颗粒离散元岩石模型的宏细观抗拉强度关联

颗粒离散元数值模型由于具有反映材料宏细观力学特征的天然优势,而被大量学者采用开展岩石力学课题相关研究,但DEM数值模型涉及的跨尺度关联和参数标定问题给研究者带了挑战,且尚未形成获得统一认可的定量分析方法.基于规则排列的圆形颗粒DEM岩石试件拉伸模型,开展细观接触破裂模式与宏观拉伸破坏强度相关性的力学分析,指出岩石试样宏观抗拉强度取决于内部细观接触破裂模式,而细观破裂模式则受到接触抗拉强度、接触抗剪强度、接触法向刚度、接触切向刚度,甚至颗粒大小及排列方式的共同影响.根据理论分析及数值模拟结果提出了4种细观破裂模式及相应宏观抗拉强度理论计算公式,并将公式修正应用于随机颗粒排列的类岩石材料DEM模型,从细观角度揭示了宏观DEM岩石材料拉伸破坏机理,构建了宏细观抗拉强度参数关联.所建立关联公式的合理性得到了大量随机数值模拟结果的有效验证,可为研究者利用颗粒DEM数值模型进行岩石和混凝土等类脆性材料模拟的参数选取及标定工作提供重要的参考依据.

考虑双对数模型下非达西渗流的软土一维大应变固结分析

鉴于目前半对数模型难以较好地描述大应变软土的非线性压缩和渗透关系的现状,引入适用于软土大应变的双对数压缩渗透模型,建立了考虑非达西渗流的饱和软土地基一维大应变固结方程,并给出了有限差分数值解,通过与室内试验和解析解对比,验证了解答的可靠性。在此基础上,分析了渗流参数、双对数压缩和渗流非线性关系参数和外荷载对固结性状的影响。结果表明:压缩指数I_(c)一定时,渗透参数越大,土层固结越慢;渗透参数一定时,压缩指数I_(c)越大,土层固结越慢;外荷载q_(u)越大,土层的沉降量就越大,超静孔隙水压力消散越快,土层的固结速率也越快;最后,对大、小应变固结理论下差分解对比分析,发现土体发生较大应变时,小应变固结理论将不再适用,此时应采用大应变固结理论开展计算。

考虑变荷载与非达西渗流的软土一维非线性固结分析

为研究变荷载作用下软土的一维非线性固结特性,通过引入新的一维非线性压缩模型,推导出变荷载作用下考虑非达西渗流的饱和软土地基一维非线性固结方程。基于有限差分法求解,并通过与半解析解结果对比分析,验证了其合理性与可靠性。根据该固结方程的解答,详细讨论了非达西渗流参数(m和i 1)、土体初始压缩系数、压缩指数与渗透指数的比值以及加载速率与加载形式对土体固结的影响。结果表明:随着非达西参数(m和i 1)及压缩指数与渗透指数的比值的增大,土体的固结速率减慢;土体初始压缩系数越大,土体的固结速率越快;荷载的加载速率越快,土体的固结速率就越快;与已有模型相比,引入的新模型无需测量土体的初始有效应力,可更加方便地应用于工程中。

“先封顶,后结底”全逆作法深基坑底板防排水系统施工技术研究

存在渗透地下水的软岩深基坑,通过在地下室底板设置盲沟排水+多次重复注浆防水等“疏堵结合”的防排水措施,避免底板因地下水浮力、渗透压力影响结构稳定和耐久。施工阶段临时排水沟按照导水盲沟的位置、尺寸开挖,实现临时排水沟与盲沟的永临结合,在集水井内嵌套布置临时水箱,实现底板干作业,确保底板底防水层及底板混凝土浇筑施工质量。地下水通过盲沟系统进入雨水回收系统,可作施工用水与医院中水,节约水资源。逆作法施工时,底板混凝土的收缩容易造成底板与地下连续墙接缝开裂,将多次重复注浆工艺用于接缝防水,既解决施工阶段的孔隙和裂缝封堵,也为使用阶段裂缝防治提供便捷方案。

条形基础作用下粗粒土地基沉降计算改进方法

目前,工程中普遍采用规范法和分层总和法计算粗粒土地基沉降量,然而,上述方法是基于连续介质理论建立的,与工程实际存在差异,其结果也存在一定误差。针对这些不足,考虑粗粒土地基散体介质特征,建立了求解条形均布荷载作用下粗粒土地基附加应力的解析方法;基于孔隙介质力学理论,建立了变形力学参数随地基变形呈非线性变化的参数计算模型;在此基础上,提出了适用于粗粒土地基沉降量计算的分层总和改进方法。分别采用规范法、分层总和法和提出的改进方法计算某实例沉降量,并与试验监测值进行对比分析。结果表明,建立的条形基础作用下粗粒土地基沉降计算改进方法更接近试验监测值,表明方法具有合理性和可行性。

考虑成层土阻水减渗效应的地表水入渗过程分析模型

为完善地表水入渗过程分析的理论方法,抓住从高吸力土入渗到低吸力土,入渗会有停滞和入渗速率降低的特点,考虑湿润锋附近土体的非饱和特性,将土壤中水分运移划分为上层土入渗阶段、滞水入渗阶段和下层土入渗阶段,推导了可反映成层土入渗中阻水减渗作用的地表水入渗模型。通过与已有试验结果和现有同类型模型的对比分析,对模型参数进行敏感性分析。结果表明:本文模型比较准确地描述了层状土入渗中的滞水和减渗现象,更好地反映了入渗机理。当湿润锋行进发生停滞时,假设入渗速率呈线性下降是符合实际情况的。不同的土体性质对入渗有不同的影响:下层低吸力土的种类、埋深及积水深度对入渗特性有较大的影响;土体初始含水量仅对入渗时间影响较大;湿润锋过渡区占比对滞水作用有较大影响。

考虑损伤阀值影响的岩石损伤统计软化本构模型及其参数确定方法

在基于Lemaitre应变等价性理论的岩石损伤模型基础上,首先探讨岩石应变软化变形过程中损伤变量或损伤因子的变化规律,并结合岩石应变软化变形全过程特征及其损伤机制的研究,探讨建立岩石损伤演化模型时考虑损伤阀值影响的必要性;其次,在对现有岩石微元强度度量方法研究的基础上,提出可考虑损伤阀值影响的新型岩石微元强度度量方法,并引进统计损伤理论,建立可考虑损伤阀值影响的岩石统计损伤演化模型,该模型不仅能反映损伤阀值的影响,而且能反映岩石损伤程度受应力状态影响和岩石损伤在不同应力状态下损伤起始点不同的特性;再次,在此基础上,建立能充分模拟岩石应变软化变形全过程的损伤统计本构模型,并提出其参数确定方法,该模型不仅能充分反映岩石在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性,而且模型参数物理意义明确,适用于复杂应力状态情况;最后,通过工程实例分析,验证了该模型的合理性。

考虑加速蠕变的岩石蠕变过程损伤模拟方法

针对岩石蠕变的阶段性特征,在深入研究岩石蠕变力学机理基础上,将岩石蠕变过程视为线性与非线性蠕变过程的迭加,通过引入损伤理论和Kachanov损伤演化规律,构建出可反映岩石非线性蠕变过程即加速蠕变过程特征的弹塑性损伤体元件模型,将其与可较好地反映岩石线性蠕变过程即减速蠕变过程特征的Kelvin元件模型进行串联复合,建立出可反映岩石蠕变全过程尤其是加速蠕变特点的岩石蠕变模型,并提出了简单可行的模型参数确定方法,从而建立出岩石蠕变全过程的新型模拟方法;该模型或方法不仅能较好地模拟岩石从减速到加速的蠕变全过程,而且,模型参数少,易于确定.最后,通过理论与实测曲线的对比分析,表明了该模型的合理性与可行性.

基于残余强度变形阶段特征的岩石变形全过程统计损伤模拟方法

岩石应变软化变形破坏全过程模拟是岩石力学研究的重要内容。首先在分析岩石应变软化变形全过程不同阶段变形特征基础上,针对现有岩石损伤模型难以反映岩石破坏后仍具残余强度特性的不足,假设受载岩石可抽象为损伤和未损伤两部分材料组成,其所受轴向荷载由这两部分共同承担,且损伤部分所受应力为残余强度,建立出可反映岩石破坏后仍具残余强度特征的新型损伤模型;其次,引进统计损伤理论,在探讨岩石微元强度合理度量方法的基础上,考虑岩石损伤阀值的影响,建立可反映岩石变形全过程特征的岩石统计损伤演化模型;然后,利用上述岩石损伤模型和损伤演化模型建立出可模拟岩石应变软化变形全过程的损伤统计本构模型,并建立其模型参数确定方法,该模型能较好地反映岩石峰后残余强度阶段变形特征;最后,通过实例分析与讨论,并与其他同类模型分析结果进行比较分析,表明本文模型与方法的合理性与优越性。

基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法研究

利用岩石微元强度服从Weibull随机分布的特点,引进能合理描述岩石微元强度的参量,基于岩石三轴应力-应变试验曲线,建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化本构模型。在此基础上,探讨了基于Weibull分布的岩石损伤软化模型参数与围压的关系,并结合模型参数对该模型的影响规律以及岩石破裂过程全应力-应变试验曲线的特点,对其参数进行了合理修正,从而建立了更加符合实际的岩石损伤软化本构模型,并与试验结果及前人研究结果进行了对比分析。分析结果显示了该模型的合理性,表明该模型具有广泛的工程应用前景。

考虑体积变化影响的岩石应变软硬化损伤本构模型及参数确定方法

针对现有岩石损伤模型的局限性与不足,将应力作用下的岩石抽象为空隙、损伤与未损伤材料三部分,以空隙率反映岩石体积或空隙的变化,以损伤变量或损伤因子反映岩石力学性态的改变程度,通过对各部分材料的微观受力及其与宏观应力和应变的关系进行分析,建立了可反映岩石变形过程中体积或空隙变化特性的新型岩石损伤模型;从岩石微元强度合理度量方法研究入手,引进统计损伤理论,建立了可考虑损伤阀值影响的岩石统计损伤演化模型,进而建立了能模拟应变软硬化全过程的岩石统计损伤本构模型,并提出了参数确定方法。该模型不仅能反映岩石应变软硬化特性,而且能反映岩石变形的初期压密和后期扩容的特性。通过实例分析与讨论,表明模型合理与可行。

岩石损伤软化统计本构模型之研究

从岩石微元强度分布的随机性出发，引进正确描述岩石微元强度分布的参量，建立了三维岩石损伤演化方程和岩石损伤软化本构方程，从而阐述了岩石损伤的机理。充分反映了岩石破裂的全过程，尤其是软化特性，也真实反映了岩石强度受应力状态影响的现象。该模型已由试验得到验证，具有广泛的应用前景。

土石混填路基压实度检测新方法探讨

土石混填路基变形模量和孔隙率随荷载增加而发生变化,土石颗粒受载前后体积不变,基于上述特点,建立了集中荷载作用下土石混填路基孔隙率和变形模量的变化模型,引进分级加载的思想和基于集中荷载作用于半无限空间的布辛奈斯克理论,建立了可考虑土石混填路基变形模量与孔隙率变化影响的路基表面竖向位移计算模型,利用土石混填路基表面静载试验曲线及曲线拟合方法确定了土石混填路基初始孔隙率,建立了土石混填路基压实度检测新方法.结合某工程实例进行测试结果对比分析,结果表明:新方法与传统方法测试结果吻合,能加快测试速度,降低对路基的破坏程度.

考虑空隙压密阶段特征的岩石应变软化统计损伤模拟方法

为建立能很好地反映岩石变形破坏全过程模拟方法,针对现有岩石统计损伤本构模型难以反映初始压密阶段变形非线性的局限性与不足,首先,在充分探讨空隙岩石变形机理基础上,采用宏观与微观相结合的分析方法,将空隙岩石抽象为岩石骨架和空隙两部分组成,建立空隙岩石变形分析模型;然后,在探讨空隙部分变形机理基础上,考虑空隙压密引起变形的不可恢复性特征,建立空隙部分变形分析方法,同时,引入统计损伤理论,建立岩石骨架变形分析方法,进而建立模拟空隙岩石变形破坏全过程的统计损伤本构模型,并给出了其参数确定方法。该模型不仅能反映空隙岩石的应变软化特征,而且,还能较好地反映空隙岩石在初始压密阶段的变形非线性特点。最后,通过试验曲线、本文及现有同类模型理论分析曲线的比较,表明了该模型与方法的合理性与优越性。

岩石损伤统计强度理论研究

本文从岩石微元强度服从Weibull分布的角度出发,建立了模拟岩石破裂全过程的损伤本构模型。在此基础上,根据岩石屈服或破坏的概念,重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度理论的途径,初步建立了一种新的岩石强度理论即岩石损伤统计强度理论及其建立方法,与实测结果及其它岩石强度理论比较表明,具有明显的优越性。

基于新型损伤定义的岩石损伤统计本构模型探讨

针对几何损伤理论中损伤定义的局限性与不足,对岩石损伤定义进行了改进;在此基础上,将在应力作用下的岩石材料抽象为破坏与未破坏两部分,并根据这两部分不同的受力情况,建立出新型损伤模型;其次,利用统计损伤理论,建立出岩石统计损伤演化方程,进而建立起基于特定围压下的岩石损伤统计本构模型;然后,通过探讨模型参数与围压的经验关系,对模型进行合理修正,从而建立了反映不同围压条件下的岩石损伤统计本构模型,并通过探讨模型参数的物理意义,初步建立了反映岩石软化与硬化特性相互转化的临界物理力学参数的确定方法。该模型能够反映岩石软化与硬化特性相互转化的特征,与试验结果进行比较分析表明,该模型与实测结果吻合良好。

岩石破裂过程的统计损伤模拟研究

根据岩石微元破裂服从正态分布的特点 ,引进能合理描述岩石微元强度的参量 ,基于岩石单轴应力应变试验曲线建立了反映岩石破裂全过程的统计损伤本构模型 ,据此对岩石统计损伤变量进行合理修正 ,从而建立了反映岩石破裂全过程的三维统计损伤本构模型 ,充分反映了岩石强度受应力状态影响的现象 。

基于正态分布的岩石软硬化损伤统计本构模型及其参数确定方法探讨

在现有新型岩石损伤模型研究基础上,首先,利用岩石微元强度服从正态分布的规律与岩石损伤的能量原理建立能反映特定围压下岩石应变软化或硬化变形全过程的损伤统计本构模型;其次,通过研究特定围压下岩石应力应变全曲线的特征及其在不同围压下特征参数(峰值点强度与应变)之间的关系,建立岩石损伤软硬化统计本构模型参数的确定方法,从而建立能充分反映不同围压下岩石应变软硬化变形全过程的统一损伤软硬化统计本构模型,该模型具有参数少、易于确定和能同时反映岩石应变软硬化特性的特点,并且模型参数确定方法揭示了模型参数的物理意义。理论与试验结果的比较分析表明了本文模型的合理性。

基于统计损伤理论的莫尔-库仑岩石强度判据修正方法之研究

首先,引进基于莫尔–库仑岩石强度判据的岩石微元强度表示方法,从岩石微元强度服从Weibull随机分布的角度出发,基于岩石三轴应力–应变试验曲线建立了特定围压下反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型;然后,通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与围压的关系对模型参数进行了合理修正,从而建立出更加符合实际的岩石三维损伤软化统计本构模型;最后,在此基础上,根据岩石屈服或破坏的概念,重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度判据的途径,从而对莫尔–库仑岩石强度判据进行了合理修正,修正后的莫尔–库仑岩石强度判据与实测结果及莫尔–库仑岩石强度判据比较表明,其具有明显的优越性。

条形基础下地基非线性沉降的改进计算方法

针对地基土体孔隙压缩性导致其变形力学参数变化的特征,对条形基础下地基的非线性沉降计算方法进行改进。首先,通过深入探讨附加应力和应力历史对地基土体模量影响的力学机制,分别建立地基土体变形力学参数随附加应力和应力历史变化的分析模型;然后,利用地基沉降计算的传统分层总和法,考虑地基沉降计算的非线性特征,并引入分级加载的思想,提出条形基础非线性沉降的新型计算方法,该方法不仅反映地基土体变形力学参数随附加荷载变化的特征,也反映地基土体由于初始应力水平或应力历史不同而引起的土体模量不同对地基沉降计算的影响,而且可有效地避免地基沉降计算中压缩试验曲线的使用;最后,通过工程实例计算与分析,并与实测沉降值和其他方法计算结果进行比较,表明方法的合理性与可行性。