节理岩体圆形洞室岩爆过程的离散元分析与模拟

采用刚体离散单元法对节理岩体圆形洞室的岩爆过程进行了数值分析与模拟,并与有限元的数值分析结果,岩爆现场实测结果结果进行比较,相当一致。说明采用离散单元法对节理岩体洞室岩爆过程进行数值分析和数值模拟是可行的。     

稳定性动力准则的圆形洞室岩爆分析

本文根据一般稳定性理论,提出了洞室岩爆发生的扰动响应判别准则,得到了发生岩爆的洞室临界塑性区深度及临界作用应力。认为洞室失稳是其本身结构固有的性质,只要外界应力达到临界值,洞室就可能在扰动下失稳,并指出岩石弹性模量E和峰值后降模量λ之比E/λ是决定洞室稳定性的重要参数。     

考虑岩石脆—塑性过渡特性的地下洞室受力分析

本文讨论了岩石脆—塑性过渡特性。采用川本眺万的岩石应力—应变关系曲线的理想化假设,建立了新的强度准则。在适当的假设条件下,导出了考虑该特性的圆型洞室应力状态计算公式,计算分析表明:围岩有软—弹、残—软—弹、残—塑—弹三种应力状态。     

地下圆形洞室塑性回填效应的解析

本文对洞壁和衬砌间采用塑性材料回填的地下圆形隧道,由莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)屈服准则,求得岩体、塑性回填材料与衬砌的内力及位移场的解析解。由某工程的计算值与实测值的符合程度表明,采用某种低模量的回填材料回填的方法,可以有效地减少衬砌的应力与位移。说明在一定条件下,这是一种有前途的工程措施。     

坚硬脆性岩体中圆形洞室岩爆破坏的平面应变模型试验研究

为了探讨圆形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机制,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了尺寸为800mm×800mm×200mm(长×宽×厚)、中心为φ160mm的圆形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行平面应变物理模型试验。试验结果表明:在保持物理模型试件水平荷载与垂直荷载相等并同步提高过程中,围岩由弹性状态进入塑性状态,σθ-(r/r0)曲线表现峰值后移,σr-(r/r0)曲线形状变化不明显。当对物理模型试件同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为600kN时,洞壁出现葱皮状剥落。同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为630kN时,围岩在极短的时间与极窄的加载区间内围绕洞壁出现大规模突发性破坏,继续同步施加Ph与Pv,在相对较长时间与荷载区间内,围岩应力调整,出现相对稳定期。     

非圆形洞室应力监测反馈分析的复变函数方法

在地下工程设计中，横截面上二维初始应力场是地下洞室稳定性分析的重要依据，必须首先需要解决的问题之一。初始应力场一般通过现场试验来测定，但费工费时而且往往很难得到理想效果。在洞室开挖时，利用现场监测资料进行反馈计算能得到较理想的初始应力场。20世纪80年代后提出了多种位移反分析方法，用少数的实测数据分析洞室稳定性，获得较为满意的结果，已得到广泛应用。但应力监测的反馈分析仍鲜为人知。采用穆斯海里什维里弹性平面问题的复变函数解法的基本原理，对非圆形地下洞室应力反馈分析进行了探讨，相应地推导了一系列公式。对映射函数的推求采用实际边界上几个控制点的限定方法，简捷又方便。     

基于增量动力分析的大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估

 基于现有研究成果,将增量动力分析引入大型地下洞室群地震动力稳定性评价领域,形成大型地下洞室群的性能化地震动力稳定性评价方法。首先讨论基于PEER-NGA数据库的强震记录选取方法,根据具体工程的地震地质特性针对性地搜索合适的强震记录,为开展增量动力分析提供最优的输入地震动。然后讨论适用于大型地下洞室群的结构损伤性能参数、地震强度因子的选取,为增量动力分析提供合适的地震强度指标和抗震性能表征。继而立足于现有规范,形成了适用于大型地下洞室群性能化地震动力稳定性评估的2级地震动水平和2级抗震性能水平。最后采用本文的方法及步骤对大岗山水电工程地下洞室群进行地震动力稳定性评估。结果表明,该方法较好地考虑了地震动的随机性,给出洞室群的抗震性能,并可进一步对地震动力稳定性进行概率分析,为大型地下洞室群地震动力灾变失稳提供准则。     

考虑地震动行波效应的大型岩体地下洞室动力非线性反应分析

水电站地下厂房岩体洞室具有高边墙、大跨度和长轴线的特点.通过进行大量的数值模拟工作,研究这类长轴线(线长度为300～400 m)大型岩体地下洞室在不同地震动幅值的一致激励和行波激励作用下的动力非线性响应.数值计算中,洞室岩体采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑几何大变形非线性效应.对比分析一致与非一致2种地震动输入情况下该岩体洞室的动力响应.研究结果表明,对于具有同一频谱特性的地震动而言,地震动幅值对于地下洞室地震响应起决定性作用;当地震动幅值较小时(地震动幅值＜0.1 g),地震动行波效应对地下洞室的地震反应影响不大;当地震动幅值较大时(地震动幅值＞0.2 g),地震动行波效应会显著增加地下洞室的损伤破坏.因此,在进行类似的地下岩体洞室设计和地震动安全评价时,对于建在烈度较低区域的岩体地下洞室,可以不考虑地震动行波效应的影响,而对于建在烈度较高区域的岩体地下洞室,则应考虑地震动行波效应的影响.     

地下洞室群围岩稳定性分析及其结果的可视化

大型地下洞室群的稳定性是地下水电站面临的一个关键问题,三维非线性有限元方法常常用于评价地下洞室群的稳定性。介绍了有限元方法用于评价地下洞室群稳定性的基本方法,包括岩体本构模型的选择、非线性迭代方法、围岩失效准则、围岩稳定性评价指标以及锚杆和锚索等支护结构的模拟方法。为了实现计算结果的可视化,基于面向对象思想开发用于地下洞室群围岩稳定性分析的可视化软件系统。该软件能够方便绘制各物理量的空间等值线和空间矢量图形,并能显示结构变形以及失效破坏区的分布。除此之外,该软件还可以显示包括锚杆和锚索在内的锚固结构的空间图形和应力情况。最后,采用提出的计算方法和开发的可视化软件进行了工程实例分析。结果显示,提出的计算方法是合理有效的,所开发的可视化软件在计算结果的评价方面显示强大的功能。     

超挖对地下洞室稳定性的影响分析

用数值分析的方法,采用Ansys10.0版有限元分析程序对洞室超挖进行三维模拟计算,分析了不同超挖位置、超挖深度、超挖数量等对洞室围岩稳定性的影响,得出了超挖部位应力集中数值解及塑性区产生的影响范围,为地下工程掘进施工和初期支护设计提供重要的参考依据.     

基于工程岩体起裂判据的岩爆破坏区研究

随着深部地下工程的兴建,岩爆发生的概率大大增加,工程建设中常遇到的岩爆类型为应变型岩爆,确定岩爆破坏区范围和深度对地下工程支护设计和施工安全有着重要的指导意义。本文根据秦岭终南山混合片麻岩单轴压缩变形实验结果,采用裂纹体积应变法和侧向应变响应法,得到混合片麻岩的裂纹起裂应力。在分析混合片麻岩的起裂机制基础上,建立了基于裂纹起裂应力的工程岩体起裂判据,并根据围岩二次应力Kirsch计算公式,采用弹性理论推导了岩爆破坏区范围和深度的计算公式。岩爆破坏区的计算结果与秦岭终南山公路隧道2号通风竖井实际情况有很好的一致性,对类似地下工程有一定参考价值。     

预应力索圆拱结构的稳定分析

介绍了预应力索圆拱结构的稳定分析,从圆拱和预应力索的应变值出发,求出两者的应变能。假定拱轴长度不变,得到拱的位移函数,由驻值原理,可求得预应力索圆拱的欧拉临界荷载。算例分析表明,方法简便,概念清楚,可供结构设计参考。     

土坡稳定的非线性极限分析

本文在非线性破坏准则下应用上限极限分析法研究土坡稳定问题,将上限分析法和极限平衡法相结合得到一个最小的上限解。分析中还引入地震系数,用以研究地震条件下的土坡稳定.求解时采用较为简便的逆解法,分析结果以坡度系数的形式表示土坡临界高度。本文分析了强度参数和地震系数对土坡稳定的影响,分析结果与文献中报导的数量不多的离心模型试验结果相比,较为接近。     

二次抛物线破坏准则下的黄土边坡稳定性分析

近些年来,极限分析理论在边坡稳定性分析中应用广泛。笔者首先以上限定理为基础,并基于二次抛物线破坏准则,采用外切线法引入了非线性强度参数c_t、φ_t;其次,考虑黄土抗拉强度较小,易出现拉裂缝的特性,推导出裂隙—直线型与对数螺旋线型破坏模式下黄土边坡极限高度与稳定系数的公式;最后,通过SQP(序列二次规划算法)法对陕北均质黄土边坡进行塑性极限分析,并与工程中常用的极限平衡法进行比较。结果表明了该方法的正确性以及在非线性取值方面的优越性。     

圆弧形拱式跨越管道的动力特性分析

本文对圆弧形拱式跨越管道进行模态分析,采用附加质量法和流体单元两种不同的方法来模拟管道内液体,分析流固耦合效应对管道动力特性的影响,并比较了两种方法的异同。同时还分析了矢高、直径、管壁厚、跨度等参数对管道自振频率的影响。本文得到的结果,能为圆弧形拱式跨越管道的设计和计算提供参考。     

圆形基坑围护结构稳定性分析

圆形基坑有明显的空间效应,但目前的抗倾覆稳定安全系数计算公式不能考虑圆形基坑的空间效应.推导了圆形基坑的抗倾覆稳定安全系数计算公式,该公式在基坑直径无限大时可以退化为规范推荐公式.以参考文献中模型试验及数值分析结果为基础计算的圆形基坑变形与抗倾覆稳定安全系数关系说明该公式有一定合理性.应用该计算方法分析了圆形基坑直径对...     

基于圆弧法的复合地基稳定性分析新方法

现实工程中在对复合地基的稳定性进行计算分析时常采用圆弧法,但该方法计算复杂,且圆弧条分得不同也会导致计算结果的不同,误差较大。因此结合实际工程中复合地基的滑动面,将公路复合地基的破坏滑动面简化为圆弧面和近似直线面相结合的复合滑动面,再利用积分公式推导出其稳定性系数公式,最后通过计算机编制程序,快速且精确地得出计算结果。通过实例对圆弧法与新方法进行对比分析,结果表明:新方法提出的计算模型及公式更加接近实际情况,计算过程简单、系统性强,且便于工程人员操作。     

地下硐室岩爆的相似材料模拟试验研究

提出了模拟岩爆的新的相似系数Ｅ／λ。指出不同Ｅ／λ的材料，可模拟不同类型、不同震级的岩爆。研制出了模拟岩爆的系列脆性破坏材料，可应用于不同模拟比例、不同类型和不同震级的岩爆模拟试验。对圆形硐室的岩爆进行了模拟试验研究，证明所研制的相似材料可行，试验还证明存在岩爆发生的临界荷载，并验证了理论分析的结果     

武汉某体育馆大跨度圆钢管拱桁架结构稳定性分析

武汉某体育馆屋盖采用圆钢管拱桁架结构,单榀拱桁架的截面形式为倒三角形,两端支承于立体钢桁架上,该结构的整体稳定性足设计的重点.考虑完善及带缺陷结构两种情况,对单榀及多榀拱桁架子结构进行线性屈曲、几何非线性稳定及弹塑性非线性稳定分析,得到了临界荷载与位移的关系曲线.分析结果表明,初始缺陷及几何非线性对该结构的稳定承载力影响不明显,而材料非线性的影响显著,加强平面外支撑对于提高结构的整体稳定性具有重要作用.     

基于改进动态规划算法的堆积体边坡稳定性分析

引入图论的概念,将堆积体边坡稳定性分析中搜索最危险滑动面及计算安全系数问题转化为图论中求最短路问题。对动态规划算法进行改进,给出改进动态规划算法的基本方程,利用改进动态规划算法解决图论中求最短路问题,建立基于改进动态规划算法的极限平衡有限元方法。通过一个算例对该方法进行验证,计算结果与推荐答案基本一致,说明该方法适用于堆积体边坡稳定性分析。将该方法用于溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体边坡稳定性分析,研究表明,计算得到的最危险滑动面和安全系数与极限平衡法的计算结果基本一致,工程应用效果良好。