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摘要:讨论岩石流变力学及其工程应用研究近年来的若干进展,主要内容包括:对岩石工程流变学问题的综述性介绍、软岩和节理裂隙发育岩体的流变试验研究、流变模型辨识与参数估计、流变力学手段在收敛约束法及隧道结构设计优化中的应用、高地应力隧洞围岩非线性流变及其对洞室衬护的力学效应,以及岩石流变损伤与断裂研究。此外,还对土力学与土工流变方面的一些进展作了简要介绍,并就今后岩土工程流变研究的展望阐述了一点认识。
摘要:湖南省澧水流域娄水的江垭水利枢纽工程,大坝坝高131m,建在一区域性江垭大向斜的西北翼部,坝基下伏有厚层的承压热水含水层。水库于1998年蓄水以后,出现大坝和山体抬升变形现象,至2001年2月两岸山体最大抬升值达21.8 mm,一般为15~10mm;廊道中抬升最大值达34.5mm,平均31mm。根据系统的监测资料,对抬升成因提出空隙水压力增高卸荷回弹扩容机制,随后在MTS刚性压力试验机上开展了岩石力学模拟试验;结合大坝所处的特殊地质条件和监测数据,提出适合于江垭大坝抬升成因的向斜滑脱机制模式,并于2001年7月对发展趋势作出判断,认为在水位变动中,下伏基础总的趋势向卸荷方向发展,升降的变幅将逐渐缩小,整体趋向稳定。大坝的监测延续至今,监测资料证实了当年的判断和预测,大坝安全运行。
摘要:利用复合单元技术考虑应变局部化带的影响,提出一种新的追踪应变局部化带发展的算法。通过直接降低材料参数来体现应变局部化带内软化的影响,对所有可能发生的应变局部化带的位置和方向进行记录与模拟;借用节理裂隙的统计方法拟合局部化带,得到破坏通道;然后重新对该破坏通道和原有网格信息进行复合单元的拓扑信息生成,并在此基础上重新进行计算,对局部化带发展追踪过程进行复核。该算法不要求追踪路径的连续性,并可充分考虑各局部化带间的相互影响。边坡算例证实所提出方法的可行性和可靠性,宝珠寺大坝的数值计算与模型试验的对比分析则说明提出的方法已具备解决实际工程问题的能力。
摘要:空洞的位置、形状、大小以及地基土的类型等诸因素都会对浅基础的承载力和沉降产生影响。利用一系列的二维弹塑性有限元方法分析一个空洞存在时其位置对浅基础承载力与沉降的影响,并对其发生机制进行研究。研究结果表明:空洞对浅基础承载力与沉降的影响存在一个极限范围。只有当空洞存在于这个影响极限范围之内时,空洞的存在才会显著地影响基础的承载力和沉降。另外,基于有限元量化分析结果,还提出一个简单实用的浅基础承载力的空洞影响效果计算方法。
摘要:岩体裂隙中大量存在着流体包裹体,它们是流体包裹体迹面和流体包裹体迹线的组成成分。具有不同几何和形态参数的微观成分和显微构造记录岩体变形和破坏过程的重要信息。把冷热台中显微镜摄得的数字图像作为原始图像并转换成相应的灰度图像,采用四叉树分解和区域分割等方法把整个图像分解成多个子块,使用拐点与导数判定等方法检测流体包裹体,使用膨胀与腐蚀等数学形态学方法判定包裹体边界,经过重新定位后得到单个包裹体在整体坐标系中的位置信息,根据包裹体几何参数与最小二乘法获得了流体包裹体迹线及其形态和几何参数。这些处理过程均通过编制的应用程序在计算机中自动实现。由于流体包裹体迹线反映岩体中显微裂隙的一些特性、显微构造与宏观构造又具有一定的成生联系,因此,研究结果将为研究岩体地区各种地质现象变化过程的微观机制提供较好的理论基础。
摘要:基于统一强度理论和极限平衡原理,结合预应力锚索破裂面的形状,推导出一个能够考虑锚索破裂面形状、锚索的倾角、锚固体注浆压力、岩土体种类等因素的预应力锚索极限抗拔承载力计算公式。为验证计算公式的实用性,分别在软岩与硬岩中考虑不同的影响因素对理论计算结果与实测结果进行了比较。研究结果表明:随着加权系数的增大,锚索的极限抗拔力相应增加,但破裂面形状基本没有改变;锚索的极限抗拔力主要取决于锚索与浆体、锚固体与岩土体之间的界面强度,而破裂锥体部分岩土体所分担的抗拔力较小;在软岩中锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度主要取决于锚固体与岩体的界面强度,受注浆压力的影响较小;在硬岩中注浆压力对锚索的极限抗拔力和破裂锥体高度都有着重要的影响,随着注浆压力的增大,极限抗拔力和破裂锥体高度相应增加。
摘要:介绍原生裂隙水压致裂法地应力测量的原理及其与经典水压致裂法的异同之处,并探讨在单钻孔中考虑沿铅直钻孔轴向应力梯度的应力场的反演方法。在求解某液化石油气地下储备库工程应力场的过程中,假定区域应力场在拟建洞室附近的小区间内呈线性关系,并将参考点选在洞室附近某点,与前人将参考点选在地面并假定区域应力场从地面至钻孔底部整个深度区间内呈线性关系的研究成果相比,无疑使得计算结果更趋合理。同时将遗传算法应用于求解应力场任意一点的完全应力张量,得到比较满意的结果。
摘要:为更真实地反映在环境条件变化以及施工过程等因素作用下渗流场和变形场的行为规律,在裂隙岩体介质小变形的假定下,基于不可压缩水流在复杂应力状态作用下的裂隙岩体介质中运动的一般方程,建立两场动态全耦合的有限元数值模拟方法。在耦合分析中采用统一域混合模型模拟渗流场,对弹性变形场的模拟则采用多裂隙岩体介质和离散裂隙介质分别模拟的方法。对建立的耦合模型采用四自由度全耦合法结合有限元数值方法直接求解,对无压流中自由面的处理则采用固定网格法中的改进初流量法。最后针对水库裂隙岸坡算例,进行能模拟水库蓄水加载过程的静态、动态耦合有限元分析,揭示水库蓄水过程中裂隙岸坡位移场和渗流场的基本变化规律。分析结果表明,考虑蓄水过程中渗流的动态效应时,将会使水库岸坡产生较大的差异沉陷,从而对岸坡的稳定性产生不利影响,对于缓慢蓄水过程可以近似作为静态问题处理。
摘要:基坑工程预应力锚索锚固力的影响因素很多,主要有锚固段的岩土层物理力学性质、锚索施工工艺及锚索张拉锁定过程中的预应力损失等。通过工程试验,分析锚索锁定时钢绞线不均匀受力,造成这种现象主要有两个原因:(1)千斤顶在自重作用下,千斤顶轴心偏离锚索的轴心;(2)锚杆孔的施工角度与设计角度的误差,引起锚索与锚座不垂直。通过试验分析单次张拉锁定的预应力损失、循环荷载下锁定的预应力损失,循环荷载下,锚索的锚固力增加,预应力损失减少。分析基坑开挖过程中锚索锚固力动态监测结果。讨论锚索抗拔验收试验标准存在的问题,提出锚索弹性变形简化计算方法,对锚索抗拔验收试验标准提出了改进建议,锚索抗拔验收试验应综合考虑锚头总位移、每级荷载下锚头位移量及卸荷后锚头位移的回弹率等3个指标。
摘要:将支持向量回归(SVR)算法引入岩土工程数值计算模型参数的辨识中可以充分发挥SVR算法的小样本、泛化性好和全局最优化的优点。但现阶段标准的SVR算法只能解决一维输出变量的回归问题,这就使其在反分析领域的应用受到限制。引入一种改进的SVR算法,这种算法通过将多维输出变量回归转化为多层标准一维输出变量回归来解决这个问题,并与十进制编码的遗传算法相结合,形成改进的GA-SVR算法,用遗传算法搜索最优的SVR模型参数以建立最优的待辨识参数与位移之间的非线性映射关系,然后用遗传算法进行待辨识参数的最优辨识。为对比这种改进GA-SVR算法的效果,将遗传算法与BP神经网络相结合,形成GA-BP算法且编制相应的计算程序。将这两种算法运用于同样的隧道工程三维弹塑性模型参数的智能辨识,数值算例表明改进的GA-SVR算法较GA-BP算法可以取得更高的辨识精度和更好的计算效率,可运用于类似岩土工程计算参数的辨识。
摘要:针对厚壁圆筒试件进行9组近30个试样的水力劈裂试验研究。通过对试验成果分析发现,在以往研究水力劈裂问题中,以著名的厚壁圆筒Lame公式为理论基础的分析方法是错误的。提出水力劈裂问题中渗透力作用机制。以弹性力学为基础,通过严密的数学力学理论推导,提出在稳定渗流作用下厚壁圆筒应力分布解析解(应用商业软件对该解析解进行验证),为岩土体的水力劈裂问题深入研究打下较严密的理论基础。针对试验成果,初步探讨厚壁圆筒水力劈裂破坏条件,提出发生水力劈裂破坏的半经验理论判别关系。
摘要:针对传统板桩结构仅适用于中小码头建设这一长期困扰工程界的难题,结合京唐港待建1.0×105 DWT级深水泊位拟采用的遮帘式板桩结构,运用离心模型试验技术对其结构受力状态和变形特点展开研究。通过对有无遮帘桩、有无码头面荷载、前板桩墙不同嵌入比以及前板桩墙与遮帘桩的距离等进行一系列试验,得出的试验成果表明,这种遮帘式板桩码头新结构解决了深水板桩码头前板桩墙弯矩急剧增大的问题,同时有效地减小码头前沿水平位移和拉杆拉力,实现了传统板桩结构向深水泊位发展的历史性突破。为探求这种新型码头结构中前板桩墙与遮帘桩之间的最佳传力模式,模拟3种不同的连接型式,即前板桩墙与遮帘桩钢筋混凝土胸墙连接、竖向自由的胸墙连接和相对自由的拉杆铰接,结果发现采用拉杆铰接型式时,码头结构内力最为合理。在上述研究的基础上,最后提出拉杆铰接型式的遮帘桩码头结构形式为最优方案,推荐设计采纳。
摘要:江底隧道的覆盖层厚度十分重要。一方面,如果覆盖层厚度太小,江底隧道工作面就有面临严重的失稳问题和江水涌入的危险,会使辅助工法的投入增大。另一方面,覆盖层厚度太大将增加江底隧道的长度、坡度与造价。首先将重庆朝天门两江隧道与国内外一些知名海底隧道进行比较,得出其在盾构施工方法下的覆盖层厚度建议。然后根据公路隧道施工技术规范,提出标准隧道新概念。结合重庆朝天门两江隧道的工程实际情况,分别比较在不同覆盖厚度下朝天门两江隧道与标准隧道拱顶位移和主拉应力,最后得出该隧道的合理覆盖层厚度。
摘要:在分析压剪复合型裂纹尖端应力场的基础上,利用最小J2准则得到压剪裂纹的起裂角。把岩石压剪断裂问题与岩石的破坏准则联系在一起,利用岩土材料中广泛应用的Mohr-Coulumb准则和Drucker-Prager准则分别建立两个岩石压剪断裂判据。计算结果表明,基于强度准则建立的岩石压剪断裂判据比较合理;纯Ⅱ型裂纹的断裂韧度与纯Ⅰ型裂纹的断裂韧度的比值与泊松比和内摩擦角的取值有关系(纯Ⅱ型裂纹的起裂角是某个定值时),而与其他岩石力学参数没有关系。
摘要:提出一整套岩体块度分布预测方法。首先,根据岩石分形断裂切割岩块的块度形成机制,利用能量守恒关系,建立损伤–能量–碎块尺寸理论关系式。为方便应用,将该式简化。然后,根据块度分布的自相似性,将岩石块度分布特性应用于岩体块度分布预测。提出适合工程应用的损伤模型建立方法,并针对岩体块度分布的特点,定义岩体裂隙损伤参数。作为实例,计算金川节理岩体的块度分布。该研究对于自然崩落法采矿岩体块度分布预测具有重要意义。
摘要:基于大变形理论和离心模型试验对上海临港新城地区冲填土自重固结沉降进行分析研究。研究结果表明:大变形理论计算和离心模型试验所得冲填土自重固结沉降量及最终固结时间基本一致,但在未完成固结之前,对于相同的固结度,理论计算的固结时间均明显大于试验所得时间;冲填土的自重固结过程包括快速和缓慢固结2个阶段,快速固结阶段大约需要1 a时间;在快速固结开始阶段,沉降很快,0.5 a的固结度可达50%,快速固结阶段的沉降量占最终沉降的80%,而缓慢固结阶段的沉降量只占最终沉降量的20%。通过对试验数据回归分析,得出冲填土的自重固结沉降与时间的关系式,利用该式可对冲填土地区沉降变形进行预测。
摘要:承重阻滑桩在山区高速公路建设中应用广泛,具有承重与阻滑双层作用,其受力性状远比抗滑桩和平地上受荷桩复杂,此外,桩岩(土)之间的相互作用呈非线性特征,传统的有限元方法建模较为复杂且难以收敛。通过对此类基桩受力特性及荷载传递机制的深入探讨,将桩周岩(土)体视为外部荷载施加,并采用p-y曲线描述桩–岩(土)界面接触的非线性问题,建立考虑多种影响因素的微分方程并得到相应的有限差分解。实例分析表明,以该方法分析承重阻滑桩的内力及位移是可行的,其计算简捷,精度较高,便于工程实际应用。