后,通过模型实例的实际计算,研究了方法的可行性。      

经历剪切变形历史的岩石节理表面粗糙特性分析

基于两类岩石节理剪切试验，采用非接触式激光测距仪，实测了剪切前后节理表面粗糙数据，统计分析了岩石节理表面粗糙特性的三维粗糙参数的物理含义，并将这些参数与相应的二维参数进行了充分比较。结果表明，三维参数与二维参数间存在的近似线性关系，而多个三维参数相对比单一的二维参数更全面有效地描述了节理表面粗糙特性。     

GJP-1含节理的三维弹性静力程序

GJP-1程序是针对岩土力学课题而进行的空间非线性有限元分析的第一阶段成果,可用于含节理的三维弹性静力有限元分析。 GJP-1程序采用20节点等参元划分连续介质,而用18节点等参节理单元来模拟非连续面。本程序考虑了集中荷载、重力荷载、均布或不均布的作用方向为任意的面荷载、温度荷载,以及它们的各种组合作用。本程序允许各个单元有不同的材料性质。GJP-1程序具有自动划分网格,自动调整网格,和自动校核数据的功能,并提供波前法和分块三角分解解法供用户灵活选用,以便能在中小型计算机上求解比较大型的工程问题。本文列举了几个有理论解的算例,计算结果表明,本程序的计算精度是令人满意的     

三峡永久船闸高边坡开挖三维离散元数值模拟

采用面－面接触的三维离散元刚性块体模型，从实测节现面中取出其中的三组，按照其倾向，倾角和节理间距将三峡永久船闸未开挖的区域划分为10^5个离散单元，通过施加力边界条件，给出了与实测初始地应力场接近的数值模拟结果；然后，分4步模拟了永久船闸的开挖过程。计算结果表明：开挖过程会引起节理面出现张开趋势，个别岩体还会沿着节理面滑移。岩体位移的不对称现象较为自然地说明了由节理引起的岩体各向异性特征。     

含节理岩块单轴受压试验三维离散元数值模拟

采用三维离散元方法,模拟含节理岩块的单轴受压试验。并针对节理空间分布,给出了解析解与数值计算比较的结果,验证了数值模拟的正确性。当节理正交时,离散元与有限元的计算结果一致。计算结果定量地说明了岩体的各向异性和尺寸效应。     

一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法

研究并提出一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法。首先,基于激光扫描数据将节理表面离散成三角网,并建立与剪切方向相关的三维均方根抵抗角的计算方法。其次,运用分形数学理论,提出一种新的基于三维均方根抵抗角的节理面粗糙度分形描述方法。最后,采用新方法对天然玄武岩节理和花岗岩张拉型节理的粗糙特性进行分析。研究结果表明,提出的新方法能够较全面地反映节理面的三维几何形貌信息,并能描述节理粗糙度的各向异性特性。研究成果为进一步建立岩石节理面的三维剪切强度公式和剪切本构理论奠定了基础。     

节理岩体三维偶应力弹性理论

节理的存在使得岩体的力学特性十分复杂。偶应力理论考虑了介质内颗粒尺度的影响，它以具有一定尺度的微元体为研究对象，引进了偶应力及弯曲曲率的概念，从而考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响，可以用来解决岩土工程中的地下洞室底鼓、顶板开裂及反倾向层状岩体的弯曲倾倒等弯曲变形及弯曲破坏问题。本文考虑了节理间距的影响，对节理岩体的空间间题提出了弹性偶应力理论并建立了有限元计算模式，最后通过算例说明用偶应力理论解决上述问题的有效性。     

基于三角元法计算三度体球冠模型的重力异常

提出利用高斯公式将体积分变成包围该积分域的全表面积,应用一系列三角形拟合计算表面,然后通过格林公式把对每个三角形的面积分变成对三角形每边的线积分之和的三角元法来计算三度体球冠模型重力异常,同时给出了合理的计算方案。计算了均匀密度球冠模型和非均匀密度球冠模型在水平地表面的重力异常,得到了2种模型的平面异常图。最后通过选择均匀密度球体作为误差对比的对象进行误差分析,验证了该方法的可行性以及计算结果的可靠性。     

地基不均匀沉降对上部结构影响的三维弹性支承分析法

地基不均匀沉降是导致建筑工程事故的主要原因之一。为了研究地基不均匀沉降对上部结构内力、变形、周期等影响,提出了将地基(或基础)模拟为三维弹性支座的有限元分析方法,将上部结构和地基基础进行整体分析。以深圳市少年宫“水晶石”大厅结构为例,运用有限元软件ANSYS,将三维弹性支承分析法与常用的固定支座法和竖向弹性支承分析法进行了对比分析,验证了三维弹性支承分析法的合理性,从而得出了一些有益的结论,可供设计人员参考。     

节点突起影响格栅加筋性能的离散元研究

为研究筋土界面特性及节点突起对格栅加筋性能的影响,采用三维离散元方法,通过副颗粒的引入从构造上对节点处突起进行了模拟,并对含节点突起的三向土工格栅拉拔过程进行了仿真分析,系统研究了筋-土界面剪胀效应,揭示了宏观强度发展与细观组构演化的内在关联,明确了节点突起对格栅工作性能的改善。研究结果表明,傅里叶系数曲线与拉拔力曲线偏离较大,综合考虑法向接触力幅值与各向异性程度的组构演化系数更能准确反映宏观强度的发展;节点突起调整了纵肋内力分布,允许筋-土间发生较大程度的相对位移,更有助于材料性能的充分发挥。研究成果可为从细观角度优化格栅加筋性能提供参考。     

某特深基坑支护的非线性三维有限元分析

讨论了润扬长江大桥北锚碇基础施工开挖中50 m特深基坑的三维非线性有限元分析,介绍了工程的有关情况,讨论了其计算模型和参数取值,给出主要计算结果并对有关影响因素进行了分析,在此基础上对该基坑支护的设计作出评价,最后结合施工结果讨论了计算分析的可靠性。     

浅层三维横波地震勘探方法研究

通过对横波传播规律及运动形式的数学模型、物理模型及实测数据的研究,发现横波与纵波一样具有三维波场的特性,利用横波的这一特点就可以进行三维横波的野外观测。经大量实际资料表明,利用三维横波资料可以解释埋于地下5~40 m深度范围内的空洞及古巷道,同时能对地层进行精确地分层。      

Analysis of strength and moduli of jointed rocks

This paper deals with two aspects of jointed rock mass behavior, first the finite element modeling of a jointed rock mass as an equivalent continuum, second the comparison of empirical strength criteria of a jointed rock mass. In finite element modeling the jointed rock properties are represented by a set of empirical relationships, which express the properties of the jointed medium as a function of joint factor and the properties of the intact rock. These relationships have been derived from a large set of experimental data of tangent elastic modulus. It is concluded that equivalent continuum analysis gives the best results for both single and multiple jointed rock. The reliability of the analysis depends on the estimation of joint factor, which is a function of the joint orientation, joint frequency and joint strength.Empirical strength criteria for jointed rocks, namely Hoek and Brown, Yudhbir et al., Ramamurthy and Arora, Mohr–Coulomb have been incorporated in a nonlinear finite element analysis of jointed rock using the equivalent continuum approach, to determine the failure stress. The major principal stress at failure, obtained using Ramamurthy's criteria, compares very well with experimental results.     

“深部综合信息矿产资源预测评价”专辑特邀主编寄语

深部综合信息矿产资源预测评价研究是地球系统科学研究中最具有交叉学科性质的领域。随着地表矿、浅部矿、易识别矿的日益减少,地质找矿工作逐步向第二深度空间发展。深部矿产资源三维预测已成为当前成矿预测研究的重点领域,地质学家们经过长期的持续研究,在该领域取得了一系列重大成果与重要认识。《地球学报》集中在2020年第2期刊发15篇文章作为“深部综合信息矿产资源预测评价”专辑,专辑涵盖了三个方向的研究成果:(1)矿产资源三维预测;(2)地质调查与研究;(3)地质、地化数据处理方法等。这些工作主要涉及矿产资源预测评价的两个方面,即预测方法和成矿规律,具体包括深部构造三维重建技术方法、同位素定年及示踪在成矿规律研究中的应用以及地球化学异常信息机器学习提取方法等方面的内容。本文将简要介绍收入本专辑论文的研究工作,对深入研究和认识深部综合信息矿产资源预测评价提供一定参考价值。     

一种基于面模型的巷道三维自动建模方法研究

研究了一种基于面模型的矿山巷道三维自动建模方法。巷道建模分解为网络建模、断面建模、巷道段建模以及空间交汇几个步骤。对建模过程涉及的各算法进行了分析,基采用C++编程实现整个建模过程,并总结了有待进一步研究的问题。     

基于多元Copula函数的引滦水库径流丰枯补偿特性研究

研究引滦水库的天然来水系列之间的丰枯补偿特性,以期优化滦河中下游水库群联合供水的调度及合理配置该区域水资源.通过运用三元Copula联结函数构造了潘家口水库、陡河水库和于桥水库年入库天然径流系列的三维联合分布,然后利用此联合分布计算了这3个水库年天然来水量丰枯遭遇的概率.结果表明,3个水库径流系列的丰枯同步概率高达46.96%,潘家口水库对陡河水库和于桥水库不具补偿能力的概率为30.2%;为保证天津、唐山等地的供水安全,必须加强引滦水库群的优化调度,充分发挥各个引滦水库的调蓄功能,以降低不利丰枯遭遇带来的影响.