基于应变强度分布准则的边坡稳定性分析

采用基于有限元和离散元有机结合的计算软件CDEM,将应变强度分布准则应用于数值分析中,对均质边坡的稳定性进行了分析。针对自然界中应变硬化型土体,引入一种土体强度随应力水平的增加而提高的强化机制,较好地模拟了边坡失稳过程中裂缝的发展过程。研究了应变强度分布准则下主控参数内摩擦角和最大剪应变强度对边坡稳定性的影响,得出了可以判断特定边坡稳定性的边坡临界状态曲线。通过单因素分析,得出内摩擦角对滑动面的位置起主要控制作用,最大剪应变强度对裂缝的发展起控制作用。总结得出了一种用破裂比评判边坡稳定性的方法。

脆性材料损伤表述方法及基于应变强度分布破坏准则的计算单元

给出了一种表述脆性材料损伤的方法,提出了一种适用于岩石混凝土这类脆性非均匀材料的强度准则,称为应变强度分布准则。该准则以应变作为强度指标,并假设应变强度在空间中服从某种分布规律。提出了一种含裂缝的可均匀化的代表性体积单元,在代表性体积元内引入了完整度和破裂度的概念,定量的表征破坏比,在细观尺度上将未达到强度的完整材料部分用线弹性表述,将达到过应变强度的损伤部分用接触摩擦表达,建立了拉伸破坏、剪切破坏以及拉剪破坏的统一表述方式,形成了新的描述脆性材料宏观变形破裂特性的渐进损伤的破坏准则和本构模型。

局部应变可靠性分析方法

根据随机振动试验的有关理论 ,确定产品局部应变载荷的概率密度函数。基于Coffin -Manson律 ,将曲线近似表示为均值和均方差循环应变 寿命曲线的形式。利用应变 -寿命转换关系 ,获得循环寿命均值和标准差函数 ,在此基础上确定给定寿命下的应变强度概率密度函数。建立了随机循环强度 -载荷动态干涉可靠性分析模型。

爆炸载荷作用下岩石损伤破裂过程的数值分析

探讨了JWL爆源模型与朗道模型、应变强度分布模型与应变软化模型的异同点，并在CDEM源程序中引入了JWL爆源模型及应变强度分布模型。利用改进的CDEM程序研究了爆炸载荷作用下岩石损伤破裂的物理过程，重点分析了压碎区、破损区比半径及总破裂度随岩石应变强度的变化规律。研究发现：①最大应变强度是控制岩石破裂范围的关键量，最大应变强度从0．5％增加至5％，压碎区比半径从37降至4，破损区比半径从45降至12，岩石总破裂度从55％降至5％；②相同应变强度情况下，岩石更容易发生剪切破坏，剪切破坏产生的破坏区域的比半径较拉伸破坏产生的大2～5，总破裂度大3％左右；③拉伸破坏为主导（拉伸应变强度主控），破损区的裂缝将沿着径向平直发展；剪切破坏为主导（剪切应变强度主控），破损区的裂缝将弧状向外扩展。

地质体渐进破坏面的计算模型与剪切面破坏准则

提出地质体渐进破坏的多尺度计算框架,确定不同尺度的计算条件和物理参数的选取方法。将工程地质模型分为3级尺度:(1)工程地质模型的实际尺度,从百米到千米量级;(2)满足计算精度的数学网格,即等应力应变单元的尺度,通常为米量级;(3)描述地质体破坏的特征尺度,可以选为实验室试样尺度,通常分米量级。在该多尺度计算框架下,地质体材料的破坏可以采用实验室测得强度参数进行描述。提出适用于多尺度计算的一种基于剪应变强度分布的新的强度准则,该准则以应变作为强度指标,定义剪应变强度在材料中服从某种分布,未达到强度部分保持线弹性,超过强度的部分用库仑摩擦描述。该强度准则可以表述材料的非线性屈服和软化现象,得到材料的渐进破坏过程。当应变强度区间变化时可以自然得到脆断模型、软化模型以及理想弹塑性模型。通过离散元的算例计算表明,该模型中将材料的内部细观状态表述为弹性微元面和破裂微元面,并用线弹性和库仑摩擦参数分别表达是合理的。

水电能源开发中的关键工程地质体力学问题

本文首先讨论了能源开发建设所面临的工程问题和科学问题,简述了工程地质体力学的内涵和应解决的核心问题.特别介绍了笔者研究团队最近几年的研究成果,提出了相关科学问题的研究方向.主要内容包括:传统固体力学中关于点破坏的概念,研究地质体有很大的局限性,论述了用破坏程度描述地质体破坏状态的合理性,以及基于监测与数值模拟相结合的破坏状态概念—破裂度;基于破裂演化原理,讨论了工程地质灾害的两个防灾理念,强调了状态判断的合理性及数值模拟方法的重要性;讨论了地质体稳定性分析方法的评价标准,并对目前常见的几种评价方法做了简要的评述;提出了数值模拟地质体的非连续、非均匀性的两尺度力学模型和计算框架;论述了代表性体积单元尺度上的应变强度分布函数,该函数比本构关系表征材料的破坏特性更为合适;综述了地质体孔隙裂隙渗流及与破裂场耦合模型的计算模型;结合汶川地震次生地质灾害的现象,指出了拟静力计算方法的不合理性,介绍了关于地震作用下地质体边坡稳定性的数值模拟新方法.