应用非连续模型研究断层对地壳应力的影响

通过有限元数值模拟的方法,应用非连续的接触模型研究断层对地壳应力的影响。研究结果表明:非连续模型比连续模型能够更好地模拟断层,突出了断层对地壳应力的影响作用,避免了单纯使用软弱带模拟断层所导致的应力削弱现象;非连续模型通过接触单元可以描述连续模型所不能反映的断层带与围岩之间的不连续错动;断层端部和复合断层交叉处附近是应力集中区;断层带具有较高的剪切应力,但其自身及附近局部区域的最大主应力受到了一定的弱化;断层的弹性模量、断层与区域主应力的夹角以及交叉断层是地壳应力的重要影响因素,平行断层是弱影响因素,断层泊松比对地壳应力的影响不大。

一类具有信号分子调节作用的非连续模型的动力学性质

将信号分子的浓度作为指标,建立了一类描述病菌群体感应机理对信号分子浓度调节的非连续模型,讨论了模型滑动模块区域的存在性,真(假)平衡点和伪平衡点的存在性及稳定性.特别地,证明了穿越极限环的存在性.最后,运用Matlab软件进行数值模拟,支撑了理论结果.

非连续模型下桩基对既有盾构隧道变形的影响

基于非线性接触理论,在管片间简化设置挤压与摩擦关系模拟管片接头结构,以贵州省某市实际工程为背景,建立非连续接触盾构隧道模型,分析桩基施工与承载阶段对既有盾构隧道变形的影响。研究结果表明:本工程中,桩基承载阶段对土体竖向的主要影响范围约为桩径的15倍、桩长的1.7倍,对土体侧向的主要影响范围约为桩径的5.5倍、桩长的0.6倍。综合变形较大值主要集中在拱顶、拱腰以及拱底处,盾构隧道在非连续模型下受力变形时,管片间出现明显错台,这表明本模型能较好地模拟出既有盾构隧道在桩基施工承载时的受力变形。桩基施工阶段,竖向变形最大值出现在拱顶部位,约为0.21mm。桩基承载阶段,竖向变形最大值仍出现在拱顶部位,约为0.73mm,盾构隧道在竖向变形上主要受桩基承载阶段影响。桩基施工与承载阶段,横向变形最大值均出现在线内拱腰处,分别约为0.21mm与0.23mm,横向变形值增量不大,盾构隧道在横向变形上主要受桩基施工阶段影响。

基于三维非连续接触模型的管片错台分布规律及影响因素研究

针对盾构隧道施工阶段中管片环缝错台的问题,建立围岩-管片-螺栓三维非连续接触模型,基于管片与围岩、管片接头之间的非连续性,考虑围岩与衬砌的相互作用,模拟盾壳前移、浆液硬化、围岩补强等产生的动态效应,对管片错台分布规律和影响因素进行深入研究。研究结果表明,管片环整体向扁圆化发展,拱腰外扩、拱底隆起,管片环缝错台也主要位于拱腰和拱底。管片环脱离盾壳时,衬砌整体变形与管片环缝错台最大,随着浆液硬化,衬砌整体变形速率变缓,管片环缝错台缩小,最终趋于稳定,说明浆液的硬化和围岩的补强对隧道整体变形和管片环缝错台起到一定控制作用,且封顶块点位对隧道整体变形的影响较小。

基于三维非连续接触模型的管片接头静动力特性分析

基于非线性接触理论,考虑盾构隧道结构的非连续性,模拟管片接头结构和管片衬砌与围岩及道床之间的相互作用,建立了道床–管片–围岩的三维非连续接触模型,对盾构隧道管片接头在围岩静压、列车动载作用下的受力与变形进行了深入分析。研究结果表明,围岩静压下拱顶和隧底处的纵向接头部分向内张开,两侧拱腰处的接头部分向外张开,拱顶处的封顶块与邻接块错台较大,拱腰接头受压明显,拱顶接头受压最小,各环管片拱顶处的螺栓轴力最大,隧底处的其次,拱腰处的接头螺栓轴力最小,旋转了一定拼装角度后位于拱肩上部的接头螺栓,其剪力最大;列车动载作用下管片接头的张开错台、混凝土应力以及接头螺栓的内力均在动载施加初期迅速增加,然后明显减小,而后产生波动,其中浅埋地铁隧道拱顶接头的动力响应较隧底接头明显,螺栓剪力在列车动载作用下较螺栓轴力增加的多。

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示:盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和–非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响。因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的——DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例。计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大。仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践。

混凝土断裂的连续-非连续方法

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移非连续的局部富集公式以表征混凝土的开裂区域.富集基函数由节点形函数和节点形函数与间断函数的乘积的并集构成.非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关.不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界.局部富集思想与扩展有限元类似,但富集点自由度保持节点位移的物理意义不变,使相邻单元无需进行富集运算.在变分公式中引入混凝土粘结本构定律,推导了考虑断裂过程区非线性影响的基本方程.对混凝土粘结裂纹扩展的数值模拟说明了该计算方法的有效性.

用连续-非连续方法分析混凝土梁的破坏过程

采用有限元形函数作为单位分解函数,位移间断用富集节点的附加自由度表示,建立了允许在单元内部位移间断的连续、非连续模型。非连续位移的扩展路径完全与网格结构无关。不同于以非协调应变为基础的嵌入非连续模型,对单元的类型没有限制而且间断位移可以贯穿单元边界,与扩展有限元方法在构造上也有本质的区别。结合粘结裂纹模型,对混凝土梁在剪切作用下的断裂过程模拟说明了该方法的有效性。

基于非连续接触模型的盾构管片力学特性研究

随着当前城际铁路网和地铁的密集化,在高风险隧道建设项目增多的情况下,进行复杂地层和核心区密集建筑物的大直径盾构建设环节,逐渐呈现多样化。纵向连接的结构特点。随着盾构结构直径增大,管片结构出现了环衬砌快速增加、厚度增大,前后纵向连接,螺栓量增加等等的特征,在新的结构特点下,如何进行多种计算模型的设置,选择合适的模型,用于大直径铁路盾构顺道建设,是值得研究的课题。本文结合实际工程,采用理论分析结合现场实践的方法,对于大直径铁路盾构隧道管片结构力学特征进行论证,期望能够对提升盾构隧道建筑施工质量水平具有参考价值。

非连续动态同步发电机组的空间正则化参数辨识方法

同步发电机组参数的正确性严重影响电力系统仿真及稳定控制结果的有效性,然而励磁和调速系统中大量非连续环节的存在,严重限制了现有在线辨识方法的高效应用。为解决该问题,提出了一种非连续动态同步发电机组的空间正则化参数辨识方法。该方法将不同状态空间下的非连续动态方程转化为统一的等效表达式,并利用简约空间内点算法对含离散化动态方程约束的参数辨识问题进行求解,从而实现参数辨识问题中对非连续动态方程的准确、高效处理。最后,大量的数值试验和实际测试结果验证了所提方法的有效性。

中国非农自雇活动的持续期:基于单风险和竞争风险模型的分析

本文利用中国健康与营养调查数据,分析了影响中国自雇活动退出的决定因素。自雇退出路径分为两种,退出转入工资雇佣和退出转入失业,非连续时间单风险模型和竞争风险模型结果显示:退出转入失业的预测概率比退出转入工资雇佣的高;人口特征和家庭背景对不同的退出路径有不同的影响;从失业进入自雇会减少自雇退出后转入工资雇佣的概率;自雇时间对自雇退出有负向作用;第三产业占GDP的比例提高会增加自雇退出风险。

深部围岩变形与破坏模型及数值方法研究

为很好地描述岩石的剪切变形局部化现象,给出一个非连续平面应变弹塑性模型。这个模型以经典滑移线理论为框架,采用光滑函数组合描述位移场在滑移线上的间断;其控制方程是在局部正交曲线坐标系下由物理定律推导得出。材料的变形被划分为3个阶段:弹性、塑性及峰后局部剪切阶段。材料在滑移线上服从库仑强度准则。峰后在滑移线上出现断裂,材料初始黏聚力线性减小并最终消失。对模型进行有限元离散,并用Newmark法求解。采用Fortran语言编写代码并做一个简单算例。与传统连续介质模型比较,该模型中材料的应变、应力均不对称,材料的塑性行为、能量耗散与间断界面的变形运动密切相关。非连续模型能够深刻地描述深部围岩峰后剪切变形局部化现象。

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。

基于混凝土损伤模型的盾构隧道极限承载力研究

提出一种基于损伤的盾构隧道极限承载力分析方法,引入一种基于能量的应力分解的双标量弹塑性损伤本构模型以描述混凝土材料的损伤劣化行为,而后基于三维非连续接触模型构建盾构隧道精细化数值计算模型,最后,通过与足尺模型试验结果对比验证本文方法的有效性。研究结果表明:本文方法得到的荷载-收敛变形曲线和结构损伤开裂模式与试验结果较吻合,能够较好地反映加载过程中的结构变形、内力的传递、损伤演化过程、失效模式以及应力重分布等;隧道结构的失效破坏过程可分为线弹性阶段、屈服-损伤阶段和失效破坏阶段,在试验加载制度下,模拟出的阶段Ⅰ和Ⅱ的荷载限值分别为227.62 kN和418.12 kN,收敛变形限值分别为0.17%Dt和1.34%Dt(Dt为隧道直径);当隧道收敛变形达到规范规定限值0.60%Dt时,拱顶、拱底和两侧拱腰出现多条纵向离散裂纹,拱顶接头螺栓进入屈服状态,接头塑性铰已具雏形;盾构隧道结构的失效模式表现为拱顶和拱腰接头螺栓屈服、混凝土开裂最终形成多个接头塑性铰而被破坏。

基于混凝土损伤模型的卸载作用下盾构隧道损伤机理

在密集的地铁交通网附近区域进行工程活动会引起下卧盾构隧道产生较大纵向差异变形,对隧道结构服役性能及行车安全造成不利影响。既有研究大多基于弹性、弹塑性理论框架,忽视盾构隧道纵向变形带来的结构损伤的影响。考虑混凝土材料非线性损伤力学特性,首先引入一种基于能量的拉应力和压应力分解,考虑混凝土拉/压力学特性的差异;其次,建立双标量混凝土弹塑性损伤本构模型;最后,基于三维非连续接触模型及多尺度建模技术构建盾构隧道−围岩精细化模型,探究差异变形下盾构隧道损伤劣化机理。研究结果表明:卸载作用下,管片混凝土以局部拉损伤为主而压损伤较小,在管环拱顶和拱底内缘、拱腰外缘以及螺栓连接处拉损伤最严重;卸载作用会引起盾构隧道隆起变形,横截面椭圆度也随纵向发生变化,拐点附近管环椭圆度最大;卸载引起的盾构隧道纵向附加剪力和弯矩最大值分别出现在拐点附近和模型中心处;混凝土材料损伤劣化会降低盾构隧道承载能力、纵向刚度和环向刚度,基于弹性本构的计算模型会高估整体结构的刚度;当前分析工况下,管片钢筋较难屈服,而中间部位管段上半侧纵向连接螺栓较易屈服;加载曲线拐点附近管环受损最严重,且承受较大的附加剪力和弯矩,应特别予以关注。

新建隧道近接上穿对既有盾构隧道纵向变形的影响

新建隧道近接上穿将诱发下卧盾构隧道隆起变形,预测既有盾构隧道位移发展对近接上穿施工控制和既有盾构隧道保护具有重要意义。基于两阶段法,提出新建隧道近接上穿引发既有盾构隧道纵向位移解析解;通过可考虑环间接头弱化的非连续盾构隧道模型模拟既有盾构隧道,采用Riftin地基考虑盾构隧道-土层相互作用,同时通过Mindlin经典解得到新建隧道开挖卸载应力,并作用于既有盾构隧道之上,建立新建隧道上穿作用下既有盾构隧道纵向变形解答;通过将杭州圆形顶管隧道上穿既有地铁1号线、上海地铁8号线隧道上穿既有地铁2号线两个工程案例实测值与本文方法和常用Euler-Bernoulli(EB)等效连续梁模型计算结果进行对比,验证本文方法的合理性。研究结果表明:本文方法和EB连续梁模型预测的隧道纵向位移均接近实测值;本文方法预测的隧道弯矩和接头张开量均大于EB连续梁模型;但EB等效连续梁模型预测的纵向位移曲线整体呈现为光滑连续,而本文方法预测的位移曲线是由一系列短直线连接而成,在接头处存在“尖点”。

低渗砂岩力学试验及复杂断块裂缝分布预测研究

通过岩石抗拉强度试验和快速直接剪断试验对江苏油田某区块多口油井岩芯进行试验,获取相应层段的岩石抗拉强度及抗剪强度,利用测井资料中的声波等数据得到井筒附近的岩石力学参数。应用非连续模型中的接触单元描述断层系统与地层间的非连续错动,考虑沉积相引起地层的非均质性,运用多目标约束优化反分析法对江苏油田某区块含复杂断裂系统的致密砂岩油藏地应力场进行有限元数值模拟,实现地应力场的精细预测,得到复杂断块致密砂岩油藏地应力场等值线图。针对区块出现拉伸破坏和剪切破坏,利用Griffith张破裂准则和Coulomb-Navier剪破裂准则对油藏区域进行拉伸裂缝及剪切裂缝预测,最终得到裂缝综合发育分布图,确定裂缝相对发育区域。研究结果表明:断层歼灭处及复合断层交叉处地应力变化较大,对地应力场分布影响较大;断层内部裂缝较为发育,受断层系统影响复杂的区域,裂缝发育不均衡,且裂缝发育程度受沉积相的影响较大。

地铁盾构隧道管片受力分析

盾构管片接头刚度系数一直是影响盾构管片设计计算结果正确性的直接影响因素。通过建立盾构管片及弯曲螺栓的三维非连续介质模型,以及设置合理的管片接头接触模型,消除了接头刚度系数对计算结果的影响。对盾构管片在实际荷载作用下的受力与变形情况进行研究。研究表明:管片拱顶与拱底接头向内侧张开,两侧拱腰接头向外侧张开。非连续介质模型中,盾构管片的分块拼装形式以及管片间连接螺栓单元的设置改变了管片环的整体刚度,管片接头附近出现了不均匀的波浪形云图。相对于惯用法模型,三维非连续介质模型的轴力值在接头处有明显突变,并且其最大正弯矩值小于惯用法模型计算结果。两种计算方法得出的最大负弯矩值相差不大,本次研究取得的成果对盾构管片设计工作有一定的参考价值。

含间隙和尺寸误差空间连杆引纬机构运动精度综合分析

为分析间隙和尺寸误差对引纬机构运动精度的影响,详细介绍了非连续接触模型和等效杆长理论的使用方法,针对空间连杆引纬机构中的空间四杆机构和平面四杆机构,在考虑制造误差和磨损或装配间隙的情况下,以概率分析方法和非连续接触理论为基础建立了运动学模型。运用Mat Lab的计算和仿真模块进行运动仿真,得出了相关曲线。详尽分析了机构的尺寸误差和间隙对整个机构运动输出的影响,在考虑构件误差和间隙影响时,剑头的输出误差比单独考虑1种影响因素时明显,且误差最大值都出现在速度的极大值点附近,可见间隙和构件误差对高速机构的影响尤为显著,此研究结果可为后续对空间连杆引纬机构的运动精度分析提供参考。