非线性Cosserat扩展模型及在地下岩体工程中的应用

由于Cosserat连续介质应力、应变张量的非对称性,经典的Mohr-Coulomb强度准则在Cosserat连续介质中不可直接应用,故需推导宜于Cosserat连续介质弹塑性有限元分析的Mohr-Coulomb强度准则,并将其应用于互层岩体Cosserat扩展本构模型。基于等向强化模型和增量型的塑性势理论,利用MATLAB平台分别编写Cosserat连续介质及经典连续介质的有限元程序,并对在互层岩体中开挖的洞室进行了变形分析。结果表明,对应力梯度不可忽略、弯曲效应比较明显的结构体,Cosserat介质法不仅计算更简便,而且有更好的适用性。     

两组正交节理岩体的Cosserat等效模型研究

基于一般Cosserat介质理论,针对具有两组正交节理的岩体,对其单元体进行了分析,导出了描述节理岩体力学行为的等效模型,并给出了平面问题的有限元模型.该模型可以考虑岩体特征尺度的影响.自编相应程序,采用等效模型进行了沉降有限元分析,结果表明,该模型可以模拟具有两组正交节理岩体的力学行为.     

岩体的广义弹粘塑性块体理论

本文提出了岩体的弹粘塑性块体理论的广义表达方法，利用所提理论编制了计算机程序，并通过算例与有限元法进行了对照．     

加锚节理岩体的弹—粘塑性有限元计算

本文分析了锚杆对节理岩体的作用机制，探讨了加锚节理面抗拉、抗剪性能的改善，导出了加锚节理岩体的本构方程，在分析锚杆，节理，岩块联合工作的基础上，编制了三维非线性有限元程序，为锚杆的工程应用提供了一个分析的途径。     

加锚节理岩体的弹～粘塑性有限元计算

本文分析了锚杆对节理岩体的作用机制，探讨了加锚节理面抗拉、抗剪性能的改善，导出了加锚节理岩体的本构方程，分析了锚杆，节理，岩块联合工作的基础上，编制了三维非线性有限元程序，为锚杆的工程应用提供了一个分析的途径。     

岩体的广义弹粘塑体块体理论

本文提出了岩体的弹粘塑性块体理论的广义表达方法，利用所提理论编制了计算机程序，并通过算例与有限元法进行了对照。     

考虑偶应力影响的双组节理岩体等效模型

考虑到岩体中节理存在的影响,针对具有两组斜交节理的岩体,通过对代表单元的分析,得到了基于一般 Cosserat 介质理论的等效模型,该模型可以退化到岩体具有两组正交节理或一组节理的情形。将上述模型以自编程序实现,对节理岩体沉降进行了数值模拟,同时采用增设节理单元法进行了对比分析,两者具有较好的一致性,最后讨论了两组节理不同斜交角度的影响,计算结果表明等效模型合理有效。     

层状岩体的破坏特征及其迭代计算方法

层状岩体的物理力学特性沿层面和层面法向各异,为明显的各向异性,其破坏形式和破坏机理与一般岩体也不同。本文根据层状岩体的物理力学性质分析了其破坏特性及其迭代计算方法,推导了损伤状态应力表达式和损伤刚度修正表达式,改进了三维非线性层状各向异性弹塑性损伤有限元数值计算方法并运用于工程实例中。计算分析了岩层倾角对洞室围岩稳定的影响,对各种岩层倾角方案的位移、破坏体积、破坏类型和能量耗散等指标进行对比分析和综合评价,结合工程经验,得出层状岩体中地下洞室的合理布置方式。分析结果与工程实际相吻合。     

节理单元弹粘塑性本构模型及其应用

文章针对混凝土面板堆石坝中面板和垫层间接触面上的变形机理与受力状态,提出了有厚度的节理单元,并建立了三维弹粘塑性接触面本构关系,它能够更加精确的模拟出接触面的张开、闭合和滑移等接触状态。还据此编制了有限元计算程序,利用此程序分析了一个具体工程实例,验证了该模型的合理性。     

层状岩体的破坏特征及其迭代计算方法研究

层状岩体沿层面和层面法向方向的物理力学特性各异，为明显的各向异性，其破坏形式和破坏机理与一般岩体也不同。根据层状岩体的物理力学性质分析了其破坏特性及其迭代计算方法，推导了损伤状态应力表达式和损伤刚度修正表达式。采用三维非线性弹塑性损伤有限元数值计算方法，通过工程实例分析了岩层倾角对洞室围岩稳定的影响。通过对各种岩层倾角方案的计算和比较，结合工程经验，得出层状岩体中地下洞室的合理布置方式。分析结果与工程实际相吻合，本文的研究为层状岩体中的工程设计提供了比较可靠的理论基础和有益参考。     

大柳树松动岩体特征及工程特性

根据大量勘测试验资料，通过详细的现场调查复核和测试工作，分析汇总了大柳树坝址区主要勘探平硐、钻孔及试验资料，对大柳树坝址松动岩体特征及工程地质特性进行了简单总结归纳。     

粗粒料非线性模型(hhu-KG)的有限元实现及工程应用

介绍了一种可以考虑剪胀效应、中主应力影响以及强度非线性的粗粒料非线性模型(hhu-KG模型)。在次弹性理论的基础上将其扩展为一般应力空间中的应力应变关系,并基于土石坝静动力流固耦合可视化分析软件平台开发了该模型的有限元计算程序。采用该模型和邓肯E-B模型对某面板堆石坝进行了三维有限元数值模拟,并对两种模型的模拟结果进行了对比分析。结果显示,相较于邓肯E-B模型,hhu-KG模型计算所得到的最大沉降值与最大面板挠度值略小,而最大顺河向位移值略大,但是两种模型计算所得的坝体与面板变形分布规律大致相同,且符合工程的一般规律,验证了基于次弹性理论推导的刚度系数矩阵的合理性,同时也说明了hhu-KG模型在土石坝静力有限元分析中的适用性。研究成果为粗颗粒土在土石坝的应用提供参考。     

软土坝基塑流区的非线性有限元分析

由于坝体与坝基的相互作用(变位协调一致)和坝体中的土拱作用,使坝基所受的荷载既不同于梯形荷载,也不同于三角形荷载。本文在考虑坝基土自重作用下,用非线性有限元法分析了堤坝软土地基的塑流区开展规律。     

裂隙岩体有效应力及其工程意义

本文简要介绍了有效应力概念。在线弹性条件和等效应变的假定下,推导出饱水均质各向异性材料有效应力的一般表达式,给出了横观各向同性和正交各向异性两类材料有效应力的计算公式,指出在这两类材料中孔隙水压力具有偏应力效应,有效应力和孔隙压力呈非线性关系。探讨了裂隙岩体有效应力对岩体强度的制约机制,简要论述了各向异性岩体有效应力原理的工程意义。     

优势结构面理论在岩土工程中的应用

本文介绍了优势结构面理论的发展和在岩土工程中的应用。其应用范围包括岩土工程区域稳定性问题、岩体结构面力学参数问题、岩体质量问题、岩体地基沉降变形问题、土体中的宏观优势结构面问题和岩土工程加固问题等。实践证明：优势结构面控制和评价区域稳定性有6种基于优势结构面理论的新方法；当测试结构面的力学参数时，应测优势结构面上的力学参数，同时要考虑围压效应；在评价岩体质量时，应加大优势结构面上岩体质量的权重值；在相同应力条件下，考虑优势结构面效应时，计算的地基变形量比不考虑优势面效应时要大，说明优势结构面对地基变形有明显影响；工程加固中要抓住优势结构面这一关键因素。     

成层土中静力触探锥头阻力分析

为了解决成层土静力触探锥头阻力沿深度变化的问题,在经典球孔扩张理论的基础上,给出了考虑土体剪胀性、不同土层参数影响的同心分层球孔扩张解答。通过比较同心分层与水平分层土体球孔扩张压力变化规律的相关性,提出当探头位于土层分界面时,周围土体的变形可视为在另一种均质土中的球孔扩张,得到了锥头阻力沿深度变化的估算方法。结果表明:该方法与现有几种方法相比更为直观、精确;双层土情况下的估算值与模拟值较为接近,而夹层土情况下估算值与模拟值存在一定的误差。     

非饱和土简化固结理论及其应用

在孔隙气的排气率等于常量的假设下，建议了非饱和土的简化固结理论，并应用于裂缝黏土中雨水入渗过程的数值模拟，得出了合理的计算结果。     

坝身孔口群应力分析的子结构单元法

采用子结构单元法分析了溪洛渡双曲拱坝在坝身无孔、表孔＋深孔和表孔（二孔）＋中孔＋深孔三种工况下的坝身应力。研究表明，采用子结构单元模拟孔口，可以显著加密孔口局部区域网格，精确计入坝身刚度削弱及孔口应力集中，并且具有开口位置、尺寸及数量任意的特点，使用灵活方便     

溪洛渡拱坝泄水深孔应力分析

溪洛渡双曲拱坝坝身共布置7个表孔,8个深孔,以及10个导流底孔。其中深孔孔口尺寸为6m×6．7m,泄水水头高105m,深孔出口处闸墩最大悬臂长达24．87m,闸墩最小厚度为3．5m,支撑大梁尺寸为8．0m×7．0m×5．0m（长×宽×高）,另外出口处弧门推力巨大,单孔弧门推力最高达82857kN,其应力应变状态极为复杂。采用三维有限元法对溪洛渡拱坝建立精细整体模型,对深孔部位进行应力分析研究。分析表明：溪洛渡拱坝闸墩预应力吨位和布置合理,表现在深孔孔口应力在进口段、孔身以及出口段可以满足设计应力要求;对于工况三（正常蓄水＋温降＋弧门挡水）大坝运行时,支铰大梁和闸墩下游端部出现拉应力最大极值,拉应力分别为3．0MPa和2．6MPa,但是分布范围有限,可以通过适当配筋满足设计要求。另外,文中还与二滩拱坝中孔孔口应力进行了类比分析,结果表明溪洛渡深孔孔口应力与二滩中孔类似,孔口角缘压应力存在偏压现象,但由于溪洛渡拱坝孔口周围温降荷载小,使得溪洛渡孔口内壁拉应力极值小于二滩。