单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证

基于应变软化理论,模拟岩石加载应力时出现局部化韧性剪切带到发育褶劈理的过程,从而验证最大有效力矩准则的有效性。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和应力加载速率,采用FLAC3D软件,对岩石试样在单轴轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟,应变软化后得到的共轭剪切应变集中带共轭夹角为107.7°,论证了最大有效力矩准则的109°规律,同时也合理解释了横切面的剪切应变等值线的随机性表现。     

混凝土应变软化与局部化的数值模拟

在细观层次上将混凝土看作是一种由粗骨料、砂浆和它们间的粘结带组成的三相复合材料,根据蒙特卡罗随机抽样原理,在计算机上随机生成了碎石骨料的混凝土随机骨料结构,建立了正交各向异性损伤本构方程,提出了适合细观有限元分析的强度与韧性综合破坏准则以及优先开裂原理,利用中模型和方法,数值模拟了混凝土单轴受拉试件的细观破坏过程,逼真地阐明了名的应变软化与局部化现象,说明了混凝土细观有限元分析是一种研究混凝土基本特性的行之有效的数值分析方法。     

最大有效力矩准则的理论与实践

共轭断裂面对σ₁一侧为锐角(一般小于60°),而共轭变形带面对σ₁一侧为钝角(一般为110°)。锐角可用力学的摩尔-库仑准则解释,钝角则可用最近提出的最大有效力矩准则予以说明。最大有效力矩准则的数学表达式为M_eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsinα。式中, σ₁-σ₃ 代表变形岩石的屈服强度, L为单位长度, σ为σ₁与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ₁轴左右54.7°方向。55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的观测值全部在该区间内。该准则在实践中可解释膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等地质构造的形成,可藉以确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并说明推覆构造与伸展构造间的运动学和动力学关系以及深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。     

新世纪构造地质学与力学的新理论--最大有效力矩准则

最大有效力矩准则是构造地质学和力学领域中的一个新理论.最大力矩位于主压应力轴的土50°方向,控制强各向异性介质中褶劈理和塑性介质中韧性剪切带的形成.55±10°区间无显著力矩降,构成共轭膝褶带和伸展褶劈理形成的有利区间.该区间囊括现有天然和实验膝褶带和伸展褶劈理的全部数据,证明最大有效力矩准则的有效性.最大有效力矩准则对许多长期以来难以解释的天然变形构造给出了合理的理论解释:(1)褶劈理的形成;(2)大型低角正断层和高角逆冲断层的成因;(3)地震反射剖面中鳄鱼嘴构造提供一新的解释;(4)变质结晶基底的基本构造型式-菱网状韧性剪切带的形成;(5)可藉以确定主应力方向和相关的运动学涡度.在地质学研究中,广泛运用摩尔-库伦准则解释断裂构造,然而,该准则不能对自然界广泛存在的低角正断层、高角逆冲断层和各向异性或塑性介质中许多构造作出合理的解释.而最大有效力矩准则可给予合理的说明,它的提出是对构造地质学和力学基础理论的重要补充.     

基于Z-P准则的煤巷围岩稳定性数值模拟研究

通过FLAC3D所提供的二次开发程序接口,利用VC++6.0程序语言编写了Z-P准则的计算程序,成功实现Z-P准则的FLAC3D二次开发。采用开发的Z-P准则和FLAC3D内置的M-C准则对木城涧煤矿二槽煤层锚固支护巷道进行数值模拟,并对巷道围岩的塑性破坏区、位移及应力分布规律进行对比分析。结果表明:Z-P准则计算的塑性破坏区、位移比M-C准则的计算结果偏小,应力比M-C准则偏大,但应力集中现象相对不明显,总体分布规律基本一致。将模拟结果与现场钻孔探测数据进行对比可知,Z-P准则计算的结果更接近现场实际。     

爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution, DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法. 该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识. 龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.