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岩石非连续变形分析方法DDARF成功实现了模拟岩体裂纹萌生、扩展、贯通、破碎的全过程,但算法只考虑了岩体的线弹性本构模型,没有分析岩体的非线性应力-应变关系。为更符合真实岩体工程,同时扩展岩石非线性本构模型的应用范围,分别采用摩尔-库仑强度准则和最大拉应力强度准则对岩体进行剪切和拉伸破坏判断;对理想弹脆性本构模型进行算法分析,并在VC++平台下程序实现;对“自定义”的岩体非连续变形分析方法弹脆性本构模型与室内单轴压缩试验进行比较分析;将岩体非连续变形分析方法弹脆性本构模型应用于大型地下洞室开挖,并与线弹性本构模型进行对比。结果表明,非连续变形分析方法中自定义岩体弹脆性本构模型是可行的,它能够反映岩体变形的非线性特征,与室内试验吻合度较好;非连续变形分析方法弹脆性本构模型应用于大型地下工程,能更安全且真实地分析洞室围岩的稳定性,进而更好地指导地下洞室的防护措施。 相似文献
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控制隧道开挖引起的土体沉降变形是劈裂注浆的主要目的之一,隧道在劈裂注浆后复合土体的等效弹性参数取值直接关系着隧道在劈裂注浆后沉降变形的预测精度。首先在对已有劈裂扩散模型研究的基础上,按面积等效原则提出了隧道劈裂注浆后复合土体的二维简化等效单元体模型,并基于均质化理论按变形协调原则推导了二维简化单元体模型的等效弹性参数解析解。然后采用有限元方法分别计算并分析了模型在简化前后的等效弹性参数;同时把二维简化等效单元体模型的有限元计算结果和解析计算结果也做了对比分析。最后基于解析结果分析了土体和浆液结石体各自的弹性参数以及浆液注入率对等效弹性参数的影响。结果表明：（1）按面积等效原则对模型进行简化处理的方法是可行的,可以按照简化模型进行弹性阶段的理论分析;（2）解析结果与有限元结果具有良好的一致性,说明了解析结果的合理性;（3）复合土体的等效弹性模量和等效泊松比主要受浆液注入率和浆液固结体本身模量的影响;浆液固结体的泊松比对等效弹性模量的影响几乎可以忽略。 相似文献
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A modified rigid-ion model is developed based on coordination polyhedra as the fundamental modelling units in a crystal structure. A crystal structure is represented by its constituent coordination polyhedra that are treated as three-dimensional elastic continua. Elastic moduli, experimentally determined or otherwise assumed, are ascribed to these coordination polyhedra. Finite element analysis is applied to retrieve the interatomic force information implicit in the elastic moduli of these polyhedra. The polyhedral approach provides a framework to model noncentral and many-body forces in a conventional lattice calculation because the elastic moduli contain much information on the nature of static interatomic forces within a crystal structure. The polyhedral model of the single-crystal elastic moduli of forsterite compares very well with the observed data; the average deviation of the calculated elastic moduli from the measured elastic moduli is within 6 percent. 相似文献
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A layered elastic model is adopted in the paper for the analysis of soil layering effects on the results of Cone Penetration Testing (CPT). Analytical solutions associated with the layered elastic CPT model and obtained via numerically integrating the fundamental singular solution for layered elastic solids due to the action of a body force concentrated on a circular ring. The soil layering effects on the CPT tip and friction resistance are examined in detail using the layered elastic CPT model. These examinations include parametric studies, influence of soil compressibility, comparisons with theoretical results given in the literature, verification with experimental data and simulation of field trial results. The examinations lead to the conclusions that the layered elastic CPT model can be used to analyse soil layering effects on CPT results and to estimate relative shear modulus strength of soil layers. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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岩石滞后非线性弹性模拟的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在循环荷载作用下,孔隙饱和岩石呈现出闭合的应力-轴向（径向）应变滞后回线、轴向应变-径向应变滞后回线和X”形的瞬时弹性模量（杨氏模量和泊松比）等滞后非线性弹性特征,引入一种滞后非线性弹性材料的宏观模型 Preisach-Mayergoyz模型（PM模型）来描述岩石的这些特征。在PM模型中,孔隙饱和岩石的滞后非线性弹性特征由PM密度空间、施加的应力历史和岩石的滞后细观单元(HMU)的弹性特性所决定。在状态方程中,应变与关闭弹性单元数目占总单元数目的百分比成正比,而关闭弹性单元数目则与施加外力的历史有关,特别是在施加外力转向的时候。通过构造PM空间中不同的密度函数和设定HMU的弹性特性（平衡长度对）可以模拟性质不同的岩石,PM空间中不同的密度函数在一定程度上反映了岩石在循环荷载下的本构关系响应的不同性质。HMU中应变的响应与应力的路径有关,模型本身强调了施加于岩石的应力历史在决定岩石的弹性状态时的重要性,因此,可以用来模拟岩石的离散记忆,从这个意义上讲,孔隙饱和岩石的滞后特性是它具有离散记忆特性的原因。通过模拟,讨论了模型参数和岩石弹性模量之间的定量关系。 相似文献
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Boom clay can be considered as a transversely isotropic geomaterial. However, due to lack of experimental evidence and data base, it is still difficult to describe the transversely isotropic plastic behavior of this argillaceous rock. In this paper, we present first, by means of an experimental approach, the main features of the mechanical properties of Boom clay. Then, combining the transversely isotropic elastic model and the modified Mohr–Coulomb criterion, a suitable constitutive model is introduced so as to fully describe the mechanical behavior of the studied material, in which, an elastic damage law which takes into consideration, the transversely isotropic effect, a plastic hardening law and a plastic damage law were introduced to describe the nonlinear elastic, hardening and softening behavior of Boom clay. As a preliminary step, the evolution law of both elastic moduli and Poisson’s ratio during the elastic stage was obtained by direct analysis of the test data. The synchronism of the elastic damage in both transversal and axial directions was proved by this method. Some of the parameters of the model in the elastic stage were also determined by direct analysis method and further verified by back analysis. Other unknown parameters in the model were determined by back analysis. 相似文献
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门架式双排抗滑桩的弹塑性模型与计算分析 总被引：3，自引：0，他引：3
门架式双排抗滑桩的计算模型大部分将桩排间岩土体视为弹性材料,而岩土体为弹塑性材料,使得抗滑桩内力、位移计算结果与实际情况相差较大。假设桩排间岩土体为弹塑性材料,提出一种弹塑性计算模型,该模型将桩排间岩土体看作线弹性单元和塑性单元的组合,根据结构力学知识、土的本构关系和数值分析方法建立一种计算前后排抗滑桩内力的计算方法。首先,由已知的桩顶位移,并结合结构力学位移法求出桩间土总应力。根据Lade-Duncan模型导出这两个单元的基本参数,然后,结合数值分析方法计算出抗滑桩的内力,最后,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件进行计算分析,得出门架式双排抗滑桩的内力图。对比监测数据和弹性模型计算结果表明,弹塑性模型的计算结果比弹性模型更加接近监测值。 相似文献
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为研究深部洞室围岩的分区破裂化机制,建立了厚壁筒三维线弹性解析模型。逐步减小厚壁筒均布内压,模拟洞室静力开挖。逐步增加厚壁筒轴向均布压力,模拟洞室开挖导致洞室轴向应力集中。逐步增加厚壁筒外周非均布压力系数,模拟洞室开挖导致洞室水平应力的重分布和集中效应。根据弹性力学知识和边界条件,确定洞室开挖引起的弹性应力场、应变场及位移场。从拉压域、应变梯度及径向压拉蓄能等3个方面入手,分别研究了内压静力卸荷、水平应力重分布、围压均匀部分及轴压对深部洞室围岩分区破裂的作用机制。结果表明：径向弹性拉伸能和径向弹性压缩能的相对变化反映了围岩能量释放速率和释放量。水平应力重分布和轴压是围岩出现分区破裂现象的主要因素,但两者作用机制不同。该模型可为研究高地应力深部洞室围岩破坏提供一个较统一的理论工具,也为深部工程设计提供了理论依据。 相似文献
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为研究岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性和渗流性质的影响,采用过程模拟法构建了三维数字岩心,在此基础上,分别利用有限元方法和格子玻尔兹曼方法研究了胶结物均匀生长、沿孔隙生长和沿喉道生长3种胶结方式对岩石弹性和渗流特性的影响规律.结果表明:岩石颗粒胶结方式会影响岩石刚性和孔隙连通性,引起岩石弹性模量和渗透率的变化.在相同孔隙度下,胶结物沿喉道生长形成的岩石抗压性最强,渗透率最小;沿孔隙生长形成的岩石抗压性最弱,渗透率最大.3种胶结方式下,岩石弹性模量随着胶结物含量增加而增大,变化率近似相等;岩石渗透率随着胶结物含量的增加而减小,岩石渗透性对颗粒胶结方式的变化更敏感. 相似文献
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利用WDT-1500多功能材料试验机,对砂岩、砾岩和砂砾岩进行了分级循环荷载试验,研究了岩石的动弹性模量对应力幅值和应力水平的响应特性,得到了动弹性模量和耗散能随应力幅值、应力水平及含水率的变化规律。试验结果表明,分级循环荷载下岩石的能量耗散越多,动弹性模量越小;应力水平越高,动弹性模量和耗散能越大;含水率和应力幅值越大,动弹性模量越小,耗散能越大。讨论了邓肯-张模型能够描述分级循环荷载作用下岩石的应力-应变关系,构建了动弹性模量随应力水平、应力幅值及含水率变化的演化模型,探讨了模型参数的确定方法。根据能量耗散的经验法则,建立了耗散能演化模型,结果表明,该模型能够描述分级循环荷载过程中能量耗散行为。 相似文献
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Manuel Bode Wolfgang Fellin David Mašín Gertraud Medicus Alexander Ostermann 《国际地质力学数值与分析法杂志》2020,44(7):1003-1018
The intergranular strain concept was originally developed to capture the small-strain behaviour of the soil with hypoplastic models. A change of the deformation direction leads to an increase of the material stiffness. To obtain elastic behaviour for smallstrains, only the elastic part of the material stiffness matrix is used. Two different approaches for an application of this concept to nonhypoplastic models are presented in this article. These approaches differ in the determination of the elastic stress response, which is used for reversible deformations. The first approach determines an elastic response from the original material model, and the second one uses an additional elastic model. Both approaches are applied on barodesy. The simulations are compared with experimental results and with simulations using hypoplastic models with the original intergranular strain concept. 相似文献
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弹性地基板的分析简化模型 总被引：1，自引：0，他引：1
将弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解与弹性半空间地基上四边自由矩形板受任意竖向荷载作用的弯曲解析解相结合,建立了求解板下地基位移的方法。对一些算例进行大量数值计算分析,得出弹性半空间地基上四边自由矩形板板下地基水平位移和竖向位移的分布规律;并基于该位移分布规律,提出地基位移沿深度按一定的函数关系变化的假设,考虑板下地基水平位移,利用板地基系统的总势能最小原理,通过复杂的变分运算,得出弹性地基板的简化模型。在不考虑板下地基水平位移时,该模型退化成双参数地基模型,并给出了求解其上四边自由矩形板的近似边界条件。 相似文献
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为建立更为完善的岩石统计损伤本构模型,针对现有模型难以反映某些岩石在三轴试验条件下弹性模量随围压变化而改变的特性,从不同类型空隙对岩石变形性质的影响入手,深入分析了岩石弹性模量变化的机理,并在此基础上,依据弹性参数与岩石中未闭合裂隙数的关系建立了岩石弹性模量变化的分析方法。之后,引入统计损伤理论,考虑损伤阈值的影响和残余强度变形特征,建立了可模拟岩石变形全过程的统计损伤本构模型,并给出了基于三轴压缩试验曲线的模型参数确定方法。本文模型可反映岩石弹性模量随围压变化而改变的特性,且具备现有模型的优点,对岩石变形全过程模拟效果良好。最后,通过试验曲线与本文及同类模型理论曲线的对比分析,表明了本文模型的合理性与优越性。 相似文献
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为研究冻土在不同温度下的弹性模量退化与动力特佂,通过对不同负温条件下冻土试样进行循环加、卸载试验,获得其在动荷载作用下的应力-应变滞回曲线与疲劳损伤寿命。按照疲劳寿命与应力幅之间的关系确定了冻土在不同温度下的疲劳损伤参数。根据冻土的弹性模量退化规律提出了动弹模衰减控制方程并建立了冻土唯象疲劳损伤模型。根据冻土实测的循环加卸载滞回曲线特征,提出了理想和非理想滞回圈情况下阻尼比联合分析方法;基于Kelvin模型建立了滞回圈演化规律与弹性模量退化及加载时间的数学联系。研究发现：考虑了动弹模衰减影响的唯象疲劳损伤模型描述了冻土的加速疲劳损伤特征;理想滞回与非理想滞回阻尼比联合分析方法考虑滞回圈的实际演化特征;基于弹性模量退化的Kelvin流变模型建立了滞回圈曲线与加、卸载时间的数学联系。 相似文献
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劈裂注浆可以有效改善土体的变形参数,大大降低土体在受力状态改变时的变形量,对劈裂注浆后复合土体的等效变形参数进行研究十分重要。在综合分析劈裂注浆扩散机制和工程应用实际的基础上,基于均质化理论提出了劈裂注浆后复合土体的三维单元体几何模型,按等效原则给出了浆-土体积及受力分配关系模型图;接着基于横向各向同性本构关系推导了模型的等效弹性模量和等效泊松比的解析解。然后采用有限元方法取得了模型特定条件下的等效弹性模量和等效泊松比,并与解析结果进行对比分析。最后把模型和相应的解析结果引入Flac3D岩土工程专业分析软件,结合一个热力隧道工程实例对隧道劈裂注浆后关键位置的沉降进行预测分析,并与实测值进行了对比。研究表明：对所提出的计算模型,解析计算与有限元方法计算结果吻合度较高,说明了解析结果的正确性;基于该模型及其解析结果得到的隧道开挖后的沉降预测值与实测值具有良好的一致性,说明所提出的模型和相应的解析计算方法具有一定的可靠性和实用性。 相似文献
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为分析层理和水对页岩的蠕变特性影响,室内制取0°、30°、60°、90°和不含层理5种页岩,每种层理页岩均处理成干燥、自然、不饱水、饱水4种含水状态,对其进行单轴压缩下的蠕变试验。试验结果表明,（1）层理角度和含水率对页岩的蠕变特性均有较大影响。同一含水率下随层理角度的增大,页岩的初始瞬时弹性呈指数式减小,瞬时弹性模量成指数式增加。相同层理角度下,随含水率升高,页岩的初始瞬时弹性应变线性增长,瞬时弹性模量线性下降;（2）采用含有弹性元件、黏性元件及开尔文体的“伯格斯”蠕变模型对页岩的蠕变过程进行描述,并对模型的参数进行了反演和验证,表明该模型能够较好地反映页岩的蠕变特征。根据试验所得层理和水对页岩蠕变变形的影响规律,通过瞬时弹性模量和黏性系数与层理角度和含水率的拟合关系,将蠕变模型中的瞬时弹性模量和黏性系数替换为层理倾角和含水率的函数,构建了能够反映页岩层理和含水率的蠕变模型。 相似文献
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随机分布贯穿裂隙岩体变形特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
洞室开挖后,其周边通常会产生许多随机分布的贯穿裂隙,直接影响洞室围岩稳定,研究随机分布贯穿裂隙岩体的变形及变形特性具有重要意义。基于线弹性理论和线性刚度理论计算岩石和裂隙的位移,用概率的方法建立了随机分布贯穿裂隙岩体变形的计算模型,给出了随机分布贯穿裂隙岩体的等效弹性模量和等效泊松比,研究了岩石和裂隙的材料参数和几何参数对岩体等效弹性模量和等效泊松比的影响。可得如下结论：等效弹性模量和等效泊松比随着岩石弹性模量的增大而增大;等效泊松比随着岩石泊松比的增大而增大;等效弹性模量和等效泊松比随着裂隙法向刚度的增大而增大;随着剪切刚度的增大,等效弹性模量逐渐增大,而等效泊松比则逐渐减少;随着裂隙平均间距的增大,等效弹性模量逐渐减小,等效泊松比在平均倾斜角较小时逐渐增大,在平均倾斜角较大时逐渐减小;随着裂隙平均倾斜角的增大,等效弹性模量先减小后增大,而等效泊松比先增大后减小。模型能较全面地考虑构成岩体的岩石和裂隙的材料参数与几何参数对岩体变形的影响,其结果对研究洞室围岩的变形和工程设计有一定的参考价值。 相似文献
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A micro-mechanics-based elastic–plastic model is proposed to describe mechanical behaviors of porous rock-like materials. The porous rock is considered as a composite material composed of a solid matrix and spherical pores. The effective elastic properties are determined from the classical Mori–Tanaka linear homogenization scheme. The solid matrix verifies a pressure-dependent Mises–Schleicher-type yield criterion. Based on the analytical macroscopic yield criterion previously determined with a nonlinear homogenization procedure (Shen et al. in Eur J Mech A/Solids 49:531–538, 2015), a complete elastic–plastic model is formulated with the determination of a specific plastic hardening law and plastic potential. The micro-mechanics-based elastic–plastic model is then implemented for a material point in view of simulations of homogeneous laboratory tests. The proposed model is applied to describe mechanical behaviors of two representative porous rocks, sandstone and chalk. Comparisons between numerical results and experimental data are presented for triaxial compression tests with different confining pressures, and they show that the micro-mechanical model is able to capture main features of mechanical behaviors of porous rock-like rocks. 相似文献