SV波斜入射下海底沉管隧道地震响应研究

为避免近场斜入射地震波对海底沉管隧道造成灾难性后果,对沉管隧道及其剪力键在斜入射地震作用下的动力响应规律进行深入研究。首先,基于时域有限元方法并结合黏弹性人工边界,将地震波转换为模型边界节点的等效节点力,建立基于波动理论的三维平面SV波斜入射方法,并采用半空间算例验证该方法的准确性;然后,在该地震波输入方法的基础上,利用ABAQUS软件建立土体-沉管隧道节段三维精细化有限元模型,研究地震SV波斜入射作用下不同入射角度对沉管隧道及其剪力键动力响应的影响。研究结果表明:1)当SV波入射角接近临界角时,斜入射对隧道竖向和纵向响应达到最大值,水平响应与入射角呈反比关系;2)斜入射会使结构中对称部位产生非对称剪力,剪力键的剪力承担比也发生改变;3)剪力键根部易产生拉伸裂缝,端角也可能因应力集中而产生局部破坏。

考虑流固耦合效应的海底隧道地震响应分析

为研究上覆海水影响下海底隧道地震响应规律,考虑衬砌塑性损伤及流固耦合作用,以汕头海底盾构隧道为工程实例,基于ABAQUS软件建立海水-海床-隧道结构体系有限元模型,分析不同地震激励以及不同海水深度条件下海底隧道动力响应及损伤情况。结果表明:1)在只考虑垂直SV波入射时,应力主要集中在隧道拱脚、拱肩部位,海水深度对海底场地水平运动及海底隧道的作用影响很小;2)在只考虑垂直P波入射时,随海水深度增加,上覆海水整体上会抑制海底场地竖向运动,隧道拱腰以下的应力增大更明显;3)考虑P-SV波延时入射时,隧道能量耗散及损伤具有一定的叠加效应,隧道拱脚及拱肩部位应力集中明显,海水深度小于20 m时,隧道断裂能及损伤较小,SV波占主导地位,海水深度大于20 m时,隧道断裂能及损伤会显著增加,P波起主要作用,在海底隧道抗震设计时有必要考虑海水对隧道地震安全的不利影响。

水化蒙脱石拉伸力学特性的分子动力学模拟研究

了解蒙脱石在拉伸状态下的力学行为在地球科学、岩土力学等领域至关重要,但现有理论和方法难以在小间距范围内预测其水化力学性质及关键机理。通过编写施加应力-计算应变Perl语言脚本,进行不同水化量蒙脱石拉伸应力下的分子动力学计算模拟与应力-应变分析,确定其不同应力阶段的力学特性、相互作用机制和微观结构演化。结果表明:蒙脱石内层水化对极限应力和拉伸模量的弱化效应明显,且在水化初期弱化幅度会更大;体积水化膨胀主要源于晶格长度c的线性增长。Z方向的拉伸模量远小于平面内,即应力对表面Z方向的力学行为影响最大,达到极限拉应力后,会出现整层分离的破坏现象;内层是大部分形变的主要原因,并且支配着蒙脱石的拉伸力学性能;Z方向拉应力主要造成晶格长度c和晶格角β的增大,而在X和Y方向拉应力下主要发生β的减小和增大。层电荷密度越高,结合水膜越密实,形成的氢键数目越多,体积和晶格长度c越小,抗拉力学性能也越强。

覆盖岩层下矿岩流动过程数值模拟

利用离散元中刚性块体模型 ,模拟了多种放矿制度下 ,覆盖岩层与矿石的相互作用及移动过程 ,反映了矿岩的流动特点和接触线变化过程。研究表明 ,用离散元方法模拟非均匀矿岩散体运动过程是适合的 ,能够用于采场结构参数优化、出矿方式选择、放矿管理和对矿石的损失与贫化指标进行预测。

基于小波变换的爆破地震安全能量分析法的应用研究

根据爆破地震信号具有持时短、变化快等特点,结合工程爆破地震监测资料,利用小波包良好的时频局部化性质,对爆破地震信号的能量分布特征进行了分析,得到了爆破地震信号不同频带上的能量分布。进而,根据爆破地震信号不同频带的特征频率与受控建筑物自振频率之间的关系确定爆破地震对建筑物的影响。最后,通过工程实例说明了该方法比用单一强度因子作为爆破地震的安全判据更加有效。

爆破破岩机理的实验研究

通过实验研究了在耦合装药及药包总爆炸能（Ｅ）大致相同的情况下，冲击能（Ｅｓ）与膨胀能（Ｅｂ）之间分配比例的变化，对爆炸应力波峰值及介质破碎质量带来的影响．实验结果表明，柱状药包爆炸时，在介质中先后产生原生爆炸应力波和次生爆炸应力波，前者与Ｅｓ的作用密切相关，后者与Ｅｂ的作用直接相关；介质破碎块度分布主要取决于这两个应力波共同作用的结果．据此，作者提出了原生爆炸应力波、次生爆炸应力波与介质中存在的缺陷共同作用的爆破破岩机理．

基于蒙特卡洛模拟和综合权重的公路排水系统模糊综合评价

为能够对既有公路的排水系统进行全面准确地评价,通过对公路排水状况影响因素的分析,建立了一套公路排水状况的评价指标体系。采用模糊综合评价法,在专家打分阶段不同于以往的具体打分而采取给出打分区间的方法,运用蒙特卡洛模拟产生符合给定区间的一组随机得分,再结合层次分析法与熵权法确定的影响道路排水系统的因子的综合权重,进行排水系统的模糊综合评价。在此基础上,迭代多次汇总各次模糊评价结果,并将评价结果与现场实测进行对比。结果说明:该评价体系具有一定的科学性,可为公路排水系统的养护工作提供一定的参考。

广州地区公路路基含水率季节性变化规律的现场试验研究

为了研究广州地区公路路基含水率的季节性变化规律,并提出合理的路基含水率变化模型,选取广州北二环高速公路的一段填方路基,采用埋设水分传感器的方式,对不同深度路基体积含水率进行了为期1年的现场实测。结果表明:广州地区降雨主要集中在4—10月份;路基体积含水率峰值在5—8月份,均超过0.33 m3/m3,随降雨量变化呈现出波动状态;不同深度路基体积含水率变异系数最大值均出现在5—7月份的雨季,且主要集中在路床部分;路基内部体积含水率随时间呈现出周期性变化规律,回归分析表明月平均体积含水率变化规律与月份具有良好的正弦函数关系,且其变化幅度与路基深度之间的关系能用指数函数来表征。

改善原地溶浸工艺中矿石破碎质量的力学机理

通过改善矿石的破碎质量 ,提高矿堆的渗透性 ,使原地溶浸法开采稳固性和渗透性极差的低品位铜镍矿石成为可能 .依据矿石中缺陷存在的情况 ,应用断裂动力学和损伤力学的观点 ,着重分析了爆炸应力波能量加载对矿石破裂、损伤行为产生的影响 ;对矿石块体中贮存爆破动能加载 ,致使块体产生破裂或损伤的行为进行了探讨 .此外 ,对浸蚀裂解与作用在爆堆上的地压能在破裂或损伤过程中所起的辅助作用进行了讨论 .给出了应用中深孔挤压爆破技术 ,原地崩落低品位铜镍矿石 ,形成溶浸矿堆的一些相应相关技术参数 .分析结果表明 :采用合理的爆破技术 ,可以改善应力波和爆破动能的加载条件 ,能提高矿石块体的破碎质量及累积损伤程度 ;借助于浸蚀裂解与地压能的作用 ,可进一步改善堆浸矿石的块体分布 ,提高溶浸液与有用组分的接触和被浸出的机会 .

水体下充填法开采顶板围岩导水裂缝带扩展规律的数值模拟研究

本文以湖南某铅锌金矿1号矿体为研究对象,采用大型线性结构静力及动力响应分析通用程序——SAP5及自编的后处理程序,分析了56个计算模型,对影响水体下水平与缓倾斜中厚矿体充填法开采顶板围岩导水裂缝带扩展规律的几个主要因素,即原始地应力条件变化、盘区矿柱留设与否、采空区规模、矿体厚度、矿体埋深及胶结充填体力学性质等,进行了较全面的数值模拟研究,得出了一些有益的结论,对预测产生现场导水裂缝带的发育高度及其理论研究,具有重要的指导作用。

爆炸能分配比值对粉矿产出率的影响

为进一步评价膨胀能（Ｅｂ）在破岩过程中所起的作用，进行了爆破破碎实验，研究了冲击能（Ｅｓ）与膨胀能（Ｅｂ）分配比值的变化对粉矿产出率的影响。实验结果表明，粉矿产出率的变化趋势直接受Ｅｓ／Ｅｂ比值变化的影响，证实了Ｅｂ中的部分能量以冲击加载的形式在破岩过程中起到了一定的作用。

爆炸能分配比值对爆炸应力波峰值的影响

为评价膨胀能Ｅｂ在破岩过程中的作用，进行了爆炸应力波的测定实验，研究了冲击能（Ｅｓ）与膨胀能（Ｅｂ）分配比值的变化对爆炸应力波峰值的影响。实验结果表明，随着Ｅｓ／Ｅｂ比值的增大，原生爆炸应力波的峰值随之增大，而次生爆炸应力波的峰值则相应减小。

软土深基坑分区开挖顺序对支护桩及城轨隧道影响的数值分析

为研究软土地区深基坑分区开挖及其施工顺序对自身和邻近城轨隧道的影响,以珠海某基坑工程为背景,运用有限元软件建立该工程的三维数值模型并模拟其施工过程,分析了基坑开挖方式和开挖顺序对基坑支护桩和邻近隧道的影响。结果表明:对于超大深基坑,分区开挖施工相比于整体开挖更好地利用了时空效应,有效控制基坑变形和减小对邻近隧道的影响;在分区方式相同的前提下,采用不同开挖顺序也会改变基坑的卸荷路径,最终导致同一基坑产生不同的隧道变形特性。由此得出,针对软土深基坑在施工方法上不仅要采用大化小的分区开挖方式,而且还应优先选择开挖释放量大的区域并搭配合理的支护加固方式,从而减少对基坑和邻近隧道的影响。

基坑开挖对下卧盾构隧道变形影响的计算分析

针对矩形基坑开挖对下卧隧道变形影响这类课题,基于Mindlin经典解,考虑了坑底残余应力及围护桩效应的影响,推导了基坑开挖卸荷作用在隧道处附加应力的计算公式。对于埋深超过1.5倍隧道外径的盾构隧道,通过在Pasternak模型上部增加一层弹簧层来考虑上覆土层对隧道的约束作用,建立起地基梁的挠度微分方程。采用有限差分的方法把隧道离散为独立的节点单元,从而求解出隧道纵向的竖向位移和水平位移,最后与有限元数值模拟、工程实测得到的隧道变形数据对比分析。研究表明:在考虑深埋盾构隧道与土体的相互作用时,相对于Pasternak模型方法,笔者方法更能反映两者之间真实的力学行为,得到的解析解更接近于数值解,与实测值吻合度也较高,证明了方法的合理性和优越性;另外,笔者方法省去了大量的建模工作,在设计方案时能够用于初步评估基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形的影响。

利用迭代思想标定砂土三轴试验宏-细观参数

为提高离散元中三轴试验宏-细观参数标定工作效率,提出一种新的方法——迭代标定法.利用fish语言编写程序在PFC^(3D)中实现了三轴试验的数值模拟.基于接触黏结模型对砂土三轴试验进行模拟,验证了迭代标定法的有效性.结果表明:颗粒刚度大小和颗粒刚度比都会影响偏应力的大小;颗粒法向刚度会影响初始杨氏模量;细观摩擦系数对偏应力的影响程度取决于模型围压的大小;黏结强度对接触黏结模型的应力应变曲线形态影响较小,但对平行黏结模型的应力应变曲线形态有较大影响.迭代标定法可以有效标定宏-细观参数,减少"试参数"过程.

实验药包爆炸应力波测试技术探讨

用压电晶体压力传感器测定实验药包在介质中产生的爆炸应力波,没有反映冲击能（E_）和膨胀能（E_b）对介质进行加载的实际情况。本文指出电阻应变传感器具备记录压缩相和拉伸相的能力,认为超动态应变测试系统适宜于测定爆炸应力波,并给出了用该系统对爆炸应力波进行测定的结果。

基于刚体离散元模型的矿岩散体流动规律

针对崩落采矿法矿石损失与贫化大的问题,利用刚体离散元原理和方法,成功研究了多种放矿制度下覆盖岩层与矿石的相互作用和界面动态变化过程。研究表明:在1 213 m左出矿口放矿时,其右上方约9 m位置矿石被废石包裹,即使再采用相邻或相间出矿口放矿,被包裹矿石也难以放出,矿石贫化损失最大;采用中出矿口放矿时,矿岩界面增大,呈漏斗状,贫化次之;采用左中右三个出矿口均衡放矿时,矿岩界面最短且近似平行下降,矿石贫化与损失最少。模拟结果对于预测不同放矿制度下,矿石的贫化与损失指标提供了可靠依据。

充填法采矿的顶板导水裂缝扩展规律数值模拟研究

采用数值模拟方法，以康家湾铅锌矿１号矿体采后充填为模拟对象，分析了盘区矿柱留设与否、胶结充填体力学性质２个因素对顶板围岩中导水裂缝发育情况的影响，得出了有益于指导现场生产的重要结论，同时，也为进行导水裂缝扩展高度的预测提供了一种新的方法。

爆炸冲击能和膨胀能破岩作用机理研究

为研究岩石破碎过程中爆炸应力波与爆生气体膨胀的作用，进行了耦合装药爆破实验。结果表明，耦合装药爆破时爆炸冲击能（Ｅｓ）和部分膨胀能（Ｅｂ）进行冲击加载，在介质中依次激起原生和次生爆炸应力波。不同Ｅｓ／Ｅｂ比值条件下，介质爆破致裂效果与破碎质量出现明显差异的主要原因，是这两个应力波加载水平发生了变化，进而影响到介质的爆破破裂行为。由此认为，Ｅｓ和部分Ｅｂ在破岩过程中所起的主要作用，是通过应力波与缺陷相互作用使岩石产生破裂的方式进行的；以（准）静态形式存在的部分Ｅｂ的主要作用，是促使爆破块度与岩体分离。

不同结构柱状药包径向破碎效应的实验研究

不同结构的柱状药包在有机玻璃板中爆炸后产主的民向破碎效应有明显的区别。本文介绍了实验情况，分析了产生不同破碎效应的原因，认为柱状中空药包爆炸产生的径向破碎效应有利于改善坚硬矿岩的破碎质量。