【摘 要】
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综合运用室内试验,颗粒流数值模拟等手段,开展充填结构面变形破坏机理研究,通过开展室内试验,研究典型充填物质的粒径分布,内摩擦角,凝聚力,变形模量等物理力学特性,选择满足相似条件的模型试验材料,制备充填结构面直剪试验模型,并精确测试结构面三维表面形貌,为建立颗粒流数值直剪试验模型提供基础数据;对比分析模型直剪试验成果与颗粒流数值直剪试验的试算结果,通过反馈迭代确定数值模型计算参数的合理取值,为通过颗
【机 构】
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河海大学水利水电学院,南京210098 河海大学工程力学系,南京210098
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综合运用室内试验,颗粒流数值模拟等手段,开展充填结构面变形破坏机理研究,通过开展室内试验,研究典型充填物质的粒径分布,内摩擦角,凝聚力,变形模量等物理力学特性,选择满足相似条件的模型试验材料,制备充填结构面直剪试验模型,并精确测试结构面三维表面形貌,为建立颗粒流数值直剪试验模型提供基础数据;对比分析模型直剪试验成果与颗粒流数值直剪试验的试算结果,通过反馈迭代确定数值模型计算参数的合理取值,为通过颗粒流数值直剪试验研究充填结构面宏观变形破坏特征的细观力学机理奠定基础;通过全过程观测分析充填物质与壁岩间的复杂相互作用,研究非充分充填结构面在一定赋存条件和载荷作用下从损伤,微裂纹萌生,扩展和集结,宏观滑裂面形成直至整体滑移破坏的发展历程;分析由模型直剪试验,颗粒流数值直剪试验所得的充填结构面应力-位移曲线,剪胀曲线等宏观变形破坏特征,并进行充填结构面宏观变形破坏过程的阶段划分,在上述基础上,探究了充填结构面各宏观变形破坏阶段的细观力学机理.
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通过对标准细观均匀化方法进行修正,提出了改进的破坏区均匀化方法,即只对细观模型中的开裂破坏区进行均匀化,用于混凝土细观开裂非线性研究.研究结果表明,采用改进的破坏区均匀化方法,传统的标准均匀化方法出现的尺寸效应消失,峰值应力与下降段变化趋势趋于一致,由此可以确定适用于混凝土开裂非线性研究的细观代表单元体尺寸,为后续的混凝土研究打下基础.
基于细观损伤力学的相关理论,结合岩体材料性质的细观非均匀性,建立了坝基岩体损伤破坏的数值分析模型.以三峡大坝3号坝段为研究对象,动态模拟了其坝基岩体的损伤破坏过程,得到了损伤区范围和破坏程度,并对其稳定性进行了安全评价.通过与室内模型试验结果的对比分析,证明了该数值模型的正确性和可行性.最后指出,该方法不仅适用于坝基岩体破坏机理的研究,而且可以作为一个新方法来分析重力坝深层抗滑稳定问题.
为了使非饱和土固结理论能应用于实际,尝试对该理论进行简化,并通过实际算例验证,说明该简化假设是合理的,促进了非饱和土固结理论实用化.
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以块体理论为基础,从系统稳定性的角度研究洞室围岩的破坏,利用unwedge软件对地下洞室围岩进行块体分析.将随机概率模型引入关键块体理论,分析形成块体的几何条件,根据岩体结构面迹线长度的概率密度,计算关键块体的生成概率,进而再与unwedge软件分析的结果相结合,进行不确定性分析.
假定裂缝形状为半椭圆形,裂缝边缘张开闭合速度为正弦规律变化情况下,理论推导出裂缝在动力载荷作用下因水压缩产生的缝内附加水压计算公式.并通过实例分析了裂缝边缘张开闭合速度,排水率和裂缝初始张开宽度对缝内最大附加水压及对裂尖应力强度因子的影响规律.
基于系统的干扰能量法定义结构的临界状态,在经典固体力学理论框架下,给出结构的临界位移预警标,并结合有限元强度折减法,以干扰能量的临界状态为判据,弥补强度折减法判据上的不足,并通过算例证明临界状态的干扰能量判别的可靠性.