考虑应变软化特性的缩孔解析解

针对工程上涉及的大量缩孔现象,从土的基本工程性质出发,考虑土的应变软化特性和不相适应流动法则,推导了建立在弹性-软化-塑性模型基础上的柱形孔和球形孔收缩的弹性区、软化区和塑性区的解析解,给出了卸载压力与塑性区半径和软化区半径之间的关系。研究了反映软化特性的参数对计算结果的影响,并与理想弹塑性材料进行比较,克服了在弹塑性交界处p/p_0与r/r_0出现突然转折的缺点。

基于Hoek-Brown准则的隧洞围岩变形研究

由于在许多实际条件下,比如节理岩体中,线性的M-C准则不太适用,非线性的Hoek-Brown比较适用,因此,可以尝试使用这一非线性屈服准则对洞室变形进行研究。研究隧洞变形时,将围岩分为弹性区、应变软化区、塑性流动区。采用Hoek-Brown准则和非关联流动法则对洞室变形进行了理论推导;软化区域围岩参数随着塑性变形增加而变化,解析法难以求得应力,采用龙格-库塔方法进行数值计算,求解得到塑性软化区和流动区半径,并最终求得洞室变形。通过算例计算表明,在不考虑软化区和流动区时,方法和Carranza-Torres计算结果相差甚小;随着原岩应力的增加,膨胀角对洞室变形的影响增大。

木寨岭隧道大变形特征及机理分析

木寨岭隧道是国道212线改建中的控制性工程,地处青藏高原东北缘,地质条件复杂。隧道埋深大且地应力高,地下水丰富,断层发育,有5条大断层(总厚度273 m,占全隧道长度的21.9%),岩体软弱破碎,隧道自稳能力差。隧道建设过程中,产生强烈变形和严重破坏。隧道最大累计下沉和水平收敛分别达1.712和1.081 m;围岩初期变形迅速,变形速率大,变形持续时间长,隧道破坏严重,主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等;变形破坏具有重复性和相似性。从围岩的岩性条件、地下水条件、地应力条件以及隧道变形破坏特征等方面,探讨了该隧道大变形的原因和机制,认为它是围岩塑性流动与围岩膨胀变形综合作用的结果。基于对围岩动态演化机制的正确认识,从围岩控制角度,修正并制定新的返修方案,对大变形段实施返修并取得了成功,同时将研究成果用于指导相同地质条件的后洞段施工,确保了隧道安全顺利贯通。

软岩隧道的围岩变形计算

文献[6]在考虑软岩的剪胀、蠕变和非线性破坏准则等影响后,推导隧道的围岩变形表达式.在此基础上,考虑软岩的塑性大变形特性后,分别根据相关联与非关联流动法则,推导出圆形隧道位移解.通过计算得出:在软弱的围岩或土中,剪胀角的大小对隧道塑性区软岩位移影响很大.

剪胀性对边坡潜在滑动面的影响

有限元分析岩土边坡对剪胀性的影响,常采用两种极端的方法：过大地考虑了材料的剪胀性和完全不考虑材料的剪胀性,而这往往与工程实际情况不符。在平面应变条件下,通过剪胀角的变化来考虑剪胀性对土坡潜在滑动面的影响。计算结果表明,剪胀性对其有比较明显的影响：随着剪胀角的减小,塑性区有从坡顶向坡角贯通的趋势。因此,在工程实际中,对密实性砂土和超固结粘土,由于在剪切过程中会表现出较强的剪胀性,有限元分析时建议用关联法则;对于松散质土（欠固结土）,由于其具有剪缩性,建议用非关联的法则;对于一般砂土和粘土（正常固结土）,应对剪胀角进行折减,建议剪胀角ψ取内摩擦角φ的1/3-1/2。

导水断裂带发育高度的数值模拟

结合工程实例,采用ANSYS-2D,FLAC-2D和FLAC-3D程序对导水断裂带发育规律进行了大量计算和分析,认为:ANSYS-2D宜采用主应变指标来确定;FLAC-2D宜采用塑性区范围来确定;FLAC-3D宜采用应变增量(曲率)指标来确定.

考虑煤岩体成拱效应的工作面区段煤柱合理尺寸研究

为研究综采工作面面间煤柱留设宽度及加固范围,以陕西铜川玉华煤矿一采区为工程背景,首先建立采空区上覆岩土体自重荷载向煤柱传递的传力拱模型,通过求解传力拱模型,对采空区上覆岩土体荷载向煤柱的传递机理进行分析研究。再结合极限平衡理论与刚塑性理论,给出煤柱最小留设宽度与煤帮加固范围计算式。进一步对传力拱影响范围的各参数进行分析,结果表明:当开采宽度小于临界值,煤柱留设宽度随工作面埋深、工作面倾向长度增大而增大,随顶板材料黏聚力、内摩擦角的增大而减小;开采宽度超过临界值时,作用在煤柱上的荷载发生绕流现象。最后根据研究结果进行工程验证,巷道表面位移观测结果说明所设计的煤柱尺寸合理可靠。研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定具有参考意义。

软土坝基塑流规律的研究

本文对在不同坝坡、不同水位、不同软土地基厚度下的坝基塑流问题进行初步的研究,从而探讨软土地基塑性区域的发源、扩展和交汇等规律。

土石坝高塑性区的作用及控制条件

在讨论粘土心 (斜 )墙与混凝土防渗墙连接方法的基础上 ,着重从机理分析、模型试验和工程实践经验等方面 ,探讨了土石坝高塑性区的作用、原理及其控制条件 (设计指标、施工方法 )

合金钢旋压塑流变形稳定性试验研究

中碳合金钢退火状态可旋性良好,累计变薄率为80%,未见裂纹出现。强力旋压属局部连续塑性成形工艺,很适宜大直径筒形件塑性成形。变薄旋压中碳合金钢筒形件,与卷焊成形相比,可强化组织性能,降低筒体重量,提高使用效果。试验旨在探讨中碳合金钢筒形件旋压成形的稳定性,通过变形区三向接触面积塑流试验研究,筒体变形体积与力能的分析,以及优化工艺参数和确定合理工艺过程,旋出了高精度筒形件,同时进行了批量旋压生产。

氢致脆化区开裂模型应用于计算门楹值应力强度因子

依据氢进入裂纹尖端区促进局部塑性流动的认识，本文建议并发展了一个氢致脆化区开裂模型．

亚洲中东部地区塑性流动波(“慢波”)与地震活动

根据先前相似模型实验的结果 ,在板块边界驱动下 ,沿岩石圈下层 (含下地壳和岩石圈地幔 )传播的塑性流动波包括“快波”和“慢波” ,二者均属于黏性重力波 ,并分别由主波和辅波叠加而成。“快波”以 10 0 ～ 10 2 km/a量级的速度传播 ,已为塑性流动波控制下地震迁移的研究所证实。文中根据 7级以上强震的条带状分布图像 ,证明在喜马拉雅弧驱动下还存在着波速仅为 10 0 ～ 10 1m/a量级的“慢波” ,其中对 7级以上强震起控制作用的主要是“慢波”的辅波 ,其平均波长为 4 45km ,波速为 0 81～ 2 80m/a ,周期为 0 .16～ 0 .5 5Ma。“慢波”的边界起波时间距今约 1.34～ 4 .6 6Ma ,相当于上新世中期至早更新世中期 ,与喜马拉雅构造运动的主要活跃期 (幕 )之一相吻合。以喜马拉雅弧西段和东段为波源所形成的2个“慢波”系统的波峰带相互重叠 ,为

塑性流动网络控制下华北地区构造应力场与地震构造

文中所述华北地区位于中东亚塑性流动网络系统的东部 (偏北 ) ,在岩石圈下层内含右向和左向塑性流动网带多条 ,受其控制 ,在其上方多震层内形成地震带 ,并导致上层构造应力场在总趋势上与下层基本保持一致。发震断裂以不同交角沿网带展布 ,组成地震构造带 ,其中少数地震构造带的视成熟度较高 。

塑性流动网络控制下川滇菱形块体及邻区构造应力场与地震构造

川滇地区位于中东亚塑性流动网络系统东南部 ,研究区内岩石圈下层含右向网带 6条和左向网带 16条 ,受其控制在多震层内形成相应的地震带。多震层和岩石圈下层的构造应力场在总趋势上基本一致 ,进一步证明了下层网状流动对上层的控制。沿网带以不同交角展布的发震断裂组成地震构造带 ,其中多数右向地震构造带已发育成熟 (视成熟度Λ≥ 0 .8) ,而左向带除大理 -通海和腾冲 -景洪两带接近成熟外 ,多数的Λ值显著小于 0 .8。“川滇菱形块体”因塑性流动网络的存在和块体边界的变迁 ,其现今构造和动力学涵义有待探讨。

衍射光栅槽形隆起的数学建模及演变规律

以79g/mm的中阶梯衍射光栅为目标,研究衍射光栅机械刻划过程中铝膜的槽形隆起机制。首先,经过4次坐标变换,建立了光栅槽形的塑流剖面。然后,基于Lee and Shaffer提出的滑移线场模型,在塑流剖面内建立起包含滞留区域的滑移现场模型,并根据Dewhurst and Collins提出的矩阵算法对滑移线场进行求解,最终得到槽形隆起尺寸模型。最后,通过DEFORM软件对槽形隆起尺寸的演变规律进行模拟分析。

基于非线性Mohr-Coulomb强度准则下的扩孔问题解析

将圆孔周围的围岩分为弹性和塑性应力区,考虑土体受力后的剪胀特性,根据Mohr-Coulomb非线性强度准则、应力平衡条件、大小变形理论和非关联流动准则,推导出排水情况下土体发生大、小变形时扩孔问题的塑性区应力、应变和位移场解析,并给出大、小变形情况下塑性区半径和极限扩孔压力的非线性解答。与现有理论的计算结果和现场实测结果进行对比结果表明,上述理论具有一定的有效性。通过分析可知,大变形时的塑性应变比小变形时的大;随着m值的增大,扩孔压力逐渐增大且与rp/au为非线性关系;大变形时的扩孔压力要比Vesic等人的理论值偏小。

导水裂隙带高度的数值模拟分析及实测

通过单轴压缩实验获取岩石力学参数,采用经验公式对浅埋薄煤层工作面导水裂隙带进行理论预计,使用FLAC3D软件进行数值模拟,并使用双端堵水器进行现场实测对模拟结果进行验证。研究表明,采空区上覆岩由于受到剪切力和张拉力发生塑性破坏而产生贯通裂隙,而弯曲带岩土层仍处于弹性状态,通过塑性区的破坏范围能够较为准确的判断导水裂隙发育最大高度,相比现场实测能大量减少对人力、物力的投入,为矿井安全生产提供有效指导。

覆岩破坏机理和导水裂隙带发育高度研究

依据淮南矿业集团顾桥煤矿工作面回采地质条件,采用二维数值模拟软件FLAC2D5.0,分析了工作面顶板的塑性区、应力分布等特征,并分析了工作面回采中导水裂隙带的发育高度。研究表明,采厚3.5m的工作面回采后,上覆岩层导水裂隙带发育高度为66m～72m。

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。

不同侧压偏角下导水断裂带发育规律模拟研究

以山东新河煤矿5302工作面为工程背景,运用FLAC^(3D)数值模拟的方法对不同侧压偏角(水平合应力与工作面推进方向间的夹角)下导水断裂带发育规律进行了研究。结果表明:侧压系数为0.5、1.0、1.5时,随侧压偏角增大,采场覆岩塑性区高度整体呈升高趋势,覆岩塑性区从拱形逐渐发育为不规则的马鞍形;侧压系数为2.0和2.5时,随侧压偏角增大,采场覆岩塑性区高度先减小后增大,覆岩塑性区由拱形逐渐发育为枕形;随侧压偏角增大,采场围岩在顶板上方都会形成不同程度的应力集中区,且应力集中区的范围会随着应力偏角的增大先减小后增大。