含结构面板岩变形特征分析

在三轴压缩实验基础上,研究含一组结构面的板岩在不同湿度与压力下的力学特性及变形规律,利用Hoek-Brown强度准则分析了板岩的破坏特征,建立了相应的岩体强度准则与力学参数求取方法;利用FLAC程序模拟计算了不同埋深条件下板岩岩体中开挖隧洞后洞周变形规律,分析了岩体变形特征.研究结果表明:1)基于Hoek-Brown准则建立了含结构面的板岩岩体强度破坏准则,确定出的不同地质条件下板岩岩体力学强度参数;2)扰动程度对岩体强度参数有较大的影响,且影响程度随着隧洞埋深的增加而增大;3)数值模拟结果显示,西线工程软岩隧洞的围岩变形主要受开挖断面、埋深及物理力学参教等多因素的影响.     

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅰ：深埋洞室地冲击破坏的现场实测分析

为厘清地冲击扰动作用下的深埋洞室破坏机制，建立地冲击毁伤的判别准则，系统总结、分析国内外大当量地下爆炸试验及爆破中的深埋洞室破坏现象及规律。按照距爆心的距离，将爆炸破坏分为地冲击破坏和诱发工程性地震破坏2种。采用经验估计和应力判别2种方法，计算并对比地冲击破坏各分区的边界范围和破坏特征。通过系统总结、分析现有研究，提出岩体的含能特征和构造特征是诱发工程性地震破坏产生的原因。进而从块系介质变形的本质入手，梳理爆炸条件下块系介质变形的基本概念和力学模型，分析比例爆距和激活块体尺度的关系。而后综合现有研究，提出以能量因子为参量的破坏效应分析方法，得到不同爆炸当量下位移的边界范围，并以能量因子为指标参数，实现了从近区到远区、从封闭爆炸到触地爆炸的各破坏区变形的统一表征，为大当量地下爆炸条件下安全范围确定及相关工程防护技术建立奠定了理论基础。     

动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析

阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。分析认为，岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关，而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的，且反映静水胜力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响，并以机械模型为基础，求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。同时，根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型，建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型，进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。最后，采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服摔制材料试验机卜进行了红砂岩中心变率下的动静组合加载破坏试验，对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。结果表明，理论模型与试验结果有较好的一致性。     

轻质泡沫混凝土吸能特性及其压溃流动应力方程

轻质泡沫混凝土是一种拦阻冲出跑道飞机的重要阻滞材料,为了揭示其压缩力学性能及变形破坏机制,利用CSS4410电子万能试验机、Instron Dynatup9250落锤试验机以及VHS 8800高应变率系统,对密度为0.21、0.31 g/cm 3的轻质泡沫混凝土,在压缩速度2×10 -5~12 m/s范围内的力学特征、破坏及变形机理等进行了系统研究,用理论模型对不同压头面积下的挤压强度进行预测,并建立挤压压溃流动应力方程。结果表明：此材料变形、压溃碎化到压实过程中,以压溃前驱界面运动为特征,变形具有显著的局部失稳特性;压缩强度依赖密度和冲击速度;所采用的理论模型可以较准确的预测不同压头面积下的挤压强度;所建立的压溃流动应力方程可以很好的描述材料的压缩挤压力学特性。     

桥梁结构地震作用破坏准则的探讨

针对目前国内外学者提出的众多桥梁结构地震破坏准则进行了综述,并对各种破坏准则的优缺点进行了比较,指出确定一个合理的破坏准则是减轻地震损失最有效的方法,以期最大限度地减小地震损失.     

基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌研究进展

为了进一步研究钢筋混凝土结构抗倒塌性能,全面总结了各国钢筋混凝土结构抗倒塌性能试验研究与理论分析的现状,重点介绍了抗震结构破坏准则在建筑结构抗地震倒塌研究中的应用情况;在归纳总结的基础上,指出了基于破坏准则的钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌研究存在的问题,建议应在构件破坏准则的基础上确定钢筋混凝土框架结构的倒塌准则和损伤评估指标。研究成果为钢筋混凝土结构抗地震倒塌的定量设计及计算分析提供了理论依据。     

单层单跨变截面轻型门式刚架结构振动台试验研究

为研究轻型变截面门式刚架的抗震性能,进行了两个由四榀刚架组成的1/3缩尺模型试件的振动台试验,得到在不同地震工况下试件的动力反应,包括动力特性、加速度反应、位移以及应变反应等,并得到试件的破坏形式。试验分析结果表明:试件破坏形式为柱脚螺栓松动和刚架梁局部屈曲破坏;罕遇地震作用下,结构刚度退化明显、变形较大,塑性发展潜力不大;试件的阻尼比约为0.03。基于变形破坏准则的抗震分析表明:小震作用下,试件基本完好;中等地震作用下,试件发生轻微破坏;罕遇地震作用下,试件发生中度破坏,但远未到倒塌程度。抗震承载力验算表明:底部剪力法算得的地震力大于实际地震反应,表明底部剪力法可以安全地用于门式刚架结构地震力的计算。综上,门式刚架结构具有良好的抗震性能,完全能够满足"三水准"抗震设防准则。     

基于定量地震学的矿山微震活动对开采速率的响应特性研究

 矿山地震活动是矿山开采的岩体动力响应,反映矿山岩体应力、变形和破坏状态。利用冬瓜山铜矿微震监测数据,基于定量地震学原理,采用累积视体积?VA、能量指数EI和累积开挖量?Vm时程曲线分析方法,研究矿山开采速率与微震变形之间的关系;并从能量的储存与释放的角度,结合视体积VA和弹性收敛体积VE,提出将累积地震视体积?VA与累积开采量?Vm之比作为微震活动对开采速率的响应系数(CSR),以表征岩体中能量的储存与释放关系。研究结果表明,矿山开采量对?VA和EI时程曲线特性有明显的影响,矿山开采速率与微震应变率存在对应关系,CSR的变化反映了系统的稳定变化趋势,可以方便地应用于矿山活动的监测分析和作为矿山生产速率控制的指导参数。     

焊接钢结构地震下基于低周疲劳特性的破坏准则的探讨

介绍了结构地震下的几种破坏准则,并归纳了焊接钢结构的两种破坏准则：首超破坏准则和累积损伤破坏准则,给出统一两种破坏准则的基于低周疲劳特性的以等效延性为主要参数的表达式．最后简单介绍了结合破坏准则的焊接钢结构梁柱节点的抗震试验．     

矿山地震活动多重分形特性与地震活动性预测

矿山地震活动可直接揭示矿山岩体活动状态和危险性水平。利用冬瓜山铜矿矿山地震监测数据,采用广义关联积分计算地震震源空间分布的分形维,利用Gutenberg-Richter关系中的b值与地震事件能量分形维关系计算地震能量分形维,并结合开采活动及矿山结构特征,研究矿山地震活动的分形结构特性和时域谱特征。研究结果表明,矿山地震活动具有多重分形特性,它与开采活动及矿山结构特点之间存在相关性;只有当计算空间区域的地震分形结构较均匀时,其分形维才能有效应用于地震活动性预测。这些空间通常对应于采掘类型少和结构单一的空间区域。地震空间分布分形维D∞反映了矿山地震活动状态,其时域谱具有较好的主震前兆特征,可以作为地震预测的参数;D2-D∞时域谱的地震前兆性较差,较难预测主震。     

非连续变形分析(DDA)中断续节理扩展的模拟方法研究和试验验证

在非连续变形分析方法中,可用虚节理表示岩石破坏过程中潜在的破坏路径,因此断续节理中节理面开裂、扩展、贯通过程认为是虚节理(岩桥)向实节理转化的过程,这一过程伴随着虚节理(岩桥)力学性质参数的弱化,且弱化程度受到虚节理向实节理转化程度的影响。因此,利用表征虚节理向实节理转化程度的虚节理连通率对虚节理力学性质参数的弱化规律进行研究,得出力学性质参数弱化函数;在此基础上对Jennings强度准则和最大抗拉强度准则进行处理,提出应用于非连续变形分析计算的断续节理强度形式;最后,将虚节理力学性质参数弱化规律和处理后的断续节理强度表达式运用于非连续变形分析计算程序中,实现对断续节理扩展过程的模拟算法。并通过剪切试验计算结果与室内试验结果的比较,验证该算法的正确性。     

中国大陆中东部Ms≥8.0级特大地震发震背景初步分析

 从构造地貌、地质体特征及其物理力学性质、现今GPS位移场、活动断裂与现代构造应力场和能量场等方面探讨中国大陆中东部部分Ms≥8.0级特大地震发震背景。初步认为,地震是地壳局部或区域活动的表现,诱发地震的主因来自地球内部地应力、能量聚集和瞬间释放;发生地震的部位一般是地壳构造活动带或地壳结构的薄弱带,诸如活动断裂带等;活动断裂在发展演化过程中,当其穿过构造地貌、刚性结晶基底等特殊地质环境时,其活动受阻,引起地应力和能量集中。当地应力和能量积累超过岩体(石)强度,导致岩体(石)破裂,诱发地震;活动构造、地质体特征及其物理力学性质是地震发生的必要条件,地应力和能量集中是地震发生的充分条件。最后,提出中国大陆中东部中长期需重点关注的区带及工作建议。     

Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述

1980年E. Hoek和E. T. Brown提出了Hoek-Brown(H-B)强度准则,已充分得到岩石力学与工程研究者的认同,并进行研究和应用。首先系统地阐述H-B强度准则研究进展：E. Hoek和E. T. Brown对H-B强度准则的研究成果、三维H-B强度准则、H-B强度准则岩石和岩体参数研究、考虑层状节理的H-B强度准则及其参数的各向异性研究。再对过去30 a国内外基于H-B强度准则工程应用的成果进行总结。最后对笔者所开展的H-B强度准则最新研究工作进行介绍：提出一种真正意义上的广义三维H-B强度准则,并采用3种Lode角函数进行屈服面修正,使其可以直接应用于后续本构模型建立和数值软件嵌入;采用三维颗粒流模型进行微观数值建模,对H-B强度准则岩石和岩体参数开展微观研究并建立多尺度联系,为参数的确定提供更加可靠的依据。     

断续节理直剪试验与PFC2D数值模拟分析

 在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。     

基于广义Hoek-Brown破坏准则的边坡临界滑动场

 针对岩体介质非线性破坏特点,采取国际广泛接受应用的建立在地质强度指标(GSI)法基础上的Hoek-Brown屈服准则,建立基于广义Hoek-Brown破坏准则的边坡临界滑动场计算的新方法。首先,根据Hoek-Brown准则确定岩体强度参数;然后,将Hoek-Brown准则不同法向应力水平上的剪切强度逐点等效到Mohr-Coulomb强度线上,用等效内摩擦角和等效黏聚力的Mohr-Coulomb准则代替Hoek-Brown准则;最后,将基于Mohr-Coulomb破坏准则的边坡临界滑动场计算方法进行改进,建立新的迭代方法,获得边坡在满足力与力矩平衡条件下的整体和局部临界滑动面和相应的安全系数。将该方法应用于2个算例和一工程实例边坡的稳定性分析,计算结果表明,该方法既继承了临界滑动场方法快速、准确找到边坡整体局部临界滑动面的优点,又能考虑岩质边坡非线性破坏的特点,更加符合工程实际。     

单轴压缩条件下砂岩破坏全过程电阻率与声发射响应特征及损伤演化

 为了全面、客观地描述单轴压缩条件下砂岩损伤破坏过程和状态,提出利用电阻率和声发射技术对砂岩岩样单轴压缩全过程进行联合测试的试验方法。针对30个砂岩岩样单轴压缩全过程中的电阻率和声发射响应特征进行试验研究。研究表明,电阻率和声发射的响应信息有很强的规律性和互补性：在压密阶段、弹性变形阶段和塑性变形阶段,电阻率信息对岩样内部裂隙萌生和发展活动的响应更为敏感,而声发射信号较微弱;岩样破裂瞬间,电阻率和声发射都突然升高,二者相比,声发射的同步性更好,敏感程度更高;岩样破坏完成后,电阻率仍有不同程度的变化,最终趋于稳定,而声发射又恢复到较低的水平。同时,推导基于电阻率表征的岩样损伤变量的解析表达,并根据其与声发射表征的损伤变量之间的互补性,定义一综合损伤变量,得到典型岩样的损伤演化方程,提出岩样损伤破坏状态的判别标准和破坏前兆特征。通过理论与实际试验全应力–应变曲线的对比发现,综合损伤变量能够更全面、客观地反映和描述受载岩样的损伤演化过程。     

断层滑动准则和稳定性评价及构造应力场的反演

 为研究矿震、突出等动力现象与断层滑动、开采深度的关系,首先在试验室进行砂岩双剪摩擦试验,从工程角度出发,确定砂岩的滑动准则。其次为研究地下岩体的稳定性,确定构造应力场的分布,针对地下岩体的赋存特点,在分析实测应力分布特点的基础上,通过地质动力区划方法建立地质构造模型,采用有限元法反演复杂断层扰动下的构造应力场,计算结果与矿区震源面制分析结果以及原岩应力测量结果取得较好的一致性。计算的高应力区域中心位置位于I级断裂的不连续地带,与地下地震多发地带相对应,说明构造应力是矿区地震的主要成因。研究表明,断裂面的失稳滑动是北票矿区地震的主要机制,构造应力的存在是矿震发生的必要条件,而矿区开采则是发震的诱导因素,北票断裂对区域其他次级断裂及其构造应力区起主导和控制作用,是北票矿区动力现象的动力源。     

剪切过程中岩石裂隙的渗流与 应力–应变耦合分析

 首先，考虑不同法向应力，建立岩石裂隙剪切应力和剪切变形的关系，其中对裂隙的弹性矩阵进行修正，并用三段函数关系分别描述岩石裂隙剪应力与剪切变形的3个阶段：剪缩阶段，剪胀至峰值阶段以及残余抗剪强度阶段。然后，结合三阶段裂隙剪切变形与其开度的关系，应用复合单元法，建立剪切过程中岩石裂隙渗流与应力–应变的耦合机制，研究裂隙的剪切变形、开度、导水系数、渗流场和应力场的变化与相互关系。算例分析表明：当裂隙中“充填介质”的力学参数保持不变时，通过裂隙的流速也基本保持不变，不随剪切变形以及法向应力的变化而改变，但由于裂隙开度的变化，故通过裂隙的单宽流量也随之改变；法向应力越小，裂隙的剪胀效应越大，且岩石裂隙的剪切变形对通过裂隙的单宽流量的影响也越大。     

非贯通节理Jennings强度准则的岩桥弱化和节理面起伏角修正

 通过对具有不同粗糙程度(以节理面起伏角表示)的共面非贯通人工节理进行不同法向应力水平下的直剪试验,研究节理面起伏角对非贯通节理剪切强度的影响,分析在剪切过程中岩桥力学参数的弱化机制。现有Jennings准则将岩桥视为完整岩块,计算所得的剪切强度与直剪试验结果存在较大偏差。在试验结果的基础上,考虑剪切过程中岩桥力学参数的弱化和节理面起伏角的影响,对Jennings准则进行修正。将修正Jennings准则计算的非贯通节理剪切强度结果与直剪试验结果对比,结果表明：修正Jennings准则的计算结果与试验结果吻合较好,能较好地预测具有规则起伏角的非贯通节理剪切强度。     

对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用

阐述了岩体力学参数研究的工程意义，介绍了国内外常用的几种岩体力学参数的确定方法，指出了Hoek-Brown强度准则和有关改进公式中存在的不足，建立了可以考虑岩体受扰动程度的修正系数Km,Ks，给出了Hoek-Brown强度准则的改进公式。修正系数Km,Ks由完整性系数Kv来表征，既能反映岩体受扰动程度，又方便获取，克服了Hoek-Brown公式和前人改进公式的不足。提出的改进公式，能够更好地确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数。以厂坝铅锌矿岩体力学参数研究为例，分别用提出的改进公式和其他几种方法进行计算，结果表明，所提出的改进公式在确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际情况更为接近。在对比研究的基础上，进一步说明了提出的改进公式的合理性。