国家自然科学基金(51074014)
- 作品数：21 被引量：300H指数：8
- 相关作者：吴顺川高永涛金爱兵杨振伟王凯更多>>
- 相关机构：北京科技大学中电建路桥集团有限公司北京大学更多>>
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- 负泊松比岩体颗粒流模型及模拟分析被引量：1
- 2015年
- 为了从微观结构角度研究岩体特殊的负泊松比效应,基于颗粒流理论和颗粒流程序（PFC）,提出采用颗粒流数值模拟方法。从已知具有负泊松比效应的无机晶体材料出发,研究其内部特殊的微观结构,进而建立符合岩体情况的颗粒流模型。利用所生成模型进行单轴压缩模拟试验,得出泊松比随应力的变化曲线。基于所建模型,对岩体在低荷载水平作用下的负泊松比现象机理进行分析。研究结果表明：当轴压为0～3 MPa时,岩体试样泊松比为负值,最小泊松比为-0.059。模拟结果与室内试验结果大致吻合,验证了该颗粒流模型用于研究岩体负泊松比现象的可靠性。
- 金爱兵王凯杨振伟孟新秋
- 关键词：岩体负泊松比PFC微观结构
- 综合安全系数局部强度折减法的应用研究被引量：2
- 2016年
- 通过FLAC3D中的fish语言编写自定义强度折减程序,在边坡局部区域对边坡黏聚力和内摩擦角分别采用不同的折减系数进行折减,最终得到综合安全系数。算例结果表明,基于综合安全系数的局部强度折减法可以有效弥补传统强度折减法的不足,其对边坡的稳定性分析结果是合理可信的。
- 张华恺高永涛王强志赵彦庆
- 关键词：强度折减法FLAC3D
- 基于综合安全系数的强度折减法的改进被引量：4
- 2015年
- 在边坡失稳破坏过程中,黏聚力c和摩擦角Φ所起的作用是不相同的,边坡双安全系数虽然体现了c和Φ安全储备的不同,但其强度参数折减过程具有盲目性,并且在衡量边坡稳定性方面缺乏统一的标准。根据MohrCoulomb屈服准则,基于强度储备原理,提出综合安全系数;对土的软化过程进行推导,得到c和Φ折减系数之间的关系;利用FLAC3D中的fish语言编写自定义非等比强度折减程序,分析了不同强度参数折减比下边坡的稳定性。研究表明:1提出的综合安全系数消除了双安全系数在评价边坡稳定性方面的不确定性;2在黏土边坡失稳破坏过程中,黏聚力c所起的作用大于摩擦角Φ;3改进的强度折减法克服了传统强度折减法无法考虑滑动面土体劣化过程等问题。
- 王强志高永涛吴顺川张华恺杨凯
- 关键词：FLAC3D
- 基于颗粒流程序的广义Kelvin模型及其应用被引量：4
- 2015年
- 研究具有流变特性的由一个Maxwell体和任意个Kelvin体串联组成的广义Kelvin模型,并对其本构关系进行推导。在Microsoft Visual Studio平台上采用C++语言编译模型的头文件和源文件,开发出广义Kelvin模型的动态链接库(DLL)文件,在二维颗粒流程序(PFC2D)中对DLL文件进行加载调用,实现对广义Kelvin模型的开发。对含不同数量Kelvin体的广义Kelvin模型进行应力松弛模拟试验,得到接触力随时间的变化关系并与理论解对比,验证了开发模型的准确性。在此基础上,以某露天煤矿的含粉质黏土边坡为工程实例,利用开发的广义Kelvin模型对其失稳过程进行模拟,所得结果与边坡现场特殊的帽檐形破坏模式相符,而与采用普通线弹性模型模拟得到的边坡失稳形态为"圆弧滑动"不一致,说明该模型可用于研究此类含粉质黏土边坡失稳的破坏机制,并在此基础上,提出了对该类含具有流变特性的粉质黏土边坡的处治建议,研究结论可为今后类似研究提供有益的参考。
- 金爱兵王凯张秀凤孟新秋杨振伟
- 关键词：颗粒流程序边坡失稳
- 基于颗粒流程序的黏弹塑性本构模型开发与应用被引量：5
- 2015年
- 在深入研究西原体模型黏弹塑性特征的基础上,推导出不同塑性条件下的流变特性方程,并将其推广到离散单元法中,研究了颗粒间力与位移关系的数值积分方案,总结出颗粒流程序中接触本构模型开发方法,并基于二维颗粒流程序(PFC2D)开发出具有黏弹塑性特征的西原体接触本构模型。通过两个互相接触的固定球体之间的应力松弛试验,分3种情况验证了模型编制的准确性。利用取自张家洼铁矿巷道内的岩石试样,通过单轴和三轴压缩试验获取计算参数,并进行了单轴压缩蠕变试验的模拟,通过与室内蠕变试验结果的对比,验证了PFC2D中自定义西原体模型用于岩石流变特性研究的可行性。利用西原体模型与线弹性模型对D型深埋巷道进行分析计算和破坏模式研究,结果显示,西原体模型预测结果与Hoek-Brown准则理论结果更为接近。在围岩蠕变作用下,巷道两帮变形量大于顶板和底板,破坏程度更为严重,计算结果与现场监测数据基本吻合。根据巷道长期稳定性的要求,提出着重支护两帮的治理建议。
- 杨振伟金爱兵王凯孟新秋高玉娟
- 关键词：蠕变试验颗粒流程序黏弹塑性流变特性
- 非贯通节理岩体等效强度及破坏特性被引量：3
- 2016年
- 应用PFC2D数值模拟软件,选取适当的细观力学参数,建立非贯通节理岩体试样数值模型并进行双轴试验,设置监控圆监测岩体压缩过程非贯通节理面上不同位置应力及其变化情况。以莫尔-库仑强度准则为基础,对非贯通节理的等效强度参数进行推导,提出含非贯通节理的岩体等效强度公式。建立等效岩石试样和节理岩体试样数值模型进行双轴压缩试验,对含非贯通节理岩体等效强度进行数值模拟。研究结果表明:双轴压缩过程岩桥上应力大于相同时刻节理面上的应力,且岩桥达到峰值强度时节理面并没有达到峰值强度。等效强度公式计算得到的非贯通节理岩体强度与数值模拟得到的强度比较接近,应力-应变曲线基本一致。
- 金爱兵孙浩孟新秋王凯杨振伟
- 关键词：非贯通节理岩体等效强度PFC2D双轴试验
- 基于广义Hoek-Brown准则的隧道纵向变形曲线研究被引量：25
- 2015年
- 纵向变形曲线是隧道开挖面空间约束效应的直观反映,多数纵向变形曲线的研究并未考虑围岩质量和应力水平的影响。基于广义Hoek-Brown准则,采用有限差分法,提出了能够量化不同围岩质量及应力水平下开挖面空间效应差异的纵向变形曲线函数表达式,可以简便地得到不同地质条件下的隧道纵向变形曲线,通过误差分析及与已有研究成果对比,验证了该方法的合理性与普适性。研究结果表明:围岩基本质量指标值相同时,围岩纵向变形曲线随着埋深增加变得更加平缓,即围岩应力及位移的释放过程越缓慢,埋深相同时,随着围岩基本质量指标值的降低,围岩纵向变形曲线显示出同样的趋势,相对于开挖面前方,开挖面后方纵向变形曲线的这种特点更加明显;开挖面处纵向变形也是围岩质量与应力水平的函数,最大值不超过隧道径向变形最终值的30%。
- 吴顺川耿晓杰高永涛赵国军李健严琼
- 关键词：隧道工程
- 卸载岩爆试验及PFC^(3D)数值模拟研究被引量：57
- 2010年
- 以张家口—石家庄高速公路隧道岩爆灾害为工程背景,进行室内卸载岩爆试验;并基于颗粒流法和PFC3D程序,采用内置Fish语言编制加卸载命令流,进行卸载岩爆试验数值模拟,得出不同应力状态下的岩样细观破裂现象与过程,可有效地判别与验证岩爆的产生。研究结果表明:(1)研究区域灰质白云岩的岩爆类型为瞬时岩爆,岩爆烈度等级为IV级;岩爆发生时试件端部全面崩垮,试件卸载面中部片状剥离并伴随颗粒混合弹射。(2)根据应力环境的变化,卸载岩爆试验的进程可分为平静期、局部颗粒弹射期、发展期及最终爆发期等4种状态。(3)瞬时岩爆发生时的颗粒黏结破裂机制以张拉型破裂为主、剪切型破裂为辅。(4)模拟卸载岩爆发生时的荷载等级、试件应力–计算时步曲线、破坏形式等均与室内试验结果较为吻合,表明PFC3D数值模拟方法可部分代替室内卸载岩爆试验,大幅降低试验费用,是岩爆试验研究中的一种新的有效途径。
- 吴顺川周喻高斌
- 关键词：岩石力学岩爆数值模拟
- 基于颗粒流程序的非定常西原体模型被引量：6
- 2015年
- 为实现岩石试样蠕变全过程的准确模拟,并从细观角度探究蠕变过程中微裂隙的发生和发展规律,在二维颗粒流程序(PFC2D)中开发出具有黏弹塑性特征的西原体流变接触本构模型,进一步提出包含两种非定常元件的非定常西原体模型,推导了模型本构关系和蠕变方程.在PFC2D中调用自定义西原体流变模型,通过参数调试,获得与真实试样具有相同强度特性的数值试样.以室内单轴压缩蠕变试验数据为基础,在Matlab中对模型非定常参数进行拟合反演分析.在此基础上,进行单轴压缩蠕变试验的模拟,计算过程中分别采用定常和非定常两种模型,并对微裂隙进行监测.对比分析结果表明:定常模型仅适用于衰减和稳定蠕变阶段;非定常模型也可用于描述加速蠕变阶段,从而准确模拟蠕变全过程;加速蠕变阶段主要是由微裂隙的加速发展而产生,加速蠕变将导致试样剪切破坏.
- 杨振伟金爱兵高永涛王凯孙浩
- 关键词：岩石力学本构模型颗粒流程序裂隙
- 基于不同强度折减路径下的隧洞围岩稳定性分析被引量：5
- 2013年
- 为解决隧洞围岩稳定性分析问题,开展了基于广义Hoek-Brown屈服准则强度折减法的研究.在有限差分软件FLAC^(3D)中利用FISH语言编制强度折减程序,并以计算收敛性和特征点位移突变性为判据,求得整体安全系数.针对广义Hoek-Brown屈服准则四个基本输入参数σ_(ci)、m_i、GSI和D,引入等效接近度概念,以此为基础对比分析了七种强度折减路径的合理性,得出折减路径的合理性依赖于具体工程参数的结论,并通过工程实例对比验证了上述结论.隧洞稳定性随D值的增大而降低;将计算收敛性以及特征点位移突变性相结合作为其稳定性的判断标准更为合理.
- 高永涛范高龄吴顺川韩浩亮高利立周喻
- 关键词：隧洞围岩强度折减屈服准则
