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Research on theory and application of landslide model test

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Journal of Coal Science & Engineering(China) 2010年第2期16卷 140-143页

作者： CHENG Sheng-guo luo xian-qi Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area Ministry of Education China Three Gorges University Yichang 443002 China Institute of Rock and Soil Mechanics Chinese Academy of Sciences Wuhan 430071 China

In this paper, a theory of landslide model testing and application in Three Gorges reservoir area were *** on geo-mechanical model tests, the similarity ratio of similar material parameters, component of similar material and the boundary friction coefficient of the 2D earth landslide model test were derived and stated by theoretical and experimental methods.A model test of the qianjiangping landslide in Three Gorges reservoir area reveal a two-step trigger mechanism of coexistence between retrogressive landslide and thrust load caused land-slide.

关键词： landslide model test Three Gorges reservoir area

Hydro-mechanical modeling of impermeable discontinuity in rock by extended finite element method

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Journal of Central South University 2015年第11期22卷 4337-4346页

作者：郑安兴罗先启 School of Naval Architecture Ocean and Civil Engineering Shanghai Jiao Tong University

The extended finite element method(XFEM) is a numerical method for modeling discontinuities within the classical finite element framework. The computation mesh in XFEM is independent of the discontinuities, such that remeshing for moving discontinuities can be overcome. The extended finite element method is presented for hydro-mechanical modeling of impermeable discontinuities in rock. The governing equation of XFEM for hydraulic fracture modeling is derived by the virtual work principle of the fracture problem considering the water pressure on crack surface. The coupling relationship between water pressure gradient on crack surface and fracture opening width is obtained by semi-analytical and semi-numerical method. This method simplifies coupling analysis iteration and improves computational precision. Finally, the efficiency of the proposed method for modeling hydraulic fracture problems is verified by two examples and the advantages of the XFEM for hydraulic fracturing analysis are displayed.

关键词： extended finite element method crack hydraulic fra

地质力学磁力模型试验原理及其在工程中的应用

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岩土力学 2018年第1期39卷 367-374页

作者：罗先启毕金锋上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

地质力学磁力模型试验借鉴土工离心模型试验中利用离心力模拟重力的思想。在均匀梯度磁场中,掺有铁磁材料的相似材料会受到均匀的磁力作用,由此可以利用均匀的磁力场模拟重力场。根据电磁学基本原理和磁路设计原理,设计并制造了一台2 00... 详细信息

地质力学磁力模型试验借鉴土工离心模型试验中利用离心力模拟重力的思想。在均匀梯度磁场中,掺有铁磁材料的相似材料会受到均匀的磁力作用,由此可以利用均匀的磁力场模拟重力场。根据电磁学基本原理和磁路设计原理,设计并制造了一台2 000匝线圈的均匀梯度磁场发生装置。该装置在220 V电压情况下,能够产生0~16 A电流,在1.2 m×1.2 m×1.0 m试验空间内,可将磁性相似材料的重度提高10~30倍。以锦屏一级电站左岸高陡边坡为例,进行地质力学磁力模型试验。试验结果表明,在一定的电流作用下,可以使模型所受体力的提高倍数达到相似比的要求,并与数值模拟结果进行了对比,试验结果与计算结果基本一致。在增加通电电流时,试验设备可以模拟边坡的超载过程,进而可以求出边坡的超载安全系数。

关键词：地质力学模型试验土工离心模型试验地质力学磁力模型试验梯度磁场边坡稳定

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危岩水力劈裂分析的扩展有限元法

岩土力学 2018年第9期39卷 3461-3468,3476页

作者：郑安兴罗先启浙江水利水电学院水利与环境工程学院浙江杭州310018 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元... 详细信息

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了危岩主控结构面水力劈裂问题的扩展有限元实现方法,对重庆万州太白岩危岩主控结构面的水力劈裂进行了数值模拟分析。计算结果表明:暴雨是威胁危岩稳定性的最敏感因素,随着裂隙水压力上升,裂端拉应力会急剧升高,危岩的稳定性降低;I型裂纹扩展是危岩主要的结构面扩展形式,结构面一旦发生开裂,将处于非稳定扩展状态。

关键词：危岩水力劈裂扩展有限元法断裂数值模拟

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压剪应力状态下岩石复合型断裂判据的研究

岩土力学 2015年第7期36卷 1892-1898页

作者：郑安兴罗先启上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的格里菲斯(Griffith)强度理论,建立了考虑... 详细信息

考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的格里菲斯(Griffith)强度理论,建立了考虑摩擦效应的闭合裂纹失稳扩展的岩石压剪断裂判据。研究结果表明:断裂角受裂纹和荷载方向的夹角、裂纹壁面之间的摩擦系数、侧压力系数的影响;当压剪裂纹的断裂角是某个定值时,纯II型裂纹的断裂韧度与纯I型裂纹的断裂韧度的比值只与岩石裂纹表面的摩擦系数取值有关,而与其他岩石力学参数无关。此研究成果可为压剪应力作用下裂隙岩体的失稳破坏提供参考。

关键词：修正格里菲斯准则压剪裂纹断裂判据断裂角岩石力学

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岩体裂隙模拟的扩展有限元法应用研究

岩土力学 2018年第2期39卷 728-734页

作者：罗先启郑安兴上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 浙江水利水电学院水利与环境工程学院浙江杭州310018

岩体中普遍存在着断层﹑节理和裂隙等结构面,这些结构面的存在和发展对岩体的整体强度﹑变形及稳定性有极大的影响。因此,研究岩体中原生结构面的萌生﹑发展以及贯通演化过程对评估岩体工程安全性和可靠性具有非常重要的理论与现实意义... 详细信息

岩体中普遍存在着断层﹑节理和裂隙等结构面,这些结构面的存在和发展对岩体的整体强度﹑变形及稳定性有极大的影响。因此,研究岩体中原生结构面的萌生﹑发展以及贯通演化过程对评估岩体工程安全性和可靠性具有非常重要的理论与现实意义。扩展有限元法(XFEM)作为一种求解不连续问题的有效数值方法,模拟裂隙时独立于网格,因此,在模拟岩体裂隙扩展﹑水力劈裂等方面具有独特优势。针对扩展有限元法的基本理论及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用展开了研究,建立了扩展有限元法求解岩体裂隙摩擦接触、岩体裂隙破坏等问题的数值模型,并将计算模型应用于岩质边坡稳定性分析和重力坝坝基断裂破坏等工程问题。

关键词：扩展有限元法岩体裂隙摩擦接触应力强度因子

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土石混合体渗透侵蚀特性数值模拟研究

岩土力学 2017年第5期38卷 1497-1502,1509页

作者：沈辉罗先启毕金锋上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 九江学院土木与城建学院江西九江332005

土石混合体是由块石、砾石与砂土、黏土等固体颗粒组成,以块石镶嵌在细粒土体中为结构特征的松散介质。由于其颗粒松散特性,细颗粒在渗流作用下易于流失而形成渗流侵蚀。采用室内试验与数值模拟相结合的方法,扩展渗流侵蚀模型在土石混... 详细信息

土石混合体是由块石、砾石与砂土、黏土等固体颗粒组成,以块石镶嵌在细粒土体中为结构特征的松散介质。由于其颗粒松散特性,细颗粒在渗流作用下易于流失而形成渗流侵蚀。采用室内试验与数值模拟相结合的方法,扩展渗流侵蚀模型在土石混合体渗透侵蚀研究中的应用。选取云南某滑坡土石混合体为研究对象,采用自制的渗透侵蚀装置,模拟土体基质渗透侵蚀过程,获取土体基质侵蚀参数试验值。根据块石在土体基质中分布特征,建立不同块石含量特征的土石混合体计算模型。基于参数试验值及渗流侵蚀方程、耦合渗流控制方程及孔隙率控制方程,模拟土石混合体渗流侵蚀过程,分析块石含量对土石混合体渗透侵蚀特性的影响。模拟结果表明:在同等水力梯度及时间条件下,块石含量与土石混合体宏观平均流速初值、侵蚀颗粒密度值呈反比,与液化颗粒密度峰值呈正比;块石含量与渗流侵蚀方程中试验参数存在线性相关性。将块石含量作为土石混合体结构特征引入渗流侵蚀方程中,以构建适用于土石混合体的渗流侵蚀模型。

关键词：土石混合体渗流侵蚀细颗粒运移侵蚀模型数值模拟

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地质力学磁力模型试验中均匀梯度磁场的构建

岩土力学 2014年第S1期35卷 257-263页

作者：毕金锋罗先启沈辉上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

地质力学磁力模型试验利用电磁力(场)模拟重力(场)的原理研究地质力学工程问题,采用的相似材料由铁磁材料与岩土体混合而成。铁磁材料在磁场中的受力方向和大小与所处空间的磁通密度梯度的大小和方向有关,为了模拟均匀的重力场,需要得... 详细信息

地质力学磁力模型试验利用电磁力(场)模拟重力(场)的原理研究地质力学工程问题,采用的相似材料由铁磁材料与岩土体混合而成。铁磁材料在磁场中的受力方向和大小与所处空间的磁通密度梯度的大小和方向有关,为了模拟均匀的重力场,需要得到在一定空间范围内磁通密度梯度大小相同、方向单一的磁场。根据电磁学基本原理,构建了3种磁路形式以获得磁通密度梯度相对均匀的磁场,对磁力模型试验相似材料进行加载。对比3种磁路,在最佳试验区内开放式磁路对磁场的利用率更高,所以在电流相同条件下等到的磁通密度梯度的量值也更大。与另两种磁路形式相比,尽管半开放式磁路在重量和工作效率上的性能不及开放式和封闭式磁路,但其最佳试验空间的磁通密度梯度的均匀性最好,误差在5%以内,半开放式磁路可以作为地质力学磁力模型试验的磁场发生装置。

关键词：地质力学磁力模型试验软磁材料均匀梯度磁场

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地震作用下裂隙对岩质边坡稳定性影响分析

岩土力学 2015年第2期36卷 600-606页

作者：平曈其罗先启郑安兴上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

在地震作用下岩质边坡内部裂隙可能开裂扩展,对边坡稳定造成不利影响。利用扩展有限元法模拟岩质边坡内部裂隙在地震作用下的开裂扩展,根据扩展后的裂隙分析边坡潜在滑面,采用矢量和法计算边坡在震前、地震过程及震后的安全系数。结果表... 详细信息

在地震作用下岩质边坡内部裂隙可能开裂扩展,对边坡稳定造成不利影响。利用扩展有限元法模拟岩质边坡内部裂隙在地震作用下的开裂扩展,根据扩展后的裂隙分析边坡潜在滑面,采用矢量和法计算边坡在震前、地震过程及震后的安全系数。结果表明:在汶川地震波作用下LLT1与LLT2裂隙均开裂扩展,开裂方向与水平方向夹角近45°,其中LLT1裂隙顶部开裂至边坡面。震前安全系数为1.75,地震过程中最小安全系数为1.01,震后安全系数为1.05。说明了即便是边坡在震前稳定性较好,但由于地震作用使得裂隙扩展贯通至边坡表面,导致滑体抗滑力降低,边坡震后稳定性显著降低。虽然地震过程中边坡并未失稳破坏,若在震后受到其他外部作用则可能失稳破坏,引发次生灾害。

关键词：地震裂隙边坡稳定