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三维数值流形方法的点-面接触模型

计算力学学报 2006年第5期23卷 569-572页

作者：姜清辉周创兵张煜武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 中国科学院岩土力学重点实验室武汉430071

建立了三维流形元的点-面接触模型,给出了嵌入准则并应用罚方法强迫接触界面满足不嵌入和无拉伸条件约束求解,详细推导了法向弹簧、切向弹簧和摩擦力子矩阵并给出了接触状态(张开、滑动和固定)的模式变化准则,算例表明该模型的有效性。

关键词：数值流形方法点-面接触罚方法开-闭迭代

基于D-P准则三阶段蠕变模型的圆形隧洞黏弹塑性解

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现代隧道技术 2024年第4期61卷 105-111,118页

作者：陈福江赖万松刘金刚佘伍越曾锋高美奔刘国芯西华大学应急管理学院成都610039 四川省交通建设集团有限责任公司成都610039 岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071 国家大坝安全工程技术研究中心武汉430010 “工业固态废弃物土木工程综合开发利用”四川省高校重点实验室攀枝花617000 中铁科学研究院集团有限公司成都610032

围岩的流变特性对隧道结构的长期变形有重要的影响。为了较好地描述圆形隧道开挖后围岩的黏弹塑性力学行为,采用分数阶蠕变模型描述围岩的流变特征,采用Drucker-Prager准则表征围岩的塑性特征,推导圆形隧道开挖后考虑支护支撑效应的围... 详细信息

围岩的流变特性对隧道结构的长期变形有重要的影响。为了较好地描述圆形隧道开挖后围岩的黏弹塑性力学行为,采用分数阶蠕变模型描述围岩的流变特征,采用Drucker-Prager准则表征围岩的塑性特征,推导圆形隧道开挖后考虑支护支撑效应的围岩应力-位移理论解。通过具体算例,分析围岩流变参数对黏弹性塑性变形的影响。结果表明:(1)解析得到的围岩蠕变位移曲线与现场实测结果平均值曲线吻合较好,证明理论推导具有正确性;(2)当考虑黏塑性区围岩的剪胀效应时,围岩的变形值增加。剪胀效应越明显,围岩变形值增加的量值越大;(3)当黏弹性体或黏塑性体的黏性增强时,围岩的蠕变位移量值和速率都会相应增加。

关键词：三阶段蠕变模型 D-P准则深埋隧道黏弹塑性位移解

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三维高阶数值流形方法研究

岩土力学 2006年第9期27卷 1471-1474页

作者：姜清辉邓书申周创兵水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉大学

将三维流形单元的位移函数从一阶拓展为二阶,基于最小势能原理建立了有限单元覆盖的高阶流形方法分析格式,详细推导了三维流形单元的刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及位移约束矩阵。计算结果表明,提高物理覆盖函数的阶次可有效提高流形... 详细信息

将三维流形单元的位移函数从一阶拓展为二阶,基于最小势能原理建立了有限单元覆盖的高阶流形方法分析格式,详细推导了三维流形单元的刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及位移约束矩阵。计算结果表明,提高物理覆盖函数的阶次可有效提高流形方法的计算精度。

关键词：数值流形方法高阶位移函数有限覆盖

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三轴应力作用下岩盐溶蚀特性试验研究

岩土力学 2012年第6期33卷 1601-1607页

作者：汤艳春房敬年周辉中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 黄河勘测规划设计有限公司郑州450003

通过大量的三轴应力作用下岩盐溶蚀特性试验,对岩盐溶蚀特性进行了研究,结果表明,对于岩盐溶解速率来说,三轴应力作用的影响不可忽略;采用宏观溶解速率(即溶蚀质量)与围压、塑性体应变和溶解时间之间的关系来定量描述三轴应力作用下岩... 详细信息

通过大量的三轴应力作用下岩盐溶蚀特性试验,对岩盐溶蚀特性进行了研究,结果表明,对于岩盐溶解速率来说,三轴应力作用的影响不可忽略;采用宏观溶解速率(即溶蚀质量)与围压、塑性体应变和溶解时间之间的关系来定量描述三轴应力作用下岩盐溶解速率的变化,并在试验的基础上获得了宏观溶解速率与围压、塑性体应变和溶解时间之间的关系表达式;在相同的溶解时间、塑性体应变条件下,不同围压下岩盐试样溶蚀前后的形态差异较明显,应力影响质量变化较大,且随着围压的增加,试样溶蚀后形态的变化越小,应力影响质量越小;揭示了三轴应力作用下岩盐溶蚀特性变化机制,得出三轴应力作用下岩盐溶解速率变化与不同围压下表面裂纹的发育与扩展有着直接的联系。该研究成果为进一步研究岩盐应力-溶解耦合机制奠定了试验依据以及理论基础。

关键词：岩盐溶蚀特性三轴应力塑性体应变围压裂纹

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岩爆灾害过程中能量分布的自相似特征分析

水力发电学报 2018年第7期37卷 91-97页

作者：于洋徐倩朱陈刁心宏华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室南昌330013 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

基于四川省凉山自治州境内的锦屏二级水电站深埋隧洞钻爆法(DBM)及隧道掘进机(TBM)施工过程中的微震实时监测数据及大量不同等级的岩爆实例,针对上述两种不同开挖方式下岩爆过程中的微震事件展开了微震能量分布的自相似特征及分形行为... 详细信息

基于四川省凉山自治州境内的锦屏二级水电站深埋隧洞钻爆法(DBM)及隧道掘进机(TBM)施工过程中的微震实时监测数据及大量不同等级的岩爆实例,针对上述两种不同开挖方式下岩爆过程中的微震事件展开了微震能量分布的自相似特征及分形行为研究。获得如下研究成果:深部岩体隧洞岩爆灾害过程中的微震事件是具有能量分形分布特征的,并且表现出良好的自相似性;根据能量分形维数可以对诱发岩爆灾害的开挖方式进行区分,钻爆法开挖方式下的能量分形维数小于0.2,而TBM过程中的能量分形维数均大于0.3;相同开挖方式下不同等级岩爆过程中的微震事件能量分形维数值与岩爆等级具有正比关系。上述研究结果对高地应力条件不同开挖方式下岩爆动态预警体系的建立具有重要的指导意义。

关键词：微震自相似性岩爆钻爆法隧道掘进机

基于颗粒离散元法描述岩石断面形貌的方法研究

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防灾减灾工程学报 2020年第1期40卷 43-50页

作者：丛怡王在泉张黎明丛宇青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

破裂面作为岩石破坏之后最为直观的观测对象,其中蕴含着大量与破坏过程相关的细观信息,通过室内断口粗糙度扫描试验对破裂面进行分析不仅耗时耗力,而且试样最终断裂表面覆有大量白色岩粉会导致破裂面信息在扫描过程中出现不同程度的丢... 详细信息

破裂面作为岩石破坏之后最为直观的观测对象,其中蕴含着大量与破坏过程相关的细观信息,通过室内断口粗糙度扫描试验对破裂面进行分析不仅耗时耗力,而且试样最终断裂表面覆有大量白色岩粉会导致破裂面信息在扫描过程中出现不同程度的丢失。因此提出一种基于数值模拟的细观破裂面拟合方法,通过PFC3D对不同应力路径下大理岩的变形破坏过程进行细观模拟,基于裂纹形成过程中的三类位移场与破裂面之间的关系,对试样最终破裂面进行提取与重建。结果表明:通过该方法拟合所得破裂面同室内试验所得真实岩样破裂面的粗糙度信息及破坏特征基本一致,可以很好地反映不同应力路径下试样破裂面的差异性。

关键词：岩石破裂面 PFC3D 损伤分析

基于条分法原理的充填型岩溶蓄水构造突水突泥最小安全厚度

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岩土力学 2015年第7期36卷 1989-1994,2002页

作者：李术才林鹏许振浩李利平郭明孙超群王旌宋曙光山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室江苏南京210098

首次将条分法引入到充填型岩溶蓄水构造突水、突泥研究当中,基于边坡稳定性分析的条分法原理,对隧道-岩溶充填物-岩溶管道系统进行了抽象概化,建立了充填型岩溶蓄水构造充填物条分解析计算模型。假设充填物在滑动面上各处均达到极限平... 详细信息

首次将条分法引入到充填型岩溶蓄水构造突水、突泥研究当中,基于边坡稳定性分析的条分法原理,对隧道-岩溶充填物-岩溶管道系统进行了抽象概化,建立了充填型岩溶蓄水构造充填物条分解析计算模型。假设充填物在滑动面上各处均达到极限平衡状态,且在滑动面上的破坏服从Mohr-Coulomb破坏准则,通过力的平衡条件推导了充填型岩溶蓄水构造突水突泥的最小安全厚度计算公式,形成了一种求解充填型岩溶蓄水构造突水、突泥最小安全厚度的工程实用解析方法。该方法为岩溶隧道突水、突泥计算提供了一种新思路,计算结果与数值计算吻合性较好且符合实际工程情况,具有一定的理论研究与工程应用价值。

关键词：条分法充填型岩溶蓄水构造突水、突泥最小安全厚度

局部能量释放率与微震相结合的岩爆动态预警指标

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地下空间与工程学报 2018年第1期14卷 266-272页

作者：于洋徐倩徐长节刁心宏耿大新华东交通大学土木建筑学院岩土工程研究所南昌330013

基于锦屏二级水电站引水隧洞、排水洞施工过程中的大量的微震信息以及不同等级的岩爆实例,运用数值计算与微震信息相结合的手段的对岩爆灾害进行研究。结果表明,局部能量释放率可以作为高地应力条件下隧洞开挖过程中围岩能量释放的指标... 详细信息

基于锦屏二级水电站引水隧洞、排水洞施工过程中的大量的微震信息以及不同等级的岩爆实例,运用数值计算与微震信息相结合的手段的对岩爆灾害进行研究。结果表明,局部能量释放率可以作为高地应力条件下隧洞开挖过程中围岩能量释放的指标,将其与微震监测数据相结合可以对深埋隧洞开挖过程中岩爆的强度、发生位置及范围进行预警:当局部能量释放率指标达到4×10~5J/m^3以上,同时最大能量微震事件的能量值大于10~5J时,将发生强烈岩爆;当局部能量释放率指标介于10~5~4×10~5J/m^3之间,最大微震能量值在10~4~10~5J之间时,具有中等或轻微岩爆风险;当局部能量释放率低于10~5J/m^3,微震能量均值小于10~4J时,无岩爆风险。最后在施工过程中对上述预警指标进行运用,有效的抑制了岩爆灾害的发生。

关键词：数值计算微震监测能量释放岩爆局部能量释放率

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深埋软岩隧洞围岩-支护体系安全控制研究

人民长江 2021年第5期52卷 139-148页

作者：杨启贵李建贺长江勘测规划设计研究院湖北武汉430010 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

深埋软岩隧洞变形程度大、持续时间长、支护困难,如何制定有效的设计对策以控制软岩变形是深埋软岩隧洞设计和施工面临的重要技术难题之一。软岩隧洞变形控制研究主要涉及3个关键科学问题:软岩隧洞围岩-支护体系承载机制、围岩-支护体... 详细信息

深埋软岩隧洞变形程度大、持续时间长、支护困难,如何制定有效的设计对策以控制软岩变形是深埋软岩隧洞设计和施工面临的重要技术难题之一。软岩隧洞变形控制研究主要涉及3个关键科学问题:软岩隧洞围岩-支护体系承载机制、围岩-支护体系的安全控制指标与控制标准、软岩隧洞的合理支护时机与支护强度。多年来,国内外学者通过理论分析、现场试验、数值模拟等不同途径对软岩变形控制问题进行了系统的研究,取得了丰富的研究成果。分析了有关软岩变形控制3个关键问题的研究进展,探讨了围岩荷载的作用形式以及围岩-支护的荷载分担比例,建立了围岩-支护体系的安全控制指标与标准。在此基础上,对深埋软岩隧洞的合理支护时机和支护强度进行了探讨。相关认识和结论具有一定的理论和工程意义。

关键词：深埋隧洞软岩围岩-支护体系承载机制支护时机支护强度滇中引水工程