对岩土工程数值分析的几点思考
摘要：首先,介绍了笔者对我国岩土工程数值分析现状的调查结果及分析,然后,分析了采用连续介质力学分析岩土工程问题的关键,并讨论分析了岩土本构理论发展现状,提出对岩土本构理论发展方向的思考,最后对数值分析在岩土工程分析中的地位作了分析。分析表明,岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一;采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键是如何建立岩土的工程实用本构方程;建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。回眸《岩土力学》2010年
摘要：2010年《岩土力学》的远程投稿系统http：//ytlx.whrsm.ac.cn/正式运行,全年注册投稿2352篇。投稿、审稿、录用、刊发、统计等流程均在该系统上完成。2010年正刊（31卷）1-12期刊载论文668篇,总页码4032页,采区溜井卸矿冲击载荷作用的理论分析与验证
摘要：以运动学理论为基础对矿石在溜井中的运动规律进行理论推导,结合相似材料模拟试验对结果进行对比分析。研究结果表明,（1）初始冲击时法向冲击力较大,随着冲击次数的增加法向冲击力逐渐减弱切向冲击力逐渐增强,对井壁造成的破坏由以法向破坏为主转变为剪切破坏为主;（2）冲击点的间隔越来越大,冲击角度逐渐减小,矿石经过2～3次冲击井壁之后垂直落入井中;（3）理论推导得到形成的2个冲击带位于井口下2.0～5.6m及26.4～38.2m处,试验得出的破坏范围为井口下1.95～10.2m及19.4～40.2m处,试验所得的冲击带范围较理论推导结果略大;（4）处于冲击区域的压力盒数据变化最大,处于矿石磨损区域的压力盒数值变化较小且变化趋势缓和。分布热源作用下裂隙岩体渗流-传热的拉氏变换-格林函数半解析计算方法
摘要：以裂隙岩体高放射性核废物地下处置库性能评估为目标,提出了分布热源作用下单裂隙岩体渗流-传热的简化概念模型、控制微分方程和拉氏变换-格林函数半解析法,为进一步采用半解析法计算分布热源作用下多裂隙岩体的渗流-传热问题奠定了基础。针对单裂隙岩体的渗流-传热问题,建立考虑岩石内热源和二维热传导的控制微分方程,利用拉氏变换域微分方程的基本解建立格林函数积分方程,采用解析法处理其中的奇点,通过数值积分和拉氏数值逆变换求解,计算任意时刻裂隙水和岩石的温度分布。通过算例,与基于岩石一维热传导假定的解析解进行了对比,并计算分析了分布热源作用下单裂隙岩体的渗流-传热特征及其对裂隙开度、岩石热传导系数和热流集度的敏感度。算例表明,（1）就裂隙水温度而言,由于考虑了岩石的二维热传导,拉氏变换-格林函数半解析解小于基于岩石一维热传导假定的解析解;（2）裂隙水温度和岩石温度对裂隙开度和热流集度的敏感度较大,对岩石热传导系数的敏感度较小。恒载作用下轴对称圆巷围岩的流变变形方程求解
摘要：建立围岩-支护相互作用流变变形机制的数学力学模型是解决岩石地下工程支护问题的有效途径,其关键问题是,在围岩产生流变变形的过程中支护是如何对围岩进行作用的。根据基于Levy-Mises本构关系及D-P屈服准则的轴对称圆巷的理想弹塑性解、一维蠕变曲线的等时曲线相似的假设以及三维流变试验结果,推导出了原岩应力和被动支护反力均为恒载,且巷道围岩为三维应力状态下的蠕变方程及轴对称圆巷围岩的非线性黏弹塑性流变变形计算公式。与前人的工作相比,文中推导的公式中含有对围岩流变变形起决定作用的2个参数,即原岩应力p0和岩石材料的单轴塑性屈服应力σs,因此公式推导的理论基础更加完备、可信度更高。土建筑遗址干湿耐久性研究
摘要：选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了干湿循环试验,之后进行了风洞试验和强度试验,研究土建筑的干湿耐久性。试验结果表明,在试样原始含水率比较低的情况下,试样首先经历了一个质量增大的过程,3个干湿循环后,试样的质量变化进入一个相对稳定的范围。随着增湿与脱湿过程中伴随的水分质量的变化,试样质量的整体趋势是减小的。随干湿循环次数增大,原状试样的强度减小,风蚀量增大,即耐久性持续变差。相反,随干湿循环次数增大,重塑样的强度反而增大,风蚀量减小,即耐久性有所提高。重塑样由于重塑过程中其微观结构受到破坏,强度弱化。干湿循环在某种意义上对重塑土起到＂陈化作用＂,愈合损伤的微结构。初期重塑土强度随干湿循环次数的增加逐渐增强,而后强度逐渐衰减抗风蚀能力减弱。井底压差对垂直井井底应力场的影响研究
摘要：井底压差是影响钻井机械钻速的重要因素之一。实践证明欠平衡钻井与常规钻井相比机械钻速有显著提高,不同钻井条件下的井底应力场需要深入地研究。在分析井底岩石所受载荷的基础上,建立了轴对称条件下井底岩石流固耦合模型,并利用有限元方法进行求解,通过对不同井底压差下的井底岩石应力场进行数值模拟计算,针对井壁岩石的理论解和数值模拟结果进行对比验证模型的合理性,并对井底待破碎岩石进行了力学分析。结果表明,数值模拟结果与理论结果相符,验证了模型的正确性;井底待破碎岩石按照应力状态分为3个区域,分别为3向拉伸区、2向压缩区和3向压缩区。井底压差对井底应力场的影响研究为快速高效破岩提供理论基础。岩盐弹塑性损伤耦合模型研究
摘要：岩盐力学模型是进行能源岩盐储存工程稳定性分析的基础,而损伤和塑性机制并存且相互耦合是岩盐力学行为的基本特点。采用云应岩盐,进行了多组围压条件下的三轴压缩试验,分析了不同围压下岩盐的变形特征。在试验分析的基础上,提出了一种能够描述岩盐特性的弹塑性损伤耦合的模型,该模型描述了岩盐损伤的演化和塑性变形的耦合关系,并引入了一种非关联的塑性流动法则来描述岩盐从塑性体积压缩到膨胀的转化。采用该模型对在三轴压缩下的岩盐应力-应变关系进行了模拟分析,并与试验数据进行了对比,结果表明该模型能够较好地描述岩盐的主要力学和变形特性。深基坑施工时地表沉降预测的时序-投影寻踪回归模型
摘要：为了保证施工的正常进行、实现信息化施工,必须对基坑实际监测数据进行分析与预测。现有的趋势时间序列分析方法很难满足实际施工中高度非线性问题的拟合,预测误差较大。基于这点考虑,以天津某工程基坑施工地表沉降观测序列为例,在对原始数据进行分析的基础上,提出既可以考虑趋势时间序列,又具有高度非线性拟合性能的时序-投影寻踪回归模型。首先,通过比较分析几种时间序列方法的逼近误差和预测误差,寻求出一种逼近较好的时间序列预测方法。然后,将预测得到的时间序列和观测数据相结合,采用投影寻踪回归方法拟合。应用结果表明,该模型逼近性能良好,预测误差小,可为深基坑位移沉降的动态预测提供一条较好的途径,对基坑动态设计与信息化施工等方面具有重要的参考价值。动载下饱和重塑黄土的骨干曲线变化研究
摘要：针对饱和重塑黄土进行了一系列等向固结和偏压固结下的排水与不排水动三轴试验,分析了饱和重塑黄土的动力性质、骨干曲线模型及其影响因素。基于动三轴试验结果,探讨了在考虑累积塑性应变影响下,修正Hardin-Drnevich模型的适用性。结果表明,考虑累积塑性应变时,修正Hardin-Drnevich模型能够较好地模拟饱和重塑黄土的骨干曲线试验结果。进而分析了等向固结和偏压固结、固结围压、波形和排水条件等因素对饱和重塑黄土骨干曲线的影响,得到偏压固结和固结围压的增大使骨干曲线上移,土体强度增加,而波形对骨干曲线的影响较小;排水条件下的骨干曲线较不排水条件下的有所上移,土体强度增加。所得结论可供工程设计人员参考。水化学作用对砂岩抗剪强度特性影响效应研究
摘要：开展了不同水化学溶液侵蚀条件下砂岩的抗剪强度试验,分析了水化学作用对砂岩微细观结构的影响效应,探讨了砂岩的水化学损伤机制。在此基础上,分析了水化学作用对砂岩抗剪强度的影响规律。通过引入岩石水化学损伤度,定量表达了砂岩抗剪强度参数随水化学损伤的演化过程,并采用化学动力学方法,模拟在给定水化学环境条件下重庆砂岩损伤度随时间演化过程,进而预测其抗剪强度参数演化规律。所得结果为定量化研究水化学作用对岩石物理力学特性的影响效应及预测与水化学作用相关的岩土工程的安全性和稳定性提供了良好的借鉴作用。沙牌坝址基岩场地地震动输入参数研究
摘要：重大水利水电工程地震动输入参数必须根据专门的地震危险性分析结果来确定。目前由地震危险性分析得到的一致概率反应谱具有包络的意义,不能反映实际地震的频谱特性,输入＂一致概率反应谱＂可能导致地震作用偏大;拟合设计反应谱人工生成地震动加速度时程的频率非平稳性也没有得到很好解决。为了解决这些问题,得到与坝址地震危险性一致、具体地震的输入参数,结合沙牌大坝提出了一套适用于重大水利水电工程基岩场地地震动输入参数确定方法：通过以有效峰值加速度为参数的概率地震危险性计算分析,确定坝址不同超越概率下的有效峰值加速度及对坝址贡献最大的潜在震源区;在最大贡献潜在震源内利用震级空间联合分布概率最大法确定坝址设定地震,依据加速度反应谱衰减关系确定与坝址设定地震对应的设计反应谱;根据设定地震结果和时变功率谱模型参数衰减关系确定时变功率谱,将时变功率谱和最小相位谱按三角级数叠加法进行强度和频率非平稳地震加速度时程合成。在对沙牌坝址区域的地震活动性及地震构造环境分析评价的基础上,采用上述方法,得到了坝址基岩场地不同超越概率下的有效峰值加速度、设计反应谱、强度和频率非平稳地震加速度时程等地震动输入参数。黄土的湿陷性与击实试验指标关系研究
摘要：进行了黄土的击实试验,提出了击实率的概念,拓展了CART（classification and regression trees）决策树算法的功能。将其用于相关性挖掘,进行了原状黄土湿陷性与击实率等指标的相关性挖掘,结果表明,击实率与湿陷系数具有相关性,击实率与最优含水率状态的击实率呈显著负相关性。根据试验及分析结果提出黄土在击实过程中的变形特性可反映黄土的湿陷性,黄土的击实效果同其湿陷性具相关性。这一研究为黄土湿陷性的评价提出了一条新的思路,同时成果具有实用性。降雨条件下土坡变形机制的离心模型试验研究
摘要：自行研制了离心场降雨模拟设备,进行了降雨条件下边坡的离心模型试验。试验模型在离心机中加载到50g,然后开始降雨。采用非接触位移测量系统测量了试验过程中边坡的位移场变化,通过T5张力计测量边坡中典型点的吸力变化。试验结果表明,边坡的位移随降雨量的增大逐渐发展,发生明显变形的区域也逐渐变大,主要集中在边坡表面。边坡某处应变迅速变化的时刻与土体含水率迅速增大的时刻相一致。边坡某点的应变随降雨量的增加不断增大,并存在2个拐点,形成湿润锋和稳定锋2个锋面,并把边坡分成3个区域,通过锋面的变化反映降雨条件下边坡的变形过程。利用模糊数学方法建立汶川地震滑坡灾害评判标准
摘要：利用汶川地震主震在龙门山震区的强震资料,建立了利用地震动参数估计斜坡位移的Newmark累积位移模型。借助于模糊数学中的隶属函数方法,实现了对模型估计累积位移的隶属度定量计算,进而用以判定滑坡危险性分级。为使计算结果定量化,进一步利用模糊转换方法,将定性的滑坡危险性判定结果转换为定量的概率表达,使滑坡判定结果可以继续应用于其他环节的计算分析。以汶川地震在龙门山震区的滑坡分布为例,对模型的计算结果及其定量转换结果与实际情况进行了分析,表明模型结果与实际情况非常吻合。分析认为,以概率方式可以使滑坡灾害的空间分布描述更为准确,文中的方法使之得以实现。小应变条件下隧道开挖引起的横向沉降槽分析
摘要：利用配备有局部高精度位移传感器STDTTS＋UNSAT型号的高级应力路径三轴测试系统,对小应变条件下的土体进行了试验。采用三维数值分析方法和应用小应变模型及摩尔-库仑模型,分别对隧道施工引起横向沉降槽的影响展开了研究。结果表明,在小应变条件下土体表现出高模量以及模量随应变增加而衰减的特性,且当剪切应变应用对数坐标（lg）表示时,剪切模量随剪切应变增加而衰减的规律可以表示为带有2个拐点的反S型曲线,同时,利用式（1）对其进行很好地模拟;两类模型计算结果的规律性是相似的,采用小应变模型所得到的最大下沉位移符合工程实际,且横向沉降槽的宽度也能符合现场实测,即能够适当地解决采用一般模型所得到的最大下沉位移合理,而横向沉降槽的宽度过宽,或者横向沉降槽宽度合理,而最大下沉位移过小,两者间存在对立的问题。通过计算结果对比进一步验证了考虑小应变条件下土体特性的必要性以及二次开发所得到的模型的合理性与可适用性。高温下石灰岩和砂岩膨胀特性的试验研究
摘要：利用自行研制的高温岩石膨胀特性试验装置,对石灰岩和砂岩试件300～700℃高温过程中的膨胀特性进行试验研究。试验结果表明,升温过程中,石灰岩和砂岩的膨胀应力随温度的增加而增大,且砂岩膨胀速率比石灰岩大,刚到700℃时砂岩膨胀应力是石灰岩的2.45倍。升温过程中膨胀应力与温度曲线的拟合函数为2次抛物线,相关系数达0.94以上。恒温过程中,随时间延长2种岩石的膨胀应力缓慢增加,最后逐渐趋于稳定的数值。600℃高温后2种岩石膨胀均达到极限,但具体表现不同,700℃恒温结束时砂岩稳态膨胀应力是石灰岩的3.14倍。岩石热膨胀应力变化与其岩性、内部矿物分解、孔隙率变化、声速变化等有显著关系。高饱和度饱和土中爆炸波与结构的相互作用
摘要：利用改进的φ2.5mm×5m的模拟爆炸装置进行了一系列爆炸波与结构相互作用的实验,得出了爆炸波作用下结构上的表面压力、动量、应变的实测波形。实验结果表明,由于结构刚度较小,在相同爆心距离条件下结构的荷载与自由场的压力值相差不大;荷载在顶板的分布较为均匀,结构在爆炸载荷作用下发生整体变形,可以用中心荷载代替整体荷载;结构对爆炸波的反射,无论是弹性波还是冲击波,反射规律基本一致。随着饱和度的增大,结构上的反射系数和爆炸冲击波波速也随之增大。
