有限元分析的位移控制法及其应用

对于非线性问题的有限元分析 ,位移控制法 (DCM)比常用的载荷控制法 (LCM)有着更广泛的应用和更强的适应能力。但因DCM在求解技术上的一些难度 ,限制了其在岩土力学中的应用。本文利用Sherman Morrison定理 ,使得DCM仅需很少的运算量 ,对经典的LCM程序做少量的修补 ,即可造就一个有良好数值特性的DCM程序     

原状全风化花岗岩三轴实验CT监测研究

利用可测孔隙水压力和可控排水条件的土静三轴实验装置和螺旋扫描CT，对香港原状全风化花岗岩进行了三轴固结不排水(CU)实验CT动态监测研究。样品应力-应变曲线和实验前后宏观变化特征显示，在不同围压下样品呈现出剪切破坏和剪切-蠕变破坏的差异。CT图象和CT数的结果表明土体原始结构很不均匀。固结使土体孔隙压缩，样品变密。受土体结构(主要是粗大未全风化的钾长石团斑边缘弱区和残余结构面)和围压条件控制，剪切过程中土体细观损伤呈空洞-裂隙．空洞形式的演化。土体在达到峰值前经历了很长的塑性变形阶段。裂隙损伤由空洞损伤发展而来，并沿最大剪裂面集中发展。残余变形阶段强度呈稳态，CT图象显示主破裂面贯通，其周围有多处空洞损伤。对比实验发现，这种同CT扫描仪配套的新三轴仪给出的应力、应变结果可同常规三轴实验很好地联系起来。该仪器和方法可望为新近提出的土体结构力学研究提供观测与量化分析手段，也可为土体结构细观损伤演化研究构筑基础。     

原状黄土剪缩性测试与理论分析

 为揭示剪切过程中黄土的应力–剪缩规律,在黑方台典型滑坡后壁获取原状试样,开展了饱和黄土的等压固结不排水试验、等压固结排水试验,与非饱和黄土的常含水率试验,探讨了该黄土的应力应变规律和临界状态强度,调查了该黄土的状态参数与剪缩/剪胀行为,并进一步结合经典剪胀方程进行了对比研究。研究结果表明：首先,该饱和黄土在上覆荷载应力范围以内的临界状态线可近似为一条直线,在94～100 kPa基质吸力条件下非饱和黄土的临界状态线也可简化为一条与前者平行的直线;其次,该黄土总体表现为剪缩趋势或剪缩变形,但是受初始孔隙比、初始应力水平影响,该黄土可能表现出剪胀行为;第三,该原状土可用土的状态参数描述,且亦可表现出剪缩–剪胀的相转化行为;第四,剑桥模型的剪胀方程总体上能够反映该黄土的剪缩行为。     

香港大学钻孔过程数字监测仪在土钉加固斜坡工程中的应用

介绍了一台新型的能够自动、客观和连续不断地记录和监测钻孔过程的钻孔过程数字监测仪(DPM)。钻孔过程可由一些随时间变化的钻孔参数来表述,这些参数包括钻杆和钻头的位置、位移和转动,以及钻机对钻头施加的各种动力载荷。此便携式监测仪可快速地安装到钻探机或钻孔机上,并且已经在香港防止山泥倾泻的斜坡加固工程中得到应用。通过实例讨论阐述了在风化岩土斜坡中安装土钉的钻孔过程实测结果。这些实测结果是从香港斜坡防护常用的土钉钻孔过程中得到的。这些实测结果表明钻孔过程参数随时间的动态监测可为工程质量管理和控制以及岩土工程设计和检验提供丰富、有利的真实数据和资料。     

屏蔽区振动放大异常现象的理论分析

屏障隔振是一种常见的工程方法 ,用以阻碍或改变外围振动波向受保护区 (或屏蔽区 )的传播 ,从而减小屏蔽区的地面振动。然而实际观察结果却发现 ,在某些情况下屏蔽区的振动呈放大现象 ,本文对此异常现象进行了理论分析。假设屏障是埋入地下的无限大弹性板 ,研究了该弹性板在受到纵波作用下的振动响应 ,提出了屏障和土体系统共振频率和次生振源新概念 ,给出了简单的共振频率计算公式 ,并分析了Barkan(1948)的试验结果 ,从而对屏蔽区振动放大的异常现象给出满意的解释。     

岩体断裂的破坏机理与计算模拟

受压岩体中的裂纹问题,可以归结为压剪裂拉剪纹两种类型,具体讨论了受压岩体中的斜裂纹问题和翼形裂纹问题,对两种不同理解纹类型的扩展机理进行了分析,给出了应力强度因子的计算方法,最的一以受单向压缩的裂纹扩展为例,说明了具体了计算模拟过程。     

岩爆预测的模糊数学综合评判方法

采用模糊数学综合评判方法，选取影响岩爆的一些主要因素，例如地应力大小、岩石抗压和抗拉强度、岩石弹性能量指数，对岩爆的发生与否及烈度大小进行了预测。针对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析计算，结果与实际情况符合得很好，说明岩爆预测的模糊数学综合评判方法的有效性。     

花岗岩板渐进破坏过程的微观研究

研究了花岗岩板在单轴压缩应力状态下的微观破坏过程。试验主要采用了液压加载台、光学显微镜、同步录象系统以及二次复型技术等。研究发现，花岗岩原开裂是局部发生的，并首先开始于石英颗粒的边界，而这些边界多数位于近轴向。轴向裂纹的发生和发展最终导致样品的劈裂破坏。不同的矿物颗粒表现各自特有的、与其微观结构密切相关的破坏行为。石英在花岗岩的破坏过程中起着极其重要的作用。表面裂纹的分形维数随破坏的发展而持续增加直到样品突然失稳。     

土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响

为研究暴雨诱发滑坡的机理 ,在香港进行了一次大型人工边坡试验。通过检查该边坡坡顶在 2 0 0 1年 6月至 2 0 0 1年 12月期间含水率和吸力与每天及每小时降雨变化曲线 ,及含水率和吸力随深度变化曲线 ,看到在雨季含水率和吸力变化或者“浸湿前锋”移动通常发生在边坡土体以上 3m以内 ,而且 ,在 2 0 0 1年的一次最大暴雨中在边坡土体 1～ 2m之内形成了瞬时地下水位。另外 ,还看到在2 0 0 1年旱季由于蒸发在边坡土体中形成了“干燥前锋”。通过对边坡开挖之前的自然边坡的稳定性分析 ,降雨入渗可以使边坡土体的安全系数急剧降低而蒸发则可以使边坡土体的安全系数缓慢升高。雨季含水率和吸力的浅层变化或者“浸湿前锋”的浅层移动可解释为何香港地区在暴雨期间极易发生浅层滑坡。而旱季由于蒸发形成的“干燥前锋”可说明吸力对非饱和土边坡抗剪强度的提高     

岩爆应力状态研究

通过地下洞室围岩的应力状态分析和真三轴压缩试验,研究了岩爆应力及其在围岩中的极限深度问题。研究结果表明,片状劈裂岩爆是在双轴压缩应力状态作用下在洞壁面上产生;剪切错动型岩爆是在真三轴应力状态下在围岩内部产生;围岩内部存在着生产岩爆的极限深度区,极限深度的深浅取决于应力场中的垂直和水平主应力的比值大小。