核级石墨PFC^(2D)模型的宏细观参数分析

颗粒流软件PFC能够很好地处理非连续介质力学的问题,模拟核级石墨的损伤和断裂过程具有独特的优势。在采用PFC^(2D)模拟核级石墨时,为了增加模拟的便捷性,实现了PFC^(2D)细观参数的快速标定。本文首先设计了四因素四水平的正交试验,分析了核级石墨的宏观参数与PFC^(2D)的细观参数关系;然后基于建立的核级石墨宏细观参数的关系,采用PFC^(2D)模拟石墨IG11的三点弯曲试验,并从位移场变形、荷载-位移曲线和断裂参数三个方面验证其宏细观参数关系的正确性。结果表明,弹性模量E随平节理模量E_(c)的增加线性增加;抗拉强度σ_(t)随平节理抗拉强度σ_(b)的增加线性增加;泊松比ν随平节理刚度比k_(n)/k_(s)的增加先增大后减小;数值模拟的位移场变化和荷载-裂缝口张开位移P-CMOD曲线与试验结果较吻合,此外,断裂参数的最大误差不超过3.57%。

高强混凝土的断裂特性及其参数化分析

为了研究高强混凝土(HSC)的断裂特性,对单边切缝的HSC梁进行三点弯曲试验,采用扩展有限元法(XFEM)对HSC梁进行数值模拟;采用数字图像相关技术(DIC)得到不同加载阶段HSC梁的水平应变场,并采用XFEM模型分析了不同缝高比a_(0)/D、梁跨度S对HSC断裂特性的影响。结果表明:模拟的荷载-裂缝口张开位移(P-s)曲线在加载阶段与试验结果基本一致,但在卸载阶段小于试验值;模拟的临界有效裂缝长度a_(c)、起裂荷载P_(ini)、峰值荷载P_(un)、峰值荷载下的裂缝口张开位移s、起裂断裂韧度K_(IC)^(ini)、失稳断裂韧度K_(IC)^(un)与试验结果大致吻合,即二者P-s曲线和断裂参数均比较接近,数值模型能较好模拟HSC的断裂行为;在试验过程中,裂缝路径不规则,而在数值模拟过程中,裂缝基本呈直线扩展;随着缝高比a_(0)/D增大,起裂荷载P_(ini)、峰值荷载P_(max)、K_(IC)^(un)减小,K_(IC)^(ini)基本不变;随着跨度S的增大,起裂荷载P_(ini)、峰值荷载P_(max)减小,K_(IC)^(un)增大,而K_(IC)^(ini)基本保持稳定。

层状地层中矩形隧洞围岩应力及位移

为从理论上探析层状地层中隧洞围岩应力和位移求解问题,基于Покровский当层法理论,将层状地层转化为均质地层,再利用复变函数将坐标平面z上均质地层中矩形隧洞映射为复平面ζ的单位圆。首先,针对浅埋隧洞,阐述计算其应力及位移的方法;其次,针对深埋隧洞,通过求解解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),得出层状地层中深埋矩形隧洞围岩应力,进而获得围岩应变和位移;最后,针对某具体矩形隧洞,借助MATLAB软件求解其解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),研究围岩侧压力系数、边界力和隧洞高宽比等对隧洞围岩应力的影响。

基于岩体质量Q系统的隧道围岩分级

岩体质量Q系统未考虑隧道上覆不同地质条件岩土体位置关系的相互影响。阐述了岩体质量Q系统在进行围岩分级时存在的问题,基于摩尔-库伦强度准则,提出了计算隧道围岩松动区和承载区的公式,得出当隧道围岩等级越高,即围岩稳定性越差时,松动区外半径、承载区外半径以及塑性区外半径越大;通过将理论分析方法与数值模拟方法相结合,求出了隧道围岩重要性系数,提出了一种隧道围岩分级新计算公式。

悬臂式掘进机在岩溶隧道暗挖施工中的应用研究

以贵阳市轨道交通某区间暗挖岩溶隧道为对象,从悬臂式掘进机的选用背景及目的、施工工艺及方法、优缺点分析及施工优化等方面介绍其在地铁暗挖岩溶隧道中的应用。研究表明,选用悬臂式掘进机可加快施工进度,减少围岩扰动,降低安全风险以及提高开挖质量等,是传统钻爆法施工所无法比拟的。

基于基桩低应变检测基本原理与检测方法的研究

为研究地下车库基桩低应变检测的基本原理与检测方法,采用PDS-PS基桩动测仪、手锤和力棒等设备进行检测,获得反射波波速、完整性类别及反射波波形图等,研究结果表明:低应变反射波法简单易行、操作方便、快速灵活、效率高、耗费少,锤击能量小,属于无损检测;将基桩假定为一维均质弹性杆件模型即L桩长≥D桩径,通过锤击桩顶产生的应力波沿桩身向下传播,遇到桩身缺陷时,会产生反射和投射,通过完整性分析和打印的波形对桩身完整性做出判断;当桩身无缺陷时,Z1=Z2,VR=0,桩身内部不存在反射波,只存在桩底反射波;当桩身存在缺陷时,Z1> Z2,VR与VI同号,即在实测时域曲线上,反射波与入射波同相;当桩身存在扩径等原因而使波阻抗增大时,即Z1<Z2,VR与VI反号,即不在实测实域曲线上,反射波与入射波反相。当桩身存在缺陷时,根据接收到的缺陷反射波与锤击桩顶出发的时间差和声波在基桩内传播速度V来计算基桩内的缺陷位置;在140根基桩中抽取24根基桩进行完整性检测,Ⅰ类桩共有18根,占所测桩数比例为75%;Ⅱ类桩共6根,占所测桩数比例为25%;Ⅲ,Ⅳ类桩共0根;在140根基桩中抽取24根基桩进行检测,其中完整桩共有18根,占所测桩数比例为75%;缩桩共6根,占所测桩数比例为25;扩径桩、离析桩及断桩共0根;从基桩完整性类别和典型桩类别所占比例来看,所检测基桩完整性较好,桩身结构承载力较好,振动反应曲线较为规则,波形清晰、完整、直观。

超大断面处马头门破除关键技术探析

针对马头门处施工不当易造成原结构的变形,增大地表的沉陷,严重时甚至引起结构破坏的问题。结合贵阳地铁某车站斜井入超大断面正洞时的处置方法,对马头门开挖方法做了详细的介绍,同时,阐述了马头门处一些常见问题,为类似工程施工提供经验借鉴。

V字形地表浅埋隧道围岩松动压力计算方法

基于水平地表和倾斜地表浅埋隧道围岩松动压力的计算方法,对V字形地表浅埋隧道构建力学简化模型,并推导了围岩松动压力计算理论公式。结果表明,围岩垂直松动压力与偏移量t呈二次函数关系:当偏移量t满足0≤t≤B/2时(B为隧洞净跨),随着偏移量的增加,V字尖端左侧围岩垂直松动压力增大,V字尖端右侧围岩垂直松动压力减小;当偏移量t≥B/2时,随着偏移量的增加,隧道完全偏向V字尖端的一侧,此时隧道相当于处于倾斜地表下,围岩的垂直松动压力会持续增大;V字形浅埋隧道总的围岩松动压力呈增大趋势,随着斜直面上的侧压力系数λ增大,围岩的总压力也随之增大。隧道水平松动压力与偏移量呈一次函数关系,随着偏移量的增大,V字尖端左侧隧道水平松动压力增大,V字尖端右侧隧道水平松动压力减小,隧道左右受力不均匀,隧道结构不稳定,可以通过推算的偏移量与松动压力间的关系进行有效加固。

不同桩芯微型桩抗弯承载力试验研究

为研究不同桩芯微型桩在隧道洞口不良地质边坡中的治理效果,拟对钢筋‑混凝土、工字钢‑混凝土、钢管‑钢筋‑混凝土、钢管‑工字钢‑混凝土微型桩开展抗弯极限承载力试验。研究表明,工字钢‑混凝土微型桩相比钢筋‑混凝土微型桩极限抗弯承载力不仅大幅度提升,其抵抗位移变形的能力也有所增加。钢筋‑混凝土微型桩和工字钢‑混凝土微型桩桩径由140 mm变化到203 mm,韧性分别提高25%、50%,抗弯承载力分别提高89%、91%。钢管微型桩的韧度、极限抗弯承载力都明显强于裸露混凝土桩,即使变形已非常显著,仍能继续受力。钢管‑钢筋‑混凝土微型桩、钢管‑工字钢‑混凝土微型桩桩径由140 mm变化到203 mm,抗弯承载力分别提高近256%、265%。

钢管-桩心配筋微型桩极限抗弯承载力研究

钢管-桩心配筋微型桩是在微型钢管桩的基础上加入桩心钢筋组合而成。对钢管-桩心配筋微型桩进行了室内极限抗弯承载力试验。结果表明:随着弯矩增大,试件中性轴往受压侧移动,承载力不断提高;设计时应考虑桩心钢筋对抗弯承载力的贡献;钢管-桩心配筋微型桩试件在纯弯矩作用下表现出较好的延性。与无桩心配筋的微型钢管桩极限抗弯承载力对比后发现,桩心钢筋的存在使得钢管-桩心配筋微型桩极限抗弯承载力提高了50%,可在工程中推广应用。

贵阳地区泥质白云岩物理参数试验研究

基于贵阳轨道交通工程,采集场区泥质白云岩岩样,开展重度、含水率、孔隙率等试验,结果表明:其天然重度与饱和重度的平均值分别为30. 86,30. 53kN/m^3,试样的含泥量较低,导致其重度值较高,且明显高于泥岩的重度;其天然含水率与饱和含水率分别为0. 1%～0. 6%,0. 7%～2. 1%,其含水率特征接近砂质泥岩范畴;其颗粒密度为2. 8～3. 2g/cm^3,孔隙率为0. 7%～10. 9%,其孔隙率特征与砂质泥岩极其相近,内部孔隙较多。

贵阳地区泥质白云岩电镜扫描试验及其损伤研究

为研究贵阳地区泥质白云岩微观结构及其损伤力学行为间的规律,采用万能试验机、静态电阻应变仪、电镜扫描仪、离子溅射仪等设备进行试验,获得各试件的应力值、应变值、弹性模量、损伤参量及对应岩样的微观结构,再基于岩石的临界损伤值对围岩的稳定性进行判定,研究结果表明:贵阳地区泥质白云岩存在碎屑状、似羽状及片状3种微观结构;碎屑状结构,单轴压缩试验时岩样破碎且分散,破碎程度高,形状参数小且分布于0～5,损伤值大且分布于0. 1～0. 2,岩样表现为脆性,岩样的临界损伤度为0. 437,围岩稳定性差;似羽状结构,单轴压缩试验时沿着试件表面开裂且脱落,岩样较为完整,破碎程度中等,形状参数中等且分布于5～10,损伤值中等且分布于0. 02～0. 1,岩样表现为弹性,岩样的临界损伤度为0. 149,围岩稳定性良好;片状结构,单轴压缩试验时沿着试件对角线开裂,并在试件表面呈现大块脱落,破碎程度小,形状参数大且分布于10～16,损伤值小且分布于0～0. 02,岩样表现为塑性,岩样的临界损伤度为0. 071,围岩稳定性好。

深埋隧洞三岔口围岩稳定性计算理论

为研究辅洞与隧洞主洞相交的三岔口区围岩稳定性,基于弹塑性理论圆形孔口应力计算方法,推导出深埋隧洞三岔口围岩稳定性计算理论。研究结果表明:当辅洞与隧洞主洞夹角(α)为90°时,三岔口区围岩垂直应力σh达最大值,且σh随α和侧压力系数λ减小而减小;随着塑性圈半径R0减小,σh逐渐增大;由三岔口围岩到深部围岩,其应力集中系数K呈下降趋势;随着α增大,K也逐渐增大,直至α=90°时,K达到最大值;随着围岩等级降低,破坏深度Q逐渐增加,Ⅰ~Ⅳ级围岩三角区破坏深度递增趋势不明显,Ⅴ级围岩中破坏深度呈指数形式增加;当α一定时,理论最大等效跨度Ltmax仅与隧洞尺寸有关,极限等效跨度Lpmax还与Q有关;通过理论计算划定辅洞修建跨度的安全范围与极限范围。

微型桩抗弯承载力试验研究

对于存在安全隐患且急需抢险处治的的滑坡、路堤边坡、基坑等救灾工程,坡体稳定性差,传统支挡结构难以实现快速施作,而微型桩具有明显优越性。但不同形式的微型桩,其承载力及破坏特征不同。通过改进yas-2000型压力试验机,并将其用于测试钢筋混凝土桩、钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力,结果表明:①钢筋混凝土桩的受力全过程可分为3个阶段,即未裂阶段、裂缝阶段及破坏阶段;②钢管混凝土配钢筋桩及钢管混凝土配工字钢桩的受力过程可分为4个阶段,即压实阶段、弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;③通过对比分析上述3种不同结构微型桩的荷载-位移曲线得出在3种不同结构的微型桩中,直径相同时钢管混凝土配工字钢桩的抗弯承载力最大,其极限弯矩值为209.21 kN·m。

裂隙倾角对泥质白云岩强度影响试验研究

地下岩体中普遍存在的裂隙是影响岩体拉压性能的重要因素之一。依托贵阳轨道交通工程,采集泥质白云岩,开展劈裂试验和单轴压缩试验,分析了不同裂隙角度对泥质白云岩拉、压性能的影响。结果表明:(1)劈裂试验中,泥质白云岩抗拉强度为3～7 MPa,平均值为5. 03 MPa,抗拉强度随裂隙角度的增大呈下降趋势,劈裂模量为0. 1～2. 84 GPa,整体呈幂函数下降趋势;(2)泥质白云岩的抗压强度较高,分布在60～130 MPa之间,平均抗压强度为87. 25 MPa;随裂隙角度的增大,试样抗压强度呈先减小后增大趋势;通过理论推导,得出岩体中最易破裂裂隙角度为22. 5°～45°,与试验结果相符;弹性模量随裂隙倾角整体呈上升趋势;(3)通过对泥质白云岩拉压强度对比,得出泥质白云岩抗压强度平均值与抗拉强度平均值之比为18. 97。

层理泥质白云岩各向同性弹性力学试验研究

为了进一步研究层理泥质白云岩各向同性力学性能,对层理角度为0°、30°、45°、60°、90°泥质白云岩开展单轴压缩试验、EDS试验,通过试验验证其具有各向同性,在此基础上建立本构模型研究层理泥质白云岩力学性能。研究结果表明,层理泥质白云岩微观晶体结构以组合、叠聚形式存在,使其由不同晶体结构的各向异性变为定向排列的各向同性;最终基于单轴压缩试验得其各向同性的5个弹性常数,并依靠试验数据进一步研究弹性常数、层理间距、岩体密度等对岩体动力问题的影响,丰富了层理泥质白云岩在隧道围岩稳定性方面的研究。

贵阳地区泥质白云岩电镜扫描试验及力学性能研究

以贵阳地区泥质白云岩为研究对象,通过开展单轴压缩、劈裂、直剪及电镜扫描等试验,结果表明:含微裂纹的试样受载后呈张拉性破坏,破坏过程可分为微裂隙闭合、弹性及断裂破坏等3个阶段;当初始裂隙优势角相同时,岩样的弹性模量随裂缝长度(裂缝密度)的增大而减小;当层理走向与加载方向夹角增大,岩样的极限应变值也增大;给出了岩样剪应力与法向应力的函数关系、内摩擦角及黏聚力; Ca CO3是贵阳地区泥质白云岩的主要矿物成分,其含量是造成岩样力学性能差异的重要因素之一;试验岩样内部孔隙较多,岩体微观颗粒黏结紧密程度差,微观结构对岩石的宏观力学性能有很大影响。

层状地质公路隧道围岩稳定性数值分析

层理作为一种层状构造,其存在影响隧道围岩稳定性。为研究层理与隧道纵断面成不同交角时,其对隧道围岩稳定性的影响,文章基于有限元模拟软件MIDAS GTS,对5种角度层理岩体隧道进行了模拟,结果表明:随着层理角度的增加,围岩稳定性逐渐变好,于45°时,围岩稳定性最好,随后围岩稳定性逐渐变差。

深埋矩形巷道围岩压力拱变化规律研究

为探究深埋矩形巷道围岩压力拱变化规律,基于复变函数理论的保角变换方法,将平面z上深埋矩形巷道轮廓转换为ζ平面上的单位圆,然后通过Matlab软件求解2个解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),求出了围岩压力计算公式。建立矩形巷道的数值模型,通过将巷道围岩应力数值模拟结果与理论计算结果进行对比,验证了理论计算公式的准确性。在此基础上,根据围岩压力拱的定义,求出矩形巷道压力拱范围,同时研究了侧压力系数、矩形巷道高宽比以及边界力对围岩压力拱的影响。结果表明:当侧压力系数λ由小到大取值0.15,0.30,0.5,1时,其围岩压力拱厚度由小变大;当巷道高宽比a/b由大到小取值6/4,6/6,6/8时,其围岩压力拱厚度由小变大;当竖向应力分别取67.5,135.0072,270.0144kPa时,若围岩未进入塑性,则边界力的取值对巷道压力拱无影响。