土体耗散势的不存在与不可解耦

从热力学出发,发现了基于不可逆热力学土体损伤理论所存在的两大基本问题:①岩土材料是否存在耗散势函数;②耗散势函数可否分解为塑性势函数和损伤势函数,即塑性、损伤两种耗散机制可否解耦。分别给出了全量型和增量型两种耗散势函数存在的充分必要条件并加以严格证明,结合土体的基本变形性质,证明了土体不存在耗散势函数。进一步考察耗散势函数的解耦性,给出了全量型和增量型这两种耗散势函数塑性耗散与损伤耗散可解耦的充分必要条件并进行了严格论证,结合土体的基本变形性质,证明了土体塑性耗散和损伤耗散机制不可解耦。从而证明了塑性耗散势与损伤耗散势都是不存在的。

基于能量方法的结构性土体损伤演化规律研究

结构性土体的力学特性具有明显的损伤破损效应。根据岩土材料复合体损伤理论,结构性土体可看作是由结构相和损伤相各占一定比例的复合材料。结构性土体的损伤过程本质上是土体中结构相的变形能向相变损伤耗散能转化,相变损伤耗散能促使结构相退变为损伤相的损伤发展过程。从任意方向截面上看,结构相表面损伤后即变为损伤相的表面。基于此认识,把结构性土体的损伤变量与结构相、损伤相所占的截面面积联系起来,从而与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致。将土体结构的损伤引起的外力多做的那部分功定义为相变损伤耗散能,并将此引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构性土代表体元的能量分析,推导了基于结构损伤耗能条件下的损伤演化方程,给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。

围岩稳定性粗糙集专家系统设计

以粗糙集理论为基础,设计了专家系统的知识获取和知识过滤模块,构建了围岩稳定性评价专家系统。运用粗糙集理论的数据挖掘技术,对数据进行分析,从实测的数据中删去大量对决策无效的冗余数据,实现了对知识库的精简,形成了决策规则。解决了专家系统开发过程中的知识获取、知识处理和知识运用的核心难题。将基于粗糙集理论的专家系统应用于围岩稳定性评价,为围岩稳定性评价提供了一种新方法。

岩体隧道蠕变效应的有限元分析

对岩体隧道的长期观察和量测表明，许多在成洞之初的岩体，由于蠕变变形随时间不断发展，经过一段时日以后，围岩体可能会发生失稳或坍塌破坏。传统的弹性或弹塑性理论，无法考虑变形的时间因素。选用流变理论中能很好反映岩体应力应变随时间变化的广义开尔文模型，结合某岩体隧道的实例，利用有限元分析软件ANSYS模拟了岩体隧道开挖后围岩蠕变的全过程。模拟的结果使人们能够方便地掌握岩体隧道各个部位在不同时刻的变形量和蠕变率。对岩体隧道的设计和施工有一定的指导意义。

损伤本构模型在边坡工程损伤破坏研究中的应用

从材料破坏机理与规律出发研究结构性土体工程的渐进破坏过程,是实际工程研究的重要方向。针对结构性土的变形特点和传统本构模型解决结构性土体工程渐进破坏过程的不足,采用作者以前提出的结构性土损伤本构模型对边坡工程算例的渐进破坏过程进行模拟分析。算例计算结果分析表明:边坡在破坏过程中会形成一个贯通剪切带,剪切带土体完全损伤;剪切带上方土体损伤相对较小,且有距离剪切带越远损伤越小的趋势;剪切带下方土体损伤也较小,主要因为开挖对其影响很小且处于稳定的坡体内。研究证明,运用结构性土损伤本构模型能较好地解决实际工程损伤破坏问题。

岩土流动势的存在性及解耦性

基于不可逆热力学岩土损伤理论的流动势理论存在两个基本问题:(1)岩土材料是否存在流动势;(2)流动势可否分解为塑性势和损伤势,即塑性、损伤两种机制可否解耦,给出了流动势存在的充分必要条件并加以严格证明,结合岩土的基本变形性质,证明了岩土不存在流动势。进一步考察流动势的解耦性,给出了流动势的塑性流动与损伤流动可解耦的充分必要条件,并进行了严格论证,结合土体的基本变形性质,证明了岩土塑性流动和损伤流动机制不可解耦,从而也为其他固体材料流动势的存在性和解耦性提供判别依据。

对“土体耗散势的不存在与不可解耦”讨论的答复

非常感谢蔡国庆博士研究生等对＂土体耗散势的不存在与不可解耦＂一文[1]（以下简称＂原文＂）的关注及讨论,结合讨论稿所提到的几个问题,答复如下：（1）原文中已指出,耗散势涉及两个基本问题：①岩土材料是否存在耗散势函数;

棚洞结构洞形优化计算分析

随着国民经济的发展和社会的进步,公路隧道环保型建设技术日益受到重视。以南京—淮安高速公路南京江北段老山公路隧道为依托,提出了一种环保型结构——新型棚洞。采用大型通用有限元软件ANSYS对5种不同棚洞结构型式进行了优化。从弯矩、轴力、剪力3个方面综合计算分析表明,全拱式棚洞是最优方案。

隧道单侧扩建跳槽式开挖方法合理槽宽的确定

随着交通量的日益增加,原有隧道的容量已经不能满足需求,需要在原有的隧道的基础上进行扩建。本文根据隧道扩建的自身特点,建议采用"跳格掏槽,间隔爆破"的扩建方式—跳槽式开挖。从跳槽开挖产生拱效应的机理及力学特性入手,分析了在隧道埋深一定的情况下,通过合理拱轴线模型,得出了隧道扩建跳槽式开挖合理槽宽与预留间隔长度计算公式。结合重庆渝州隧道的扩建工程,确定了该浅埋隧道扩建跳槽开挖的合理掘进长度与预留间隔长度。

土体损伤复合体理论的几个基本问题

土体损伤理论是描述土体结构性问题的有力武器,土体损伤复合体理论是土体损伤理论的重要分支。通过对岩土损伤复合体理论的基本问题进行深入研究,获得的主要成果有:得出了岩土损伤体的应力应变合成合理模式,不能采用简单的并联假设或串联假设;基于损伤是能量耗散的不可逆过程,提出一个新的损伤变量和损伤演化方程;提出了基于岩土损伤复合体理论的一般本构模型,及其各向同性情况下的表达式。

土体结构性损伤模型研究

结构性土体具有明显的损伤破损效应,结构性土体可看作是重塑土附含有一定的结构性。在荷载作用下,结构性土体的结构性逐渐消失,即土体的结构性发生损伤,直至结构性土体转化为重塑土。基于此认识,可将结构性土体的损伤变量与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致,同时也是经典损伤力学的扩展。将损伤而耗散的能量定义为损伤耗散能,并引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构体元的能量分析,推导了相应的损伤演化方程,并给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,结果表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式

近年来，岩土损伤本构模型取得了长足的进步，但在岩土材料损伤的复合体理论的一个基本问题——复合体的两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发，对岩土损伤复合体理论应力：应变合成的合理模式进行了研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力、应变合成公式，给出了各向同性损伤情况下的简化公式，认为对于岩土损伤复合体理论不能简单地采用并联、串联假设。

新型棚洞结构抗震效应研究

目前国内外对棚洞结构的动力分析还鲜见报道。该文结合实际工程。利用FLAC^3D软件对提出的新型棚洞结构在地震荷载作用下的力学响应进行了研究。通过计算得出了该棚洞结构在不同地震荷载作用下的位移云图和位移时程曲线，进而找出了结构的薄弱部位，对新型棚洞工程设计、施工和加固有一定的参考作用。

水下隧道钻爆法施工合理覆盖层厚度的研究评述

在水下隧道施工中，覆盖层厚度不仅对其安全性起着决定性作用，而且还是决定水下隧道造价和长度的主要因素。介绍了水下隧道的优特点以及影响覆盖层厚度的主要因素，并结合本地地质着重对钻爆法施工覆盖层厚度的研究进行评述，提出运用解析公式和数值计算的方法确定合理覆盖层厚度。

土体耗散势的存在性

从热力学出发,基于不可逆热力学土体损伤理论所存在的基本问题:耗散势函数可否分解为塑性势函数和损伤势函数,即塑性、损伤两种耗散机制可否解耦,给出了全量型耗散势函数存在的充分必要条件并加以严格证明。结合土体的基本变形性质,证明了土体不存在耗散势函数。

岩土损伤理论基本问题研究

岩土损伤理论远未成熟,根源在于其基本问题没有得到解决。根据岩土的基本力学特性,给出了岩土耗散势存在的充要条件,证明了岩土耗散势不存在且不可解耦。同时,给出了岩土流动势存在的充要条件,证明了岩土流动势不存在且不可解耦。通过结构性土体损伤过程的能量耗散分析,获得了与经典损伤力学定义一致的损伤变量。基于能量耗散原理,获得了合理的损伤演化方程,建立了结构性土体损伤本构模型。通过与修正剑桥模型、三轴试验结果对比,表明本模型能够较好地模拟土体的力学特性。

岩土损伤复合体理论的应力应变合成模式研究

近年来岩土损伤本构模型取得了长足的进步,但岩土材料损伤的复合体理论的一个基本问题——复合体的两个组分的应力、应变合成模式上存在争议。从损伤力学的基础——连续介质力学的基本概念出发,对岩土损伤复合体理论应力-应变合成的合理模式进行了深入研究。得出了一般损伤情况下的岩土损伤复合体理论的应力-应变合成公式,给出了各向同性损伤情况下的简化公式,认为对于岩土损伤复合体理论不能简单的采用并联、串联假设。

高寒高海拔多年冻土地区抗侵彻深度研究

为深入探讨弹体对高寒高海拔地区多年冻土的侵彻作用,从多年冻土温度特性出发,用符合冻土特性的摩尔-库伦强度准则推导该地区抗侵彻深度理论计算公式。结果表明,该公式能反映冻土温度与侵彻阻力关系,为空腔膨胀理论在冻土材料中的有益尝试。将理论分析计算结果与Young侵彻公式计算结果比较知,最大侵彻深度与速度变化趋势一致,理论公式的合理性获得论证。案例分析表明,多年冻土层温度状况对弹体最大侵彻深度关系较密切,能较客观的反映冻土类材料特性。

基于FLAC^(3D)强度折减法的土溶洞稳定性评价

为评价土溶洞稳定性,采用FLAC^(3D)强度折减法对广州白云机场一代表性土溶洞进行静力计算,分析土溶洞在结构层荷载和飞机荷载作用下的破坏机制。通过对模型单元弹塑性状态、剪应变增量和位移在不同折减系数下的发展趋势进行研究,提出了基于强度折减法分析土溶洞稳定性的方法,得到了土溶洞稳定性安全系数。结果表明,FLAC^(3D)强度折减法可有效用于土溶洞的稳定性评价。

一种新的结构性土损伤模型

从结构性土体的基本性质出发,放弃了将结构性土体视为结构性土和重塑土的复合体的传统思路,而将结构性土看作是重塑土富含有土体结构,损伤直接导致土体结构的丧失,与重塑土部分无关。在此基础上,提出了一种适用于结构性土的新型损伤模型,该模型是修正剑桥模型的推广,当结构性的参数取为0时,该模型退化为修正剑桥模型。结合显式有限差分程序FLAC3D的主要计算思路,使用VC++.NET平台开发了该模型的FLAC3D接口程序,并编译成动态链接库DLL文件。并与结构性黏土不同围压下的三轴排水剪切试验进行对比,表明所建立的模型可以较好的描述结构性土的变形特性。