A PERTURBATION BOUNDARY INTEGRAL EQUATION METHOD FOR ANALYSIS OF INTERACTION BETWEEN FOUNDATION AND NONLINEAR ROCK AND SOIL MEDIUM

A scheme is developed for analysing the interaction between afoundation and a nonlin- ear rock and soil medium, in which thefoundation is considered as a linear elastic body and a typicalboundary integral equation method (BIEM) is employed. On the basis oftaking the nonlinear proper- ties of the medium into account, aperturbation BIEM is developed. The fundamental equations for thenonlinear coupling analysis are formulated, and typical problems aresolved and discussed by the pre- sent method.

绿片岩三轴流变力学特性的研究(II):模型分析

首先,基于在岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验曲线,采用五元件线性粘弹性模型对表现为粘弹性流变特性的曲线进行了辨识,获得了绿片岩的粘弹性流变参数;然后,提出了一个新的非线性粘性元件,并将其与塑性体并联起来,得到一个新的非线性粘塑性体(NVPB),该体能充分反映岩石的加速流变特性:同时,将NVPB模型与五元件粘弹性模型串联起来,建立了一个新的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型。采用绿片岩加速流变全过程曲线,对提出的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型进行了辨识,得到了岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型的材料参数。流变模型与试验结果的比较,显示了所建模型的正确性与合理性。

基于分数阶微积分的Kelvin-Voigt流变模型

为研究岩土材料的应力、应变和时间的关系,基于分数阶微积分理论,定义含分数阶导数的力学元件(FC元件),推导FC元件的蠕变柔量和松弛模量。与牛顿体元件相比,FC元件能更好地反映流变问题的非线性渐变过程。借鉴经典元件组合模型的建模思路,用FC元件取代整数阶微积分Kelvin-Voigt流变模型中的牛顿体元件,形成基于分数阶微积分的Kelvin-Voigt流变模型。应用离散化求Laplace逆变换的方法以及H-Fox函数,得出分数阶微积分Kelvin-Voigt流变模型的本构方程、蠕变方程、松弛方程、蠕变柔量及松弛模量的解析表达式。采用整数阶微积分Kelvin-Voigt流变模型、整数阶5参数开尔文流变模型和分数阶微积分Kelvin-Voigt流变模型对试验数据拟合的结果表明,分数阶微积分Kelvin-Voigt流变模型不但拟合精度高,能够克服整数阶微积分Kelvin-Voigt流变模型在蠕变初期及蠕变曲线拐点附近与试验数据不能很好吻合的弊端,而且能够在保证拟合精度的条件下,减少本构模型中的参数。

软岩三轴卸荷流变力学特性及本构模型研究

以典型软岩-泥质粉砂岩为研究对象,进行了不同应力水平下的恒轴压、分级卸围压室内流变试验。试验结果表明,软岩在卸荷条件下的轴向及侧向流变变形较大,各向异性显著。在恒定围压较高时,轴向流变变形较大,而随着围压逐级降低,侧向流变变形发展较轴向更快,试样在破裂围压下的侧向变形远大于轴向。通过深入分析软岩卸荷流变试验成果可知,线性Burgers流变模型能较好地反映各级围压下流变曲线的衰减流变及稳态流变阶段,但对于破裂围压下的非线性加速流变阶段无法描述。基于上述分析,建立一个非线性损伤流变模型,采用Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对试验结果进行拟合,并获得软岩的非线性流变参数。经比较,拟合计算与试验曲线吻合程度很高,说明该流变模型能较好地反映软岩卸荷流变各阶段的曲线特征。

南宁膨胀土非线性流变模型研究

对南宁非饱和膨胀土进行一系列的加载-卸载固结蠕变试验,得到了不同含水率的膨胀土在不同应力水平下应变-时间曲线和不同时刻的应力-应变等时曲线簇。通过对膨胀土各阶段蠕变变形的分析,得到了膨胀土的固结蠕变是包含有黏弹性变形和黏塑性变形成分的非线性蠕变。采用模型流变与经验流变理论相结合的方法,将膨胀土的蠕变变形分成线性和非线性两部分进行分析,蠕变柔量和线性黏弹性模量随时间减小,而线性黏塑性模量随时间增大。结合膨胀土的线性黏塑性模型和非线性黏塑性经验模型,建立能够描述膨胀土非线性流变的黏塑性本构方程。根据试验所得数据,通过非线性拟合方法得到各模型参数,用该模型进行数值分析得到的理论与蠕变试验结果对比非常吻合。研究成果为实际工程提供了流变变形计算分析的可靠依据。

软岩隧道挤压型大变形非线性流变属性及其锚固整治技术研究

针对隧道高地应力软弱围岩洞室施工开挖变形与围岩失稳以及衬护结构设计问题,阐述开展岩土流变学研究的必要性以及对软岩挤压型大变形非线性流变问题的研究内容和方法,介绍隧道围岩挤压型大变形的定义、变形特征,及国际上隧道围岩挤压大变形的判定。介绍隧道围岩挤压型大变形非线性流变理论、相应的专用设计软件研制及其工程应用,主要介绍有关的研究内容及其创新性方面;以广义Komamura-Huang流变模型为基础,建立一种能较完整地反映围岩二维、三维大变形非线性流变全过程的Komamura-Huang"弹-线黏弹-非线性大变形黏塑性"流变模型,并在ABAQUS软件基础上进行专用软件的二次开发,将其应用于兰新铁路兰武客运专线乌鞘岭铁路隧道岭脊段围岩5~#断层带中,后又应用于甘南木寨岭高速公路隧道和云南滇中红层引水隧洞2处软岩围岩挤压大变形隧道,采用大尺度让压锚杆/预应力长让压锚索进行了整治研究,并分别进行了二维和三维非线性大变形黏弹塑性数值模拟分析。指出有待进一步深化研讨的若干问题。总结针对软岩挤压型大变形沿用现行刚性支护方案的不合理性和失效教训。提出管控/约束隧道围岩大变形持续发展的让压支护锚固技术措施——一种新型大尺度让压锚杆/预应力让压锚索,介绍让压锚具的受力机制及构造,强调其10个关键性设计施工参数。以兰州木寨岭高速公路隧道围岩挤压型大变形非线性流变分析与采用让压锚杆进行工程整治的试验段情况为例,对该隧道围岩挤压大变形进行二维数值模拟,并对施作让压锚杆进行工程整治的主要有关设计参数进行分析计算。"边支边让、大尺度让压锚杆"方法已先后在几处工程中得到了成功实施,取得了应有的经济效益,其工程技术收益应更受业界关注。

含弱面砂岩非线性黏弹塑性流变模型研究

利用CSS-3940YJ型岩石剪切流变试验机,对向家坝水电站左岸坝基挤压带含弱面砂岩进行剪切流变试验。试验结果表明:该岩石属于典型的软岩,在恒定剪应力水平下具有显著的亚稳定蠕变特性。在应力达到一定水平时,岩石经过衰减和亚稳定蠕变之后发生加速蠕变破坏。根据含弱面砂岩剪切蠕变特性,对非线性流变元件进行改进,定义其在应力阈值前后分别等同于牛顿黏壶和非线性黏塑性体。将改进的元件与广义Kelvin模型串联,组合成四元件流变模型。该模型可以充分反映岩石亚稳定蠕变和加速蠕变特征,并具有结构简单、参数少的优点。推导四元件流变模型的本构方程,从理论上对岩石非线性蠕变特性进行分析。采用所建立的模型对岩石进行剪切流变力学参数辨识,并研究应力水平超过阈值后的参数辨识方法。通过模型计算结果与试验结果的比较,对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行验证,显示所建模型的正确性与合理性。

南宁膨胀土非线性剪切应力松弛特性试验

利用四联装等应变直剪仪,对南宁非饱和重塑膨胀土进行一系列室内剪切应力松弛试验,探讨南宁非饱和重塑膨胀土的剪切应力松弛特性,得到诸多有益的结论。试验结果表明,不同初始条件下的剪切应力松弛曲线均属于不完全衰减型,剪切应力逐渐减少并趋于一个稳定值;膨胀土的松弛曲线都可以明显的分成3个阶段:瞬间松弛阶段、衰减松弛阶段、稳定松弛阶段。不同初始条件下不同时刻的剪切应力-应变等时关系曲线都是非线性的曲线,说明南宁膨胀土具有明显的非线性流变特性,是弹、黏、塑性体。膨胀土的含水率越高,或者竖向荷载越小,或者初始应变越大,或者时间越长,则膨胀土的流变特性及其非线性程度就越高。对试验结果的分析,通过改进剪切应力对数与时间对数的线性关系,建立南宁膨胀土在直剪条件下的非线性剪切应力松弛经验方程,能较好地拟合试验结果。非线性经验模型考虑了应变水平对应力松弛的影响,直观地反映出南宁膨胀土的非线性应力松弛特性,更加符合工程实际,可为膨胀土非线性应力松弛问题的计算分析提供理论依据。

粗粒筑坝材料的增量流变模型研究

针对全量型流变模型与加载应力路径无关,不能考虑施工或蓄水期在变应力作用下土石坝流变遗传特性的问题,基于继效理论,结合某工程堆石料的三轴流变试验资料,提出了适合于土石坝筑坝材料流变特性分析的7参数增量流变模型;利用试验各级增量荷载作用下的最终体积流变量与对应体积应力之间为近似线性关系,最终剪切流变量与对应的试验广义剪应力之间接近双曲线关系,整理得到其流变体积模量和剪切模量等模型参数;验证分析表明,建议的增量流变模型计算值与试验结果吻合较好,其可应用于实际土石坝的流变研究。

一种岩石损伤流变模型及数值分析

根据石膏角砾岩的蠕变特性,建立石膏角砾岩的损伤流变模型;推导有限元计算中黏弹塑性损伤流变模型黏性应变的计算公式,结合初应变法的基本原理,分析模型的有限元求解过程;用MATLAB编制了损伤流变模型的平面应变有限元计算程序。利用编制的程序对石膏角砾岩蠕变试验进行有限元分析,有限元计算结果与蠕变试验结果吻合得较好,表明采用统计损伤理论研究岩石的非线性流变是可行、有效的。

基于人工神经网络的岩土流变本构模型辨识

岩土流变是岩土工程失稳破坏的重要原因之一。从系统辨识的角度 ,首先将岩土材料流变本构的一般微分方程通式按实际的采样周期转化为线性时不变SISO系统的离散差分方程格式 ,构建了用于岩土流变本构模型辨识的BP神经网络模型 ;然后探讨了该神经网络模型用于岩土流变本构模型辨识的基本步骤以及其网络结构参数 (输入层神经元数和网络连接权值 )与SISO流变系统差分方程模型参数间相互转化的算法原理 ,并据此在Matlab软件平台中编制了BP网络辨识算法的相应程序CYJ1.M ;最后 。

一种新的岩石非线性流变损伤模型研究

传统岩石流变模型由线性元件组合而成,不能很好地描述流变过程中的加速流变阶段,通过分析岩石流变过程中微裂纹的压闭和扩展过程,将损伤力学引入岩石流变模型中,采用Kachanov提出的损伤律,将岩石流变过程分为阶段一(衰减、稳态蠕变阶段)和阶段二(加速蠕变阶段)两个部分,推导了岩石在两阶段中损伤演化方程,通过参数敏感性分析发现应力水平的大小对损伤演化过程有较大影响。结合有效应力观点建立了岩石非线性损伤流变模型,该模型能较好的描述岩石的衰减、稳态和加速流变阶段,同时简要分析了模型的松弛特性。采用该岩石非线性损伤流变模型对泥岩在围压为5 MPa与轴向偏应力水平为43 MPa的蠕变试验结果进行了模拟,验证了损伤流变模型的合理性,保持其他参数不变,更改应力水平的大小,得到不同应力水平下的非线性损伤蠕变模型曲线,与试验结果较为相符,而采用西原流变模型对试验结果进行模拟,在加速流变阶段两者差别较大。

岩土材料的非线性统一强度模型

将材料的破坏归结为剪切破坏,每种材料对应于特定的剪切滑动面,抗剪强度为滑动面上正应力的函数,基于不同材料的强度特性将一系列的剪切滑动面统一起来,建立了岩土材料的非线性统一强度模型.非线性统一强度模型的滑动面为β应力空间内的等倾面,在β应力空间内的强度面为圆锥面;在普通应力空间内的强度面为一系列连续光滑、外凸的锥面,在偏平面上强度曲线涵盖了从下限Matsuoka--Nakai曲线到上限Drucker--Prager圆之间的所有区域,子午面上强度线为直线.非线性统一强度模型只有3个材料参数,参数都具有明确的物理意义,通过与国内外学者已取得的岩土类材料真三轴强度试验结果的比较,表明模型可适用于多种类型的材料,并合理描述其非线性强度特性.

预应力锚索的非线性分析

首先,将预应力锚索锚固段离散化,并将预应力锚索体系分解成承受侧阻力荷载作用的岩土体部分及锚固段部分并分别加以研究;然后,基于Mindlin应力解及应力叠加原理计算岩土体内任意点处的应力分布,根据修正分层总和法计算预应力荷载下锚固段稳定岩土体内任意点处的变形值,根据锚索锚固段荷载传递特性来计算其变形量;最后,根据两者荷载、变形协调关系建立联立方程组,采用迭代法求解,可以获得各锚索锚固段的侧阻力分布及荷载、变形特性。

某特深基坑支护的非线性三维有限元分析

讨论了润扬长江大桥北锚碇基础施工开挖中50 m特深基坑的三维非线性有限元分析,介绍了工程的有关情况,讨论了其计算模型和参数取值,给出主要计算结果并对有关影响因素进行了分析,在此基础上对该基坑支护的设计作出评价,最后结合施工结果讨论了计算分析的可靠性。

含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验

依据工程地质结构制作含软弱夹层的层状岩体试样,采用全自动三轴流变伺服系统进行三轴流变力学试验,研究含软弱夹层的层状岩体的流变变形规律及加速流变特性,依据岩体各级应力水平下的稳态流变速率确定岩体的长期强度,为工程岩体流变数值试验参数辨识提供参考。根据流变试验结果,提出反映不同岩层流变力学性质的层状岩体流变模型,在模型中引入损伤变量,使流变模型可以准确反映多层状岩体在不同应力水平下的损伤流变特性。对提出的非线性损伤流变模型进行参数辨识,拟合曲线与流变试验结果较吻合,验证了非线性损伤流变模型对层状岩体的适用性。

降雨条件下清江古树包滑坡体稳定性有限元分析

位于清江岸边的古树包滑坡曾使水布垭面板堆石坝工程对外交通一度中断。依据古树包滑坡体的地质背景与工程地质特征,在对其成灾原因进行研究的基础上,应用非线性有限元方法对降雨条件下古树包滑坡体的稳定性进行了研究。探讨了降雨在坡体中形成的暂态饱和区对滑坡体稳定性的影响,研究了该滑坡体再次启动的条件,并对其加固措施提出了建议,为该滑坡体的防治工程提供了重要参考。

非线性破坏准则对竖直边坡稳定性分析的影响

在上限分析理论基础上,研究非线性Mohr-Coulomb破坏准则下的竖直边坡稳定性问题。首先,通过“切线法”引进变量;其次,根据上限定理对边坡稳定性问题建立含有变量的速度场,将稳定性问题变为含有多变量的非线性规划问题;最后,根据“序列二次规划算法”求出上限非线性规划问题的最优解。通过上限解和前人的研究成果的比较表明,该方法是有效和正确的。

土体非线性流变的有限元解析及其工程应用

本文在一般线性流变有限元解析的时步－粘性初应变法的基础上，提出并建立了非线性流变有限元解析的二次初应变法。该法是先在时间域内采用时步－粘性初应变法，再在每一时步内采用非线性弹性初应变法，从而得到任一时刻非线性流变问题的解。最后以搅拌桩支护为例，按非线性流变模型进行有根元计算，并与实测结果进行对比分析。

岩石流变力学及其工程应用研究的若干进展

讨论岩石流变力学及其工程应用研究近年来的若干进展,主要内容包括:对岩石工程流变学问题的综述性介绍、软岩和节理裂隙发育岩体的流变试验研究、流变模型辨识与参数估计、流变力学手段在收敛约束法及隧道结构设计优化中的应用、高地应力隧洞围岩非线性流变及其对洞室衬护的力学效应,以及岩石流变损伤与断裂研究。此外,还对土力学与土工流变方面的一些进展作了简要介绍,并就今后岩土工程流变研究的展望阐述了一点认识。