边坡岩体清除的静态控制爆破断裂设计方法研究

针对传统的静态控制爆破破岩模型的不足,将静态控制爆破技术与断裂力学有效结合,提出了边坡岩体清除的静态爆破物理模型和断裂力学模型,给出了边坡斜孔裂纹尖端应力强度因子的计算公式,并解译了边坡岩体清除的静态爆破断裂力学机制;基于Charles应力腐蚀原理的亚临界裂纹扩展的三阶段基本理论,探讨了钻孔裂纹的起裂、扩展、贯通机制,并得到了静态爆破孔亚临界裂纹扩展速度与岩石裂纹尖端应力强度因子的关系式,推导出亚临界裂纹扩展的三阶段裂纹长度,最终给出了静态控制爆破的断裂设计方法;将该方法应用于万州太白岩Bw67号高陡岩质边坡清除工程,并结合现场静态爆破压力试验和断裂设计思想优化了爆破设计参数,现场施工结果表明边坡岩体清除面较完整,未对下方的建(构)筑物造成损害。     

基于断裂力学的船型网箱疲劳损伤评估研究

目的 结合断裂力学,通过直接计算方法进行海洋结构物疲劳损伤评估研究。方法 运用有限元方法,并通过谱分析进行结构强度评估,找到结构热点应力。对热点进行局部精细建模,运用断裂力学方法进行疲劳裂纹扩展,进行海洋结构物疲劳损伤评估。结果 通过水动力分析表明,船型网箱在波浪入射角为0°及180°时,运动幅值最大。通过直接强度计算,验证了网箱满足强度要求,但存在明显的应力集中现象。选取3个疲劳热点进行裂纹扩展,得到其疲劳寿命分别为11.3、17.3、33.1 a。结论 实现了基于断裂力学的海洋结构物强度分析与寿命预测,解决了海洋结构物疲劳损伤评估中计算效率与精度的平衡、整体模型与局部裂纹的耦合等问题。     

梳妆台危岩体稳定性评价及落石运动特征研究

武当山梳妆台危岩体对下方游客通道安全性构成严重威胁。结合武当山梳妆台危岩体稳定性影响因素,分析其可能的破坏模式,并采用极限平衡法与3DEC数值模拟对危岩体稳定性进行了评价;同时,使用RocFall软件模拟了危岩体崩塌后可能的落石运动路径,得到崩塌体到达游客通道时的冲击动能、弹跳高度、运动速度等特征参数,并探讨了不同破坏模式对落石运动特征的影响。结果表明：梳妆台危岩体破坏模式主要为随机块体崩落和岩体后缘裂隙发育下的“拉裂-倾倒”式破坏;在天然工况下危岩体处于稳定状态,暴雨工况下危岩体处于欠稳定状态,地震工况下危岩体会发生失稳破坏;危岩体不同破坏模式对落石运动特征的影响主要体现在坡脚平台运动阶段,且落石初始角速度会显著影响落石在坡脚平台处的弹跳高度。     

2A12铝合金微动疲劳全寿命预测方法研究

目的对于2A12铝合金,提出基于成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命预测方法。方法基于损伤力学法计算裂纹成核寿命,利用扩展有限元计算裂纹尖端应力强度因子,应用断裂力学计算裂纹扩展寿命,并对预测者和试验值进行比较。结果损伤力学法能考虑接触面应力三维度的作用来反映多轴状态作用,能有效模拟微动疲劳多轴行为。基于损伤力学法的微动疲劳全寿命预测模型能有效预测微动疲劳全寿命。由于微动作用,裂纹成核非常早,扩展寿命从试件的近表面开始,占全寿命的主要部分。结论考虑成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命分析是完善的,预测值与试验值比较吻合。     

基于颗粒流模型的深裂隙危岩体在不同工况下破坏模式研究

以深裂隙危岩体为研究对象,通过PFC颗粒流数值模拟方法,分别对其在自重应力作用、不同上覆荷载作用以及冻融作用影响下的破坏模式展开对比分析。研究结果表明,自重应力下的深裂隙危岩体颗粒流模型发生了轻微偏转,说明在自重应力作用下便处于潜在倾倒式破坏的欠稳定状态;而在上覆荷载作用后,岩体的倾倒式破坏特征进一步加剧直至发生剪切破坏;在冻融作用下岩体则会因裂隙水深度的不同而发生不同程度的劈裂破坏及崩解式破坏,且该工况对危岩体的破坏程度远大于其他工况。针对以上研究,对不同情况下的深裂隙危岩体治理方案提出了建议,并分析了治理方案对应各类工况的治理效果。     

含断续贯通裂隙危岩体稳定性计算方法

含断续贯通裂隙危岩体是西南山区尤其是三峡库区重庆地段常见的地质灾害之一,该危岩体稳定性计算应综合考虑贯通段和未贯通段的力学参数、变形协调及应力分配问题。基于主控结构面特征建立了含断续贯通裂隙危岩体物理模型,提出了主控结构面含断续贯通裂隙的Mohr-Coulomb强度准则,并给出了参数计算表达式;建立了含断续贯通裂隙危岩体力学模型,给出了危岩体荷载计算表达式,提出了基于稳定系数的含断续贯通裂隙危岩体稳定性计算方法;将该方法运用于重庆市万州区首立山危岩体灾害稳定性计算,算例表明万州首立山8个危岩体均处于稳定状态,与根据重庆市地方标准《地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029—2004(简称规范))计算得到的危岩体稳定性结果相吻合;利用提出的危岩体稳定性计算方法得到的稳定系数值与"规范"值相近,具有一定的工程适用性,但其稳定系数值普遍高于"规范"值,表明"规范"过于保守。     

新疆某山区公路边坡危岩体影响区划分及防治建议

崩塌地质灾害时常威胁着山区公路的运行安全。新疆某山区公路边坡分布有5处危险性较大的危岩体，为查明该山区公路边坡危岩体失稳后的影响区范围，制定合理有效的防治方案，保障人民的生命和财产安全，在详细勘查研究的基础上，利用RockFall软件模拟边坡危岩体失稳后的落石运动轨迹，并在数值模拟的基础上开展野外落石试验用于验证RockFall软件模拟结果的可靠性，通过综合对比边坡危岩体失稳后影响区范围的划分结果，提出相应的防治措施。结果表明：综合RockFall软件模拟和现场落石试验可知，边坡危岩体失稳后落石距离坡脚的最大滚落距离为17.5 m,落石在坡脚处的最大弹跳高度为1.10 m,最大动能为1 299.9 kJ;以此为依据将边坡危岩体失稳后的影响区范围划分为重点影响区、次重点影响区和一般影响区；综合研究结果提出了危岩体清理+裂缝注浆+SNS主动防护网+被动防护网+安全警示牌的防治建议。     

热-力循环载荷下身管镀层裂纹扩展规律研究

目的研究身管镀层裂纹的扩展机理,提高身管寿命。方法针对身管镀层裂纹损伤,提出一种基于扩展有限元方法(XFEM)结合内聚力模型(CZM)的方法。建立热–力耦合的镀层身管有限元模型,通过间接耦合的方式,将温度场导入有限元模型,通过CZM本构模型来模拟其损伤失效行为。对镀层初始裂纹在热–力载荷下扩展到镀层/基体界面的情况进行仿真分析。结果在高温高压环境下,镀层初始裂纹扩展速度很快,在第1发射击完成后便扩展到基体结合面,初始裂纹扩展到镀层/基体界面时,裂纹尖端的存在使局部具有较大切应力,达到1180 MPa。在连续射击工况下,造成镀层结合面的开裂。结论在高温高压载荷下,镀层初始裂纹很快扩展到镀层/基体界面,且身管镀层承受的热应力是导致镀层开裂的重要因素。     

铝合金高温低周疲劳裂纹扩展可靠性评估

通过对不同温度下6151-T6合金的研究,获得了一种基于可靠性理论的裂纹扩展速率表达式,为预测6151-T6铝合金构件的安全寿命提供依据。该表达式表明,在高温条件下,6151-T6铝合金疲劳裂纹扩展存在门槛值,而且该门槛值会随着环境温度的升高而降低。     

腐蚀坑对疲劳裂纹扩展的影响分析

利用显微镜测量了经过预腐蚀的6051铝合金材料的腐蚀坑三维形貌,分析了腐蚀坑截面形状,腐蚀坑近似为半椭球形。基于AFGROW软件分析疲劳裂纹扩展寿命,腐蚀坑深度与宽度对疲劳裂纹扩展寿命影响较大,随着腐蚀坑深宽比增加,疲劳裂纹扩展寿命趋于稳定,腐蚀坑的深度相对于宽度对裂纹扩展寿命影响更大。     

高强预腐蚀铝合金单轴拉-拉疲劳断口定量分析

目的通过断口定量分析获得7A09铝合金的疲劳裂纹扩展规律,为7A09铝合金结构的寿命评估提供依据。方法使用EXCO溶液对试验件进行预腐蚀,利用疲劳拉伸机进行疲劳加载直至断裂,使用扫描电镜对疲劳断口进行定量化分析。结果疲劳裂纹在试件的腐蚀坑处萌生,从自由界面附近向纵深发展导致试件的断裂。通过断口分析和Paris公式确定了裂纹的萌生寿命和扩展寿命。结论腐蚀之后的试件裂纹萌生寿命占总寿命的比例下降,当裂纹扩展程度较大之后,受腐蚀影响减轻,得出裂纹扩展速率和应力强度因子的关系。     

海洋大气对TA15钛合金应力腐蚀影响研究

采用恒位移WOL试样测定KISCC的原理对已在海洋平台户外和海水飞溅区暴露2a的TA15钛合金样及原始TA15钛合金样进行了应力腐蚀行为研究。探讨了TA15钛合金预制裂纹的条件,并用裂纹终止法测量应力腐蚀临界应力场强度因子,确立了应力场强度因子KISCC与裂纹瞬时扩展速率da1dt-C间的联系,并绘制了lg（da／dt）-K1曲线。通过扫描电镜对试件断面进行了分析,对其断裂特征进行了描述。     

暴雨作用下含裂缝谭家湾堆积层滑坡渗流特征与稳定性分析

堆积层滑坡在三峡库区分布广泛,该类滑坡在前期变形过程中往往产生拉张裂缝,暴雨是导致其失稳的主要诱因之一.为探究暴雨作用下裂缝优势入渗对堆积层滑坡渗流场与稳定性的影响,以谭家湾堆积层滑坡为研究对象,通过地质调查、监测数据分析以及数值模拟方法,研究了暴雨作用下含裂缝谭家湾堆积层滑坡的渗流场与稳定性演化规律.结果表明:天然条...     

某隧道进口段边坡的变形破坏机理分析

某隧道进口段滑坡的发生是由于隧道开挖过程中破碎围岩向隧道开挖临空面位移,进而引发的坡面岩土体的失稳。数值模拟结果表明,因隧道开挖引起的洞顶区边坡岩体应力水平下降的区域一直延续到地表,这种应力场的变化会直接导致边坡表面的变形和破坏,表现在以隧道轴线为中心,向两侧呈扇形展开的坡体产生了一定的沉降变形。对比结果表明滑坡区与由隧道开挖引起的坡体附加位移较大的区域基本相当,说明此滑坡是由于隧道开挖引起了围岩应力场调整,导致围岩产生向洞内的位移变形,从而使岩体发生松动而引发的。     

基于应力强度因子的发动机连杆裂解力数值模拟分析

目的为获得合适的裂解力,以某款轿车发动机连杆为研究对象,应用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)对裂解工艺中的裂解力进行计算分析。方法根据部件的实际尺寸建立预制初始微裂纹条件下的连杆裂解有限元模型,确定相关的材料参数,并进行有限元网格划分,确定部件之间的约束类型。以应力强度因子大于材料断裂韧度,裂纹即扩展为依据,反复试算得出应力强度因子达到断裂韧度时的裂解力,进而通过大量计算和数据拟合得出初始微裂纹长度与裂解力之间的关系。分析裂解力对塑性区的影响,为裂解力阈值确定给出参考。结果当裂解力能够满足裂解工艺要求时,预制的初始微裂纹长度应尽可能小。结论最为理想的裂解力为材料断裂韧度对应的裂解力。文中提出的分析方法也适合于求解各类连杆的裂解力。     

316L和308L不锈钢应力腐蚀裂纹萌生行为研究

目的 研究载荷大小、加载方式和冷变形对材料裂纹萌生行为的影响规律.方法 采用多轴多试样加载装置,在线测量冷变形316L和308L不锈钢在模拟反应堆高温高压水环境中恒载荷和慢应变速率拉伸状态下的应力腐蚀裂纹萌生行为.结果 加载载荷低于屈服强度时,两种不锈钢均因具有较强的抗点蚀和晶界氧化性能而不易萌生裂纹.高于屈服强度后,...     

基于Seam型裂纹的复合型裂纹起裂角预测的有限元法

目的对处于多轴应力状态下的复合型裂纹起裂角进行预测。方法考虑材料的弹性性能,利用商业有限元软件ABAQUS中的Seam裂纹模拟穿透型裂纹损伤,建立双轴载荷作用下中心带孔边裂纹板的三维有限元模型,通过位移外推法得到裂纹尖端的应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF),并利用求得的SIF基于最大周向应力断裂准则预测孔边裂纹的起裂角。结果通过与相关文献结果进行对比,发现通过该有限元方法计算得到的应力强度因子与文献结果的最大误差在2%以内,预测的裂纹起裂角与文献结果的最大误差在3%以内。结论该有限元方法计算的裂纹起裂角与文献结果一致,因此文中求解复合型裂纹起裂角所使用的有限元方法是可靠有效的。     

基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟

倾倒变形破坏是岩质边坡的一种典型破坏失稳形式,为研究重力作用下反倾层状岩质边坡在不同岩层倾角下的破坏特征,使用石根华博士提出的二维数值流形法(NMM),以青藏高原金沙江流域的西藏昌都地区芒康县索多西乡贡扎倾倒滑坡为研究案例,依据实地考察数据建立数值计算模型,模拟反倾岩质边坡的倾倒破坏过程。研究表明:岩层倾角小于45°时,反倾斜坡的变形破坏是从边坡中部倾倒区域开始的,倾倒区的破坏使得上部的稳定区岩石逐级发生破坏成为倾倒区的主体,从而提供了巨大的下滑力推动下部岩体发生滑移,使得整个斜坡发生倾倒破坏;当岩层倾角大于45°时,边坡的变形是由边坡下部逐渐向上部坡顶发展,且边坡上部也会出现明显的弯曲变形,呈“点头哈腰”式变形破坏。