摘要：为解决隧道大变形初期支护因受力过大而破裂问题,通过理论分析和试验验证,自主研发利用材料峰后性能实现能量释放的"限制支护阻力阻尼器",简称"限阻器"。通过室内试验和工程调研,确定限阻器设计参数,制定由限阻器组成的限阻耗能型支护的设计和施工方案,并应用于工程实践,得到以下结论:(1)在应对隧道大变形等高能问题时,支护理念应从传统的大刚度、强支护转变为允许围岩变形、控制围岩能量释放的限阻释能型支护;(2)限阻器环向嵌入到初期支护受力关键部位中,将传统刚性支护转化为"刚–柔–刚"型的限阻释能型支护,成功解决了深埋老黄土隧道和高地应力水平岩层隧道中初支开裂问题,是一种可行有效的隧道支护手段;(3)限阻耗能型支护整体性和安全性有保证,且限阻器取材容易,加工方便,施工简单易操作,故限阻器增加了结构安全性的同时又提高了经济性。

摘要：从大变形的定义、类型及分级、发生机制及原因、判定标准、工程对策等方面,对国内外隧道工程修建过程中面临的大变形问题进行系统的总结探讨;阐述地下工程开挖过程中平衡转换的力学机制及支护理念,提出预防控制大变形灾害的关键技术与重点突破方向;借鉴超高层建筑中常用的框架核心筒结构设计理念,秉持"先让再抗后刚"大变形控制思想,自主研发软弱破碎地质条件下钢格栅混凝土核心筒支护结构体系,阐述新型支护体系调动围岩主体承载的催化机制和结构自身多级转化辅助承载的变形受力特点;现场试验表明新型支护体系对治理高应力软弱破碎围岩大变形灾害是有效的,为同类地质条件下大变形灾害的预防与治理提供借鉴。

摘要：深圳湾海底淤泥含水量很高,在外加荷载作用下,其固结压缩过程具有明显的大变形特征。选取深圳湾西部通道口岸处海水下3 m海底淤泥制作土样,对重塑土样进行固结及渗透交叉试验。通过测定土样的孔压、压缩变形以及渗透过程中的排水量,研究深圳湾海底淤泥的体积压缩系数、大变形固结系数的变化规律。研究结果表明:深圳海底淤泥的大变形固结系数在常用荷载内变化不大,设计估算时可作为常数,而体积压缩系数在固结过程中随孔隙比的变化较大,如假定其为常量采用简化的解析求解,会使得出的结果误差较大,甚至大于采用Terzaghi固结理论计算的偏差。

摘要：粒子有限元法(PFEM)既继承了有限元法坚实的数学基础,又具有模拟大变形、复杂边界问题的能力,在流固耦合、岩土工程领域有广泛的应用。但另一方面,岩土体在大变形过程中往往具有应变软化特性和应变局部化现象,为保持问题求解的适定性,需要在本构方程中引入正则化机制,采用Cosserat连续体理论是引入正则化机制有效方法之一。将PFEM计算方法与Cosserat连续体理论结合,发展了Cosserat-PFEM方法。与传统PFEM中使用三角形单元不同,提出的新方法将边界识别、网格划分相互独立进行,使得四边形等单元的使用成为可能,以提高数值求解的精度与克服三角形单元对应变局部化问题模拟的倾向性。算例表明,本文发展的Cosserat-PFEM方法及基于ABAQUS软件开发的程序是可靠和有效的,拓展了PFEM的应用范围,具有模拟大变形问题并保持问题适定性的能力,适用于大变形渐进破坏问题的模拟。

摘要：高地应力条件下软弱围岩具有显著的流变特性,其时效变形容易引起隧道二衬结构的开裂和破坏。为减小二衬的形变压力,在复合式衬砌基础上,提出在初支和二衬之间设置高压缩缓冲层的支护方案,并在新疆某引水隧洞泥岩大变形段开展现场应用。现场缓冲层由U29可压缩拱架和聚乙烯泡沫层(密度90~100 kg/m^(3))组成,通过衬砌结构内力的现场监测和缓冲层压缩特性的数值仿真,对缓冲层的让压支护效果进行分析。结果表明:采用可压缩接头的U29钢拱架,能够与围岩协调变形,拱架实测应力较小,最大压应力为140 MPa,低于采用刚性连接的H型钢内力;聚乙烯泡沫缓冲层具有较高的压缩性,能够很好地吸收围岩的时效变形,减小二衬结构受力;监测得到的二衬环向压应力均值为6.2 MPa,最大压应力出现在右侧拱肩和边墙,量值为13.0 MPa,低于二衬混凝土的设计抗压强度,验证了缓冲层支护方案的有效性。

摘要：在复合材料层板结构中铺设形状记忆合金丝 ,利用形状记忆合金弹性模量随相变状态的不同变化 ,受限回复时可以产生很大的回复力的特点 ,除改善和增强复合材料层板本身性能外 ,还能使复合材料层板产生弯曲 ,扭转等形状变化。如何正确有效地计算其力学特性 ,是复合材料层板形状控制以及设计和应用形状记忆合金复合材料智能结构的基础。本文在复合材料层板的有限元分析中考虑形状记忆合金丝的热力学特性以及大变形回复的影响 ,并通过实验进行分析和对比 。

摘要：基于ANSYS平台的二次开发,针对桁架结构几何大变形分析问题提出了一种有效的数值算法。主要思路为:采用两步交替迭代逐步逼近,使平衡状态与变形状态协调、统一,建立并求出变形后的平衡方程及其解;也就是说,首先由已知杆件内力建立计算节点位移的连续方程并求解,然后由已知节点位移建立计算杆件内力的平衡方程并求解,通过多次迭代求得平衡状态与变形状态协调统一的非线性大变形结构分析的精确解。本文方法在整个求解过程中仅需做一次结构分析,此在几何大变形桁架结构的优化设计中更突显其优点。本文方法对扁桁架、大跨度桁架尤其有用。通过编制相应的ANSYS二次开发程序,并由数值算例验证了本文方法的可行性、计算精确和计算效率。

摘要：将圆孔周围土体变形区分为弹性区、软化区和流动区,在弹性区中采用小变形理论,在软化区和流动区中采用大变形理论和非相关联流动准则,假定土体服从统一强度准则,根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体剪胀和中主应力等影响因素的应力和应变场分布规律、区域半径和极限扩孔压力的理论解答;并将极限扩孔压力理论的计算结果与传统Vesic扩孔理论计算结果进行对比。结果表明:扩孔压力和软化区半径受土体剪胀的影响比受参数b的影响大,而且球孔比柱孔更加显著;极限扩孔压力理论计算结果与Vesic结果非常接近。

摘要：为了避免大变形引起静强度失效,提出一种考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法。采用Total Lagrangian描述方法和增量式Newton Raphson法求解机构的大变形响应问题;采用基于假设密度场的单元势能插值法,从而避免几何非线性拓扑优化出现的数值不收敛问题;以输出位移最大化作为优化目标,采用改进的P范数将机构所有单元局部应力约束转换为一个全局应力约束,构建考虑全局应力约束的柔顺机构几何非线性拓扑优化模型,采用移动渐近线算法求解优化问题。数值算例结果表明,采用本文方法获得的大变形柔顺机构能够有效满足应力约束。随着允许应力约束值的减小,机构构型中的铰链区域逐渐扩大,使机构的柔度分布更加均匀,但是输出位移逐渐减小。

摘要：随着资源开采由浅部向深部转移,如何有效地控制底臌成为深部软岩巷道支护中首要考虑的问题。针对国投新集刘庄煤矿围岩破坏严重、难支护的情况,结合刘庄煤矿制冷硐室所处的地质环境特点,在巷道围岩的物理力学特性、岩石矿物成分分析、现场地应力测量、现场大型真三轴流变试验的基础上,分析巷道底臌的主控因素,研究表明:本巷道底臌变形主要是由于软弱围岩在较高的水平构造应力作用下,产生明显的流变变形所致。在此基础上,对该巷道进行支护设计优化,提出一种由U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充结合预应力锚索的被动卸压与主动施压相结合的底臌变形控制方案,并通过数值方法验证该方案的合理性。