基于静力推覆分析的穿越地裂缝浅埋地铁车站地震破坏模式研究

以处于西安f4地裂缝场地的浅埋地铁车站为研究对象,通过开展振动台试验,探讨了地裂缝场地和结构的震害特征。同时,考虑场地地震响应的非一致性,采用静力推覆分析方法,分析了穿越地裂缝浅埋地铁车站的地震破坏模式。结果表明:针对地裂缝场地地下结构的Pushover分析方法能够较真实地反应地震作用下地裂缝场地的活动特征和地下结构的破坏特点。在水平地震作用下,趋于稳定状态的地裂缝上、下盘土体主要进行张合活动(相互挤压与分离)。其中,相互挤压会对结构中柱施加明显附加压弯作用。地裂缝场地土体的水平剪切变形是结构破坏的主要外在因素,而地裂缝活动造成的附加压弯作用会进一步增大中柱轴压比,降低中柱的变形能力,加速结构的地震破坏。在地裂缝场地特征变形作用下,结构底层中柱水平剪切变形能力相对较弱,且结构剪力表现出明显的空间分布规律,上盘结构底层中柱是结构的抗震关键构件。研究结果对该类结构的抗震设计具有重要参考价值。

三轴压缩下单裂隙位置对复合岩样力学变形与破坏模式的影响

在地下富存裂隙的层状复合岩体中,复杂围压环境和裂隙分布对复合岩体力学性质和损伤破坏具有显著影响。选取由类灰岩和类砂岩组成的含预制单裂隙的复合岩样作为研究对象,通过常规三轴压缩试验,分析不同裂隙位置和围压条件下岩样的力学变形和破坏模式。结果表明:(1)完整复合岩样的强度受砂岩控制,而变形受灰岩限制。(2)随着围压的增加,复合岩样破坏特征由裂隙位置主导转变为由围压主导;复合岩样的体缩受围压的影响,而体胀受裂隙位置的影响。(3)在单轴压缩条件下,裂隙对岩样力学性质的削弱程度最大;当裂隙位于灰岩中时,损伤应力受围压影响最显著,岩样的强度和弹性模量随着裂隙位置的改变(从灰岩、接触面到砂岩)及围压的增加呈现出增加的趋势。(4)灰岩中的裂隙易产生拉伸裂纹,砂岩中的裂隙易产生剪切裂纹;随着围压的增加,复合岩样由拉伸破坏转变为剪切破坏,破坏模式由围压主导。该研究成果对复合岩体工程的安全加固设计具有一定的指导意义。

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体力学性能与破坏模式

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体的力学性能与破坏模式对注浆整体效果具有显著影响。基于室内注浆模拟试验、劈裂型注浆加固体三轴压缩试验和相应的离散元数值模拟,研究劈裂浆脉形态与空间分布特征及注浆加固规律,分析浆脉粗糙度、厚度、数量和倾角对注浆加固体力学性能与破坏模式的影响,阐明三轴加载条件下加固体内部孔隙率和微裂纹演化规律。研究结果表明:劈裂浆脉空间分布模式主要包括半贯通型、交叉型和贯通型,注浆影响区域可分为加固区、过渡区和未扰动区;浆脉存在有效提升了加固体的整体刚度和承载力,加固体峰值偏应力与浆脉粗糙度、厚度、数量呈正相关关系,而浆脉倾角增大会导致整体强度降低;加固体破坏模式主要有局部膨胀型和剪切滑移型,受浆脉形态特征影响,二者对整体变形破坏的贡献程度不同;在加载过程中,浆-土界面处首先萌生微裂纹,进而浆脉两侧软弱介质被压缩挤密后出现大量微裂纹,裂纹数量持续增多直至试样破坏;加固体孔隙率与微裂纹萌生数量变化规律均呈现明显的阶段性特征,且受浆脉形态特征影响显著。

开洞刚性墙后土体破坏模式运动单元上限分析

超载作用下开洞地下刚性连续墙后土体稳定性问题具有广泛的工程应用背景。考虑墙体矩形开洞宽度足够大,且刚性墙与土体完全光滑接触等条件,参考构造刚性多块体上限法思路,预设墙后土体极简破坏机构并转化为初始三角网格,提出交替循环式新增节点、单元缩减、对角互换及成层加密等网格更新措施,同步开展基于刚体平动运动单元上限方法的刚性墙后土体破坏分析,通过多层级非线性规划运算获得高精度临界超载系数σ_(s)/c上限解,界定墙后土体滑移线网破坏模式及其定量范围与扩展边界。进一步依前述流程计算获得多参数影响下的临界超载系数σ_(s)/c上限解图表,结果表明:1)刚性墙后土体典型破坏特征表现为土体上方和开洞处的整体下沉刚性区域,开洞前方核心区域以密集滑移线网区隔的刚性滑块群,以及外围主要滑动面;2)临界超载系数σ_(s)/c随土体内摩擦角ϕ增大而增大,且后续增幅显著增加;3)σ_(s)/c随开洞深度比C/D的增大呈现出近似线性增大的趋势;4)相较于ϕ和C/D,土体重度参数γD/c的变化对于σ_(s)/c的影响不甚明显,σ_(s)/c随γD/c增大呈现近似线性减小的趋势;5)σ_(s)/c受剪胀角参数ψ/ϕ的影响与ϕ的增大程度密切相关。本研究结果可为开洞地下刚性连续墙后土体失稳破坏模式定量分析、破坏机理研究及工程措施制定等工作提供有力的数据支持。

非对称破坏模式下临坡地基的Meyerhof承载力新解

利用统一强度理论的平面应变强度方程,综合考虑中间主应力、基础至坡肩的水平距离、边坡高度和基底粗糙情况等因素,提出临坡地基坡面非对称破坏模式和坡底非对称破坏模式,继而建立条形基础下临坡地基新的Meyerhof承载力解答,给出具体应用步骤并开展理论退化分析与对比验证。研究表明:考虑坡后土体强度贡献所提出的非对称破坏模式更符合临坡地基的实际破坏形态;所得临坡地基Meyerhof承载力解答与文献模型试验和数值模拟均吻合良好;中间主应力可明显提高临坡地基的承载力;临坡地基承载力随边坡高度增加先减小后恒定。研究结果合理反映了土体强度的中间主应力效应、破坏模式的非对称性以及基础旁侧土体强度等工程实际情况,对临坡地基优化设计具有一定的理论指导意义。

火灾中钢筋混凝土两端固结梁破坏模式变化规律

为了研究火灾过程中钢筋混凝土两端固结梁破坏模式的变化规律,利用有限元分析软件对梁内部的温度场进行分析,确定其不同耐火时刻的分布规律,利用承载力简化计算公式对火灾过程中钢筋混凝土梁不同时刻的极限承载力进行计算分析。并对上侧纵筋配筋面积、混凝土保护层厚度和混凝土强度为变换因素的三组固结梁试件进行理论分析,讨论了火灾过程中不同参数对钢筋混凝土固结梁破坏模式临界点ξ变化规律的影响。结果表明:上侧纵筋配筋面积越大,ξ点对应受火时间T越提前;混凝土保护层厚度越大,混凝土强度越高,ξ点对应受火时间T越滞后。在理论计算的基础上,为保证梁在受火两小时内发生弯曲破坏,对梁的防火设计提供了思路。本研究方法可以简化分析钢筋混凝土梁高温中破坏模式的变化规律,为火灾中构件的设计计算提供参考。

基于粒子图像测速技术的节状地下连续墙变形特性与破坏模式研究

节状地下连续墙(简称节状墙)是一种新型的地基基础形式,具备良好的工程特性,相对于传统地下连续墙而言,由于节部的存在,其抗拔承载力得到了有效地提升。目前,节状墙的应用及研究尚处于起步阶段,其变形特性与破坏模式亟待摸清。通过室内模型试验辅以粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术对节状墙基础竖向受拉下的位移和破坏形态开展了分析,研究结果表明:端部与中部节的设置扩大了深部与浅部土体的影响范围,多部节的设置相对于单部节有利于调动更广范围的土体。节状墙的破坏模式包括垂直滑移面、倒金字塔状或正切曲线和花瓶状曲线(即曲线滑移面)相连接的滑移面。总体而言,与抗拔桩相比,节状墙的抗拔破坏面受到节部数量和位置的影响而表现为复合型,且部分滑移面的走向与土体内摩擦角有关。

供水工程新近系红层区斜坡深层变形破坏模式分析

针对新近系红层区斜坡变形破坏模式认识不足的问题,通过对以往工程区斜坡破坏现象的调查分析,寻找已有深层破坏形成的滑坡体,反分析滑坡体破坏前原始斜坡地质结构模型,并建立典型斜坡深层破坏模式,根据变形体主要工程地质条件,建立红层斜坡变形体的三维数值模型,分析其在天然、地震及降雨等条件下的稳定性。结果表明,通过建立的新近系地层不同岩段区斜坡深层破坏模式,识别出新近系地层区供水工程20#支线沿线有一个大型深层破坏斜坡变形体。该斜坡变形体在降雨条件下的稳定性较差。

供水工程民和组地层区斜坡深层变形破坏模式分析

目的红层软岩斜坡深层变形破坏具有一定隐蔽性,为解决寻找和识别具有一定隐蔽性的民和组地层区斜坡深层变形破坏变形体的问题。方法结合引黄济宁供水工程,依据民和组地层区斜坡变形破坏现象的调查分析,寻找已有深层破坏形成的滑坡体,反分析滑坡体破坏前原始斜坡模型,模拟分析原始斜坡滑动破坏触发因素,建立民和组地层区典型斜坡深层变形破坏模式;然后根据建立的斜坡深层变形破坏模式,寻找识别民和组地层区深层变形破坏斜坡变形体,对典型斜坡变形体构建三维数值模拟模型,分析天然、地震及降雨等条件下的斜坡变形体的稳定性。结果通过研究,建立了民和组地层区不同岩段典型斜坡深层变形破坏模式,识别出民和组地层区供水工程22#支线沿线有一个大型深层变形破坏斜坡变形体,在暴雨条件下会沿砾岩层与泥岩夹层交接面发生深层滑动破坏。结论通过建立典型斜坡深层变形破坏模式识别深层变形破坏斜坡变形体并分析其工程稳定性,可以减少意外发生斜坡深层变形破坏现象,研究成果可为工程施工图设计提供依据,也为民和组地层区地质灾害分析提供参考。

铁峰山背斜构造控滑机制及斜坡破坏模式

地质构造对于区域地质灾害的形成和分布具有控制性作用,从地质构造出发探究地质灾害空间规律是开展灾害易发性评价的关键。以万州铁峰山背斜为例,在地质构造和滑坡灾害实测的基础上,将背斜构造分为核部(Ⅰ区)、北西翼(Ⅱ区)、南东翼陡立岩层(Ⅲ区)、岩层倾斜过渡段(Ⅳ区)和万州向斜(Ⅴ区)5个区,分析了各区内背斜构造控制下的岩体结构及其控滑机制和斜坡破坏模式。结果表明:(1)Ⅱ区岩层由临近Ⅰ区的陡倾角快速变化为临近河谷区的中缓倾角顺向坡,主要控滑结构为顺层发育的泥质、炭质软弱层,顺层岩质滑坡发育普遍;(2)Ⅰ区次级褶皱和断层发育,层面、断层和节理面的组合控制着平面或楔形体滑动,滑动方向常指向褶皱枢纽方向;(3)Ⅲ区主要结构面构成岩块与母岩的分割面,存在顺坡向次要结构面或地形起伏时,发生滑移或坠落式落石,并发展上部岩块的连锁滑坠;(4)Ⅳ区天然顺向斜坡坡度小于或等于岩层倾角,当公路开挖时极易引发顺层面或软弱夹层的顺层岩质滑坡;(5)Ⅴ区为近水平产出的砂泥岩互层,泥岩软化和风化、砂岩裂隙或拉槽充水是控制近水平地层岩质滑坡和落石倾倒、坠落的主要原因。滑坡受铁峰山背斜宏观构造和局部构造的双重控制,前者影响着滑坡的分布和破坏模式,后者主宰着控滑结构和滑坡易发程度。研究成果对于川东褶皱带滑坡灾害调查和风险防控具有指导意义。

怒江流域典型岩质边坡破坏模式及机理分析

对怒江流域典型调查点的岩质边坡节理裂隙进行统计,采用Dips软件分析得出破坏类型图,结合怒江流域边坡破坏因素影响,探讨典型岩质边坡的破坏机理.结果表明,怒江流域岩质边坡破坏失稳的主要地质影响因素有结构面、岩性、地形地貌、构造活动等,降雨、开挖和地震等是破坏失稳的触发条件;将怒江流域岩质边坡破坏类型归纳为3种模式:倾倒破坏、平面滑动破坏和楔形体滑动破坏.破坏阶段可分为初始、蠕变和崩落;采用Swedge软件,分析降雨及地震影响下岩质边坡的稳定性系数,发现安全系数随着降雨引起的内摩擦角和黏聚力的减小而降低,安全系数与地震力系数呈反比,且在相同地震力条件下沿交叉方向地震力作用下的安全系数大于沿水平方向.

基于各向异性特性的巴西劈裂破坏模式分析

碳质千枚岩中层理软弱结构面是确定其破坏形态的重要因素之一。基于不同层理倾角下的千枚岩三轴压缩试验,揭示了碳质千枚岩在压缩状态下的各向异性特征,在此基础上研究对含预制裂隙、不同含水状态下的圆盘试件进行巴西劈裂试验,利用离散元模拟与试验相结合的方式对试件的破坏过程进行数值再现。结果表明:千枚岩压缩强度随着层理角度的增加呈现先减后增的“U”形曲线,与单弱面理论相符;巴西劈裂试验中千枚岩抗拉强度随着层理角度增加呈“L”形曲线,水与层理共同作用下岩石抗拉强度劣化明显,不同层理倾角与预制裂隙的千枚岩巴西劈裂破坏模式分为5种,即沿层理方向剪切破坏(Ⅰ型)、沿层理方向拉伸破坏(Ⅱ型)、层理间拉伸破坏(Ⅲ型)、预制裂隙的拉伸破坏(Ⅳ型)、预制裂隙的剪切破坏(Ⅴ型);通过数值模拟再现预制裂隙试件的破坏路径,破坏始于预制裂隙尖端,发生层间的裂纹合并,在双裂隙条件下应力集中,产生裂隙间连接性裂纹。

球形弹丸高速冲击IN718合金板的变形与破坏模式

为研究IN718镍基高温合金在高速冲击作用下的抗侵彻能力,采用直径为5 mm的304不锈钢球形弹丸,利用二级轻气炮试验装置对IN718靶板进行了一系列弹道冲击试验。通过高速摄像机进行拍摄,弹丸的入射速度范围为548.2~1067.0 m/s。对弹丸的剩余速度进行了测量和分析,并对弹道极限速度进行了验证,观察了靶板的变形和破坏模式以及弹孔直径。结果表明:在试验冲击范围之内,随着冲击速度的升高,靶板的变形模式由撕裂破坏到剪切破坏转变,靶板的穿甲破坏模式与冲击速度密切相关;靶板能量吸收效率随弹丸初始动能的增加而降低,且趋于常值0.7;靶板变形挠度随着冲击速度的升高呈减小趋势,且最大变形挠度出现在弹道极限附近;靶板正面和背面所形成的弹孔直径均随着冲击速度的升高而增大,且背面所形成的弹孔直径大于前面所形成的弹孔直径。

3D打印多孔钛合金桩的粘接强度及粘接破坏模式和表面、粘接界面特征

目的 观察3D打印多孔钛合金桩的粘接强度及粘接破坏模式和表面、粘接界面特征,以期利用多孔结构的机械嵌合来提高金属桩核的粘接强度。方法 实验设计4组,A组选取10根预成纤维桩,扫描并获取三维数据,B、C、D组均使用A组获得的数据分别进行3D打印实心钛合金桩、3D打印多孔钛合金桩、氧化锆桩的设计与制作,将各组桩包埋、切片,使用万能力学实验机将桩从桩核树脂中推出,记录各组桩的粘接强度和粘接破坏模式,并用扫描电镜观察桩的表面、粘接界面特征。结果 A、B、C、D组粘接强度分别为(229.11±80.15)、(389.29±58.39)、(572.35±128.08)、(137.54±26.81)MPa,组间两两比较,P均<0.05。A、B、C、D组粘接界面破坏的例数分别为7、2、1、8例,粘接内部破坏的例数分别为0、1、3、0例,混合粘接破坏的例数分别为3、7、6、2例,组间两两比较,P均<0.05。A组扫描电镜下可见纤维桩表面大量排列紧密的纤维束,纤维桩与桩核树脂结合紧密;B组可见3D打印实心钛合金桩的表面有大量点状颗粒,点状颗粒间可见树脂嵌入,钛合金实心桩与桩核树脂结合紧密;C组可见3D打印多孔钛合金桩表面大量不规则空隙,桩的表面也存在大量点状颗粒,在颗粒间以及空隙间可见大量树脂嵌入,极大的增加了桩与桩核树脂的机械嵌合作用;D组可见氧化锆桩和表面相对平整,桩与桩核树脂结合紧密,机械嵌合明显少于前面三组。结论 与预成纤维桩、氧化锆桩和3D打印实心钛合金桩相比,使用3D打印技术制作的多孔钛合金桩,粘接强度有明显的提升,粘接破坏模式主要为混合粘接破坏,桩表面有大量不规则空隙及点状颗粒,在颗粒间及空隙间可见大量树脂嵌入,极大增加了桩与桩核树脂的机械嵌合作用。

浅埋黄土隧道塌方破坏模式及处置技术

以宁夏某浅埋黄土隧道塌方事故为依托,首先讨论分析浅埋黄土隧道的塌方破坏机理及模式,然后根据现场塌方情况,分析案例隧道塌方原因并提出处置方案,最后通过数值模拟和现场监测对其处置效果进行评价。结果表明:黄土自身的易灾性、不良地形地势、浅埋隧道施工扰动以及强降雨入渗共同导致隧道上方围岩形成一定范围的黄土软弱湿陷带,原隧道支护结构无法抵抗劣化后的围岩,围岩变形和结构受力均大幅增加,其中拱顶沉降增大了91.8%,拱肩处初支正弯矩增大了60.7%;黄土地层开挖面失稳破坏可分为掌子面到达软弱湿陷带的失稳破坏和穿越整个软弱湿陷带的失稳破坏两种模式;结合有限元模拟和现场监测验证,“临时支护系统+换拱+超前中管棚注浆加固”的综合防塌方处置技术应用效果显著。

单轴荷载下含层理页岩损伤破坏过程及破坏模式研究

低渗透性是制约页岩气开采的主要因素之一,而岩体内裂隙的类型及复杂程度又是制约渗透率的关键因素,因此,加强页岩损伤破坏过程的研究对于提升页岩气开采效率意义重大。文中采用试验与数值模拟相结合的方法,深入研究单轴荷载下含层理页岩的损伤演化、裂纹发育、分形特征以及影响因素等内容。结果表明:试件加载过程中,微裂纹发育整体呈“平稳上升—基本稳定—快速上升”变化趋势;微裂纹发育阶段,0°和90°层理角度下,以拉伸裂纹发育为主,其占比依次为94.7%和96%;30°和60°层理角度下,以剪切裂纹发育为主,占比依次为65%和86.9%。试件宏观破坏裂纹具有明显的分形特征,0°、30°、60°和90°层理角度下,宏观裂纹的分形维数依次为4.25、3.44、2.06和3.60,说明当荷载与层理方向相互垂直时,更易形成复杂裂纹。损伤发育规律受层理的影响,0°和90°层理角度下,损伤集中于基质内发育;30°和60°层理角度下,损伤则集中于层理处发育。此外,损伤受岩石的非均质性和各向异性的影响,随着弹性模量方差的增加,试件的均质性减弱,同等荷载下的损伤范围增强,而随着层理刚度的增加,试件的各向异性减弱,同等荷载下的损伤范围增强。

多箱型结构内部爆炸破坏模式分析方法

结构内部爆炸破坏是武器毁伤目标的主要方式之一,破坏模式和破坏范围是结构内部爆炸破坏威力的主要表征方式,其分析方法能够有力支撑武器毁伤效果预测和结构防护设计.采用有限元模拟仿真分析,研究多箱型结构内爆毁伤特性,基于仿真结果,分析了破坏范围和破坏模式随当量和结构参数的变化规律,并提出了能够计算多箱型结构破坏范围、破坏壁面数和破坏分布模式的无量纲数和计算方法,绘制出破坏分布模式图和破坏范围表,该方法能够预测随爆炸当量非连续变化的破坏模式和破坏范围,并根据已有实验结果进行了验证.

侵彻爆炸作用下钢纤维混凝土结构的破坏模式

基于大口径发射平台进行了155 mm杀伤爆破榴弹毁伤钢纤维混凝土结构的试验,得到了打击不同位置时结构的破坏情况;结合LS-DYNA数值模拟,分析了不同打击位置和不同命中速度下钢纤维混凝土结构的毁伤效应,讨论了侵彻与爆炸联合作用下钢纤维混凝土结构的损伤过程和破坏模式。结果表明:钢纤维混凝土结构在155 mm榴弹作用下,配置钢筋的顶板和侧墙发生较轻的爆炸成坑破坏,无配筋的前墙发生严重的爆炸震塌破坏。SPG(smooth particle Galerkin method)-结构化ALE(arbitrary Lagrange-Euler)(S-ALE)流固耦合算法能够有效预测钢筋混凝土结构在侵彻和爆炸共同作用下的损伤发展过程和破坏模式。大口径弹体侵彻有限边界靶的加速度时程曲线特征为突增骤减单峰值形式,弹体速度呈现先快速降低后缓慢减小的特征;靶标在基于侵彻损伤的爆炸作用下,主要破坏模式为混凝土块大量崩塌和裂缝的生长,且随着侵彻速度的增加,爆炸造成的毁伤由局部破坏向结构整体破坏发展;混凝土破碎区内,垂直于弹体的钢筋在侵彻作用下达到屈服,板顶和板底的钢筋在爆炸后达到屈服。

循环荷载下饱和黄土的剪切特性与破坏模式

饱和黄土的破坏模式和剪切特性是分析黄土地基及其构筑物地震变形的基础,为了揭示循环荷载下黄土独特的强度衰减和变形劣化规律,本文开展了饱和黄土不排水动三轴试验,控制初始剪应力(q_(s))和循环剪应力(q_(c)),研究了不同初始应力状态下饱和黄土的动强度、孔压发展规律及破坏模式。试验结果表明:当q_(s)<q_(c)时,重塑和原状黄土试样表现为循环迁移型破坏,当q_(s)≥q_(c)时,重塑黄土试样表现为流动型破坏,而原状黄土试样则表现为塑性应变累积型破坏;黄土试样的循环应力比(R_(CS))、循环阻力比(R_(CR,10))随着初始剪应力比(R_(SS))的增大呈先增大后减小的趋势;循环迁移型和塑性应变累积型破坏在循环加载的初始阶段孔压上升迅速,孔压增长曲线分别呈“风琴”状和“喇叭”状,而流动型破坏的初始阶段孔压增长速率较慢,当到达某一振次后孔压突然增长,孔压增长曲线呈“镰刀”状。基于初始阶段孔压发展指标(K_(1-2))与初始应力状态(q_(s)/q_(c))提出了图表法,可用于预测循环荷载下饱和黄土的破坏模式。

考虑破坏模式的危岩崩塌易发性评价--以兴山县古洞口水库首段为例

本文以古洞口—平水段为研究对象,通过分析研究区特有的地质特征与边坡发育情况,将崩塌按受力状态与起始运动方式划分为:滑移式、倾倒式、错断式3类,利用ArcGIS软件的空间分析功能,具体分析了区内危岩破坏模式与各控制因素的相关关系,并结合3类崩塌的发育特征确定相应评价因子,最后采用模糊层次分析法(FAHP)建立指标体系,通过指标体系得出古洞口—平水段崩塌灾害易发性评价结果.结果显示:3类崩塌灾害易发性与此类灾害点的分布密度较吻合,易发性评价结果符合实际.结果表明:距公路越近,崩塌发生的可能性越大,滑移式崩塌主要分布在顺向坡地区,倾倒式崩塌主要分布在逆向坡地区,错断式崩塌主要分布在横向坡地区,评价模型的正确率AUC值均接近于1,说明易发性评价的精度较好,评价结果对研究区崩塌灾害风险管控具有一定的指导意义.