花岗岩非定常蠕变及其参数确定

深部岩体工程的长期稳定性与围岩的时效变形特性有着紧密的联系,花岗岩在高地应力作用下会呈现出流变特性,采用TAW-2000岩石三轴试验机,对花岗岩试件在三轴压缩条件下进行了蠕变特性试验。通过德鲁克-普拉格屈服函数在西原体一维蠕变方程中引入强度参数C、φ值,推导出三维状态下轴向蠕变方程来描述花岗岩蠕变过程,并分析了变形参数泊松比和强度参数C、φ的变化规律。由三轴试验结果,用非线性最小二乘法求出了不同围压作用不同时刻下的流变参数,并根据参数分布规律得到了流变参数与应力和时间的关系,最后推出非定常三维非线性蠕变方程。研究表明:该模型能很好反映花岗岩流变参数随应力和时间的弱化规律、稳定蠕变和衰减蠕变过程的蠕变特性,为深部岩石工程的长期稳定性问题提供新的研究思路与研究方法。     

膨胀土非线性蠕变模型研究

通过对南宁膨胀土的三轴压缩蠕变试验,研究了该膨胀土的非线性蠕变特性。基于流变力学和分数阶微积分理论的蠕变模型,构建了可反映膨胀土非线性流变特性的本构方程和蠕变方程。为了更好地描述膨胀土的非线性流变行为,通过引入考虑应力水平影响的类粘滞系数,进一步改进了软体元件。研究发现,膨胀土的非线性蠕变过程可以通过调整分数阶次β1和β2进行有效地模拟。研究结果表明,所建立的模型能完整地描述膨胀土的粘-弹-塑性变形,且模型分析结果与试验结果非常吻合,为计算膨胀土地基在长期荷载作用下的变形提供了理论依据,也对进一步探索膨胀土的应力松弛和长期强度等流变特性具有理论意义。     

分级加卸载下深部粉砂岩三轴蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300米东大巷二煤层底板粉砂岩进行了三轴蠕变特性试验,详细探讨了其轴向蠕变和变形模量的变化特征,分析了围压对蠕变和破坏的影响;研究了该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征。试验结果表明,在围压条件下,加速蠕变阶段较明显,岩样经过典型的蠕变三阶段后产生明显的黏塑性破坏;变形模量随应力水平的增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;瞬弹应变、瞬时总应变、粘弹性应变和总蠕变均随应力水平增大而增大;围压越大,岩石蠕变值越小,变形模量越小,塑性变形所占比重越大,非线性流变越明显。加大围压可以减缓岩石的蠕变破坏时间,围压越大破坏时的应变值也越高。表明围压对岩石蠕变有明显的约束作用。     

考虑围压影响的湖相软黏土K0固结经验蠕变模型

利用GDS三轴试验系统,对洞庭湖结构性软土进行K₀固结下的三轴排水蠕变试验,分析洞庭湖软土的蠕变特征,基于试验结果建立适用于描述洞庭湖区软土蠕变特性的经验模型。研究结果表明,洞庭湖软黏土具有非线性蠕变特征,应力-应变关系为双曲线函数关系,Singh-Mitchell模型适用于描述K₀固结下洞庭湖区软土蠕变特性,发现模型中的归一化双曲线拟合参数与围压呈线性递增关系,在此基础上建立了考虑围压影响和固结状态的5参数修正Singh-Mitchell模型,模型适用范围广,能更好地描述湖相软黏土的蠕变特性。     

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象,通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验,分析其蠕变特性,分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度;此外,基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明：干湿循环会造成土体承载能力降低,蠕变变形增大,达到稳定的时间变长,且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大;偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形,衰减蠕变和稳定蠕变阶段,中应力下和高应力下经历瞬时变形,衰减蠕变和等速蠕变阶段;Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土,且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域,应加强对该区域的防护。     

关中咸阳地区Q_2黄土蠕变特性试验研究

通过对关中咸阳地区Q2黄土进行三轴蠕变试验,得到了关中咸阳地区Q2黄土不同围压及不同含水率下的应变—时间曲线和应力—应变等时曲线。分析试验曲线表明:围压及含水率对关中咸阳地区Q2黄土的蠕变特性具有较大影响,表现在其蠕变变形量与含水率在相同围压时呈正相关关系,与围压在相同含水率时呈负相关关系。再进一步对关中咸阳地区Q2黄土蠕变破坏应力与围压及含水率试验数据做拟合分析,得到了其蠕变破坏应力与围压呈线性正相关关系,与含水率呈负对数关系的变化规律。在以上分析的基础上,通过改进常用的五元件模型(H-K-K)参数性质及结构,得到了可描述Q2黄土加速蠕变的七元件非线性蠕变模型,并应用试验数据对其进行拟合辨识,最终得到较为理想的结果。     

基于膨胀土蠕变试验的粘弹性模型对比研究

对广西南宁膨胀土进行了一系列室内压缩蠕变试验,得出了相应的蠕变曲线.运用K-H体模型和Bu体模型进行对比研究,确定了正常应力条件下非饱和南宁膨胀土的粘弹性模型和各流变常数,提出了正常应力条件下南宁膨胀土的本构方程及蠕变方程.为膨胀土工程设计和分析提供可靠的理论依据.     

蒙特卡洛法计算750kV输电线路绕击跳闸率的研究

利用GDS多功能三轴仪,通过控制土样应变增量比开展了饱和砂土部分排水三轴试验;利用超静孔隙水压力、有效应力路径和应力应变关系三方面的实验结果,研究了饱和砂土的渐近状态特性。研究表明,控制应变增量比为常数进行常规三轴加载时,饱和砂土的有效应力比也趋于某一常数,形成渐近状态,且渐近状态应力比随应变增量比的增大而减小。基于土的剪胀特性给出了渐近状态形成的物理机制,并给出了北京某砂土在部分排水条件下渐近状态应力比的试验结果。     

分级加卸载下深部巷道围岩蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300m东大巷二煤层底板粉砂岩进行了单轴蠕变特性试验,探讨了轴向蠕变和各蠕变阶段的非线性粘弹塑性变形特征。试验结果表明,当应力水平低于岩石的长期强度时,粉砂岩只发生衰减蠕变;瞬时塑性应变和粘塑应变随轴向应力的增大而增大,瞬时弹性模量随应力水平增大而增加,而变形模量随应力水平增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;随着应力水平增大,粘弹性应变、粘塑性应变和总蠕变均先减小然后增大,表明低应力下因岩石内部微裂纹不断压密产生应变硬化,高应力下因岩石材料性质不断劣化产生内部损伤发生应变软化。     

堆石料流变的特性研究与反分析

根据堆石料流变的机理分析,认为在力的持续作用下,细化破碎的堆石颗粒滑移充填孔隙是发生蠕变的主要原因,形成对堆石料流变本质的新认识。通过试验比较分析,三轴流变试验和一维蠕变试验对于堆石料流变规律的描述是基本一致的,并与应力状态和时间因素相关,但流变参数却难以通过试验确定。根据4参数堆石料流变(蠕变)关系式和双屈服面弹塑性模型硬化规律随时间的变化,对坝体原型观测资料进行反馈计算确定流变参数。说明采用反馈分析方法是研究堆石料流变参数的有效途径。     

结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析

结构面对隧道围岩变形及稳定性起着决定性作用。运用三维离散元方法(3DEC)研究结构面分布特征,重点是结构面线密度1/λ、强度和倾角对隧道围岩变形的影响,总结了结构面分布与围岩变形特征的关系。结果表明,在结构面强度较低的情况下,结构面线密度对隧道变形的影响较大,其影响可分为两种情况:①λ≤0.2时,围岩的弯曲变形大于沿结构面的剪切变形,属于应力型大变形;②0.2<λ≤0.4时,沿结构面的剪切变形大于围岩的弯曲变形,属于结构型大变形。结构面倾角主要影响围岩大变形发生的位置。将数值模拟结果与国内工程实例实测变形资料相对比,发现一致性较好。本研究结果对隧道支护结构的设计以及施工设计具有借鉴意义与指导作用。     

一种新型让压管锚杆的变形特性及其支护作用机理分析

介绍了一种应用于深埋软岩巷道支护的新型让压锚杆的主要结构特点,通过拉拔试验分析了这种具有特殊让压结构锚杆的变形特性,给出了其应力应变关系曲线。基于巷道开挖引起的围岩应力变化以及锚固力与围岩变形的关系,分析了让压锚杆与围岩共同作用的协调性,深入探讨了让压锚杆的支护作用机理。最后,依据组合拱理论,给出了让压距离与支护强度间的关系,可为该新型锚杆的实际工程应用提供参考。     

高速公路连拱隧道开挖三维稳定性分析

通过对金丽温高速公路湾连拱隧道工程区的地质特征的详细分析和现场调查,系统研究了湾隧道开挖及加固全过程的围岩应力场、变形场的状况及变化特征。结果表明,湾连拱隧道围岩应变率较高,围岩衬砌后的位移值比未衬砌时减小了50%,采用目前的衬砌类型后,衬砌变形将较大幅度地变小,衬砌应变值基本满足要求;虽然围岩拉应力值随着隧道的开挖逐渐变大,除局部位置外,衬砌整体基本满足抗拉的要求。     

考虑岩体各向异性强度的隧洞围岩稳定性分析

岩体中普遍存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度有着重要的影响。以具有较密集成组节理的岩体为研究对象,以Drucker-Prager准则和裂隙应力张开准则为基础,分别考虑岩块和节理面各自的物理力学性质,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法,并建立了岩体各向异性本构模型,用以描述节理岩体在强度方面的各向异性及其破坏特征。将该模型用于隧洞围岩稳定性分析工程中,研究表明,该模型可以较好地解释节理岩体围岩的破坏特征,与工程实践相符。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及深埋地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

黏土半巷道围岩模型过巷道轴线平面破坏过程实验观测∗

为了观测过巷道轴线平面上应变局部化带及裂纹的发展演化规律,开展了黏土半巷道围岩模型三轴压缩实验研究。半巷道围岩模型的观测表面处于平面应变状态,且分步开挖巷道。在每次巷道开挖之前,对半巷道围岩模型卸荷。每次巷道开挖之后,再对半巷道围岩模型加荷。采用数字图像相关方法观测了观测表面的最大剪切应变场,并统计了裂纹面积百分比随纵向应变的演化规律。得到以下结论:当纵向应变较高时,在半巷道围岩模型的观测表面上,出现了由巷道两帮或两帮与掌子面交点处发展出的应变局部化带;另外,还出现了距离巷道表面较远的应变局部化带。由此可以推出,垂直于巷道轴线平面上将会出现分区破裂化。裂纹面积百分比随纵向应变的增加而增加;随着阈值(可识别的裂纹面积的最小值)的增加,裂纹面积百分比降低,但降低的速度越来越慢。剪裂纹主要位于巷道的两帮;拉裂纹遍布各处,呈现一定的等间距性。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

预应力锚索加固石窟围岩的地震响应的数值模拟分析研究

针对预应力锚索加固石窟文物的特点,阐述了影响石窟围岩变形稳定性的主要因素和动力有限元分析方法。以榆林窟的三个典型工程剖面为实例,通过对不同峰值加速度、频谱、持续时间的动荷载作用下预应力锚索加固的石窟围岩位移场、应力场分布特征的数值模拟计算,揭示了预应力锚索加固石窟岩体在地震作用下的动态响应和变化规律。分析结果表明,随着地震动峰值加速度(PGA)、反应谱特征周期和地震动持续时间的增大,洞窟的位移和应力值明显增大,应力集中区的范围扩大,围岩损伤的可能性增加,稳定性降低。应力分布与洞窟数量、组合特性、几何形状和尺寸密切相关,并控制了石窟围岩的震害特征。本文为石窟文物的科学保护和岩体抗震加固与减灾提供了理论基础和实践依据。     

圆形巷道围岩的环向应力及发生岩爆单元分布的数值模拟

利用FLAC模拟了不同水平方向压力(小于竖直方向压力)及岩石峰后不同脆性条件下的圆形巷道破坏过程.岩石服从莫尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为.监测了模型中第1象限对角线上的单元环向应力分布及演化规律.根据徐林生和王兰生提出的环向应力岩爆判据,判断模型中各单元是否发生岩爆.模拟结果...