摘要：为研究隧道施工条件下土层的沉降规律,利用离散元软件PFC2D,建立隧道-土体颗粒流数值模型,模拟砂土地层隧道施工过程中的土层沉降。研究结果表明:通过设计,颗粒流方法可有效模拟隧道施工的开挖问题;土拱效应的发挥程度与地层损失率成正比,同时土层剪应变率呈现由隧道中轴线向两侧逐渐减小、由深层向浅层逐渐展开的分布规律。分析结果可为工程实践中分析砂土地层隧道施工引起的土体沉降规律提供理论依据。

摘要：为研究砂卵石隧道开挖过程中洞顶上覆土体的应力变化规律,以某市轨道交通1号线砂卵石地层中地铁隧道开挖为研究背景,采用PFC^(2D)颗粒流程序,建立隧道-土体颗粒流模型,对台阶法隧道开挖全过程引起的洞顶上覆土层的应力扰动规律进行细观数值模拟研究。研究结果表明:1)开挖初期,隧道上覆土层的应力扰动作用明显,上覆土体有一个明显的应力重新分配到再平衡过程;2)环形开挖对洞顶上覆土层产生的应力扰动最为明显;3)开挖对竖向应力产生的扰动作用强于水平应力。本文研究结果与实际工程较为吻合,分析结果可为今后砂粒卵石地层隧道施工提供指导。

摘要：上覆土层破坏形态合理理解与认识,对于垂直顶升法应用具有重要的意义。借助颗粒流程序二次开发,模拟管道垂直顶升施工过程,揭示垂直顶升过程上覆土层的破坏机理、范围及发展路径,与室内试验结果对比分析,研究上覆土深度对土层破坏的影响。分析结果表明:管道上覆土层剪切破坏面具有非线性特征,满足三次函数分布,既有成果假定破坏面沿特定倾角线性分布不足;上覆土顶部破坏范围2.97 D,显著大于经验取值范围(1.2~1.5)D,说明现有研究破坏范围取值不准确;垂直顶升施工上覆土经历挤压剪切→破坏开裂→裂隙延伸→破坏面贯通→裂隙扩展→形成上覆土柱→土层重分布→填充裂隙的过程;不同上覆土层深度对应的破坏特性相近,且随土层深度的增大,顶部破坏范围呈二次函数增大。

摘要：深部高应力环境下硬岩的蠕变变形不可忽略,尤其是裂隙岩体的蠕变变形。为研究含裂隙硬岩的长期蠕变变形行为及蠕变模型,采用高速水射流技术在红砂岩试样中预制了一条贯穿的α=45°单裂隙。确定了该裂隙岩石在围压30 MPa下的三轴压缩强度,采用单级加载方式对试样进行长期压缩蠕变试验,蠕变应力水平约为峰值偏应力的80%。试验结果表明:经历539 h(约22 d)的含45°单裂隙红砂岩只出现衰减和稳态蠕变变形,未发生加速蠕变破坏。为描述裂隙岩石的蠕变变形,在Burgers模型基础上基于有效应力原理建立了考虑损伤的蠕变模型。通过最小二乘法得到的蠕变模型参数显示出显著的时间效应,据此提出了考虑时间尺度的损伤蠕变模型,该模型可以描述裂隙岩石在不同时间尺度下的蠕变变形。最后,采用颗粒流程序PFC^(2D)对试样的三轴压缩及蠕变进行了数值模拟,数值计算结果与试验结果吻合程度较高。研究工作为进一步研究裂隙硬岩的蠕变变形和模型提供了一定的参考价值。

摘要：为研究高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性,分别对经过25、200、400、600、800和1000℃高温处理后的标准砂岩试件进行巴西劈裂室内试验,并基于颗粒流软件开展不同尺寸高温砂岩巴西劈裂数值模拟,研究砂岩巴西劈裂强度及其劣化规律、孔隙率增加相对于裂纹扩展贯通的滞后性规律.研究结果表明:(1)在25~1000℃的温度范围和50~100 mm的直径范围内,温度与尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度均有显著影响,且尺寸效应影响程度更大.在加热过程中,由于岩石内部首先发生热膨胀,然后在热应力作用下产生损伤,因此砂岩劈裂强度先有所增大,在400℃之后持续降低,劈裂强度下降约34.66%~35.10%;随着尺寸增大,岩石内部积聚的能量释放产生大量微裂隙,导致砂岩试样劈裂强度降低,下降约55.61%~56.99%.(2)砂岩巴西劈裂强度劣化幅值与其直径之间满足负指数函数关系,可用于预测不同尺寸高温砂岩的巴西劈裂强度.(3)砂岩在巴西劈裂过程中的孔隙率增加相对于裂隙扩展贯通滞后的荷载差值随温度升高以及尺寸增大而增大;考虑两因素的耦合作用,尺寸效应对荷载差值的影响程度随温度的升高而降低,温度对荷载差值的影响程度随砂岩尺寸的增大而降低.研究成果对火灾后顶板维护,初步预测顶板强度具有一定参考意义,也可为核废料处理、地热资源开发和深井工程等涉及高温和尺寸变化的岩体工程设计提供有益参考.

摘要：针对马路坪矿的一种典型软岩巷道,根据其地质条件和力学特性,将巷道围岩分成弹性区、塑性区和破裂区,进行弹塑性力学分析,得到其位移的封闭解析解。采用颗粒流软件PFC2D对软岩巷道开挖后围岩变形破坏规律进行数值模拟,探讨围岩各个关键部位的位移分布特征,研究结果与巷道弹塑性解能很好地吻合,说明基本模型的正确性,进而利用模型模拟支护,分析支护效果随支护时间的变化规律。所得结果可为类似巷道的破裂机制分析和支护设计提供理论指导。

摘要：针对波浪荷载引发近海粉土的崩塌特性,采用PFC颗粒流软件进行应力控制式主应力方向突变模拟加载试验。结果表明加载引发粉土崩塌,临界崩塌状态下试样内部应力发展到较高水平,颗粒结构内容有剪应力水平集中的连通区域形成,而应变幅值较小;土体在崩塌点后仍具一定强度,且与动剪应力水平有关。在此基础上,研究了围压与动剪应力比对粉土崩塌特性影响。发现各组试样滞回圈的形态均随着初始围压的增大而呈现逐步紧缩的趋势。同时也从能量法观点解释了相关滞回圈在不同围压下开展特性的内在原因。相关的研究结果,从细观机理层面揭示了崩塌对于粉土破坏的前兆作用,有助于实际工程中分析预测粉土在动力失稳前后的性状特征。

摘要：通过自行设计的可视化模型试验,采用高清相机、显微数码及图像分析等技术,对纯砂中桩端埋入持力层不同深度的桩端刺入试验进行宏、细观研究.对随桩端刺入深度不同而产生相应的桩端刺入的受力、砂土的位移场和应变场及其细观机理进行分析研究.通过开发三维非圆颗粒,重点对纯砂中桩端刺入的室内试验进行PFC软件三轴数值模拟,将土体细观参数变化与宏观力学响应相联系,揭示桩刺入过程中桩端砂土的宏、细观演化机理.指出端阻力的发挥在细观上主要表现为桩端附近颗粒接触力的变化:桩端下部颗粒的压密范围、桩脚附近土体孔隙率和接触数变化趋势是端阻随埋深而变化的主要因素;达到极限端阻后,承载力的略微增加在细观上主要表现为持力层中桩侧颗粒孔隙率减小、接触力增大.

摘要：岩石高边坡和地下工程开挖等易诱发岩体拉剪破坏灾害。设计一种可在伺服控制压剪试验机上使用的岩石拉剪装置,该装置可保证荷载和位移控制精度,利用其开展砂岩单轴拉伸、拉剪和压剪试验。砂岩拉剪强度包络呈非线性,在全法向应力区的强度包络可用Hoek-Brown准则描述。针对常规PFC平行黏结Mohr-Coulomb强度准则无法有效模拟岩石非线性强度包络,基于砂岩试验结果建立平行黏结Hoek-Brown强度准则并通过简单转换方法编入PFC程序,方便有效地模拟砂岩拉剪强度和破裂特征及细观力学机制。拉剪情况下破裂面裂纹相对较细,更具张性,而压剪情况下微裂纹数量相对较多,损伤更强烈。随着法向应力sn增加,破裂面张性减弱而剪性增强,但因剪切膨胀原因,较小法向应力的压剪情况下破裂面仍以拉剪裂纹为主。根据数值模拟结果,可将拉剪和压剪应力状态下岩石的损伤演化过程大致分为弹性变形、稳定破裂发展、不稳定破裂发展和整体破裂4个阶段。sn较大时弹性变形阶段和不稳定破裂发展阶段相对较长,峰前塑性变形较多,拉剪情况下更具弹脆性。

摘要：为了研究不同冲击倾向性煤单轴压缩过程中的能量演化规律与损伤特征,基于实验室冲击倾向性等力学参数测试,通过颗粒流数值程序PFC2D获取能够较真实反映煤样宏观力学特性的细观参数,模拟分析了不同冲击倾向性煤单轴压缩下的能量演化规律与损伤特征。研究结果表明:不同冲击倾向性煤的能量演化规律相似,峰值强度前,边界做功主要转化为应变能,耗散能、滑动能与动能的占比则非常小;峰值强度后,应变能快速释放,耗散能、滑动能与动能开始迅速增长。随着冲击倾向性的增强,应变能释放与动能增长速率显著增大,提出应变能释放比率与动能增长比率2个指标,发现应变能释放比率、动能增长比率与冲击倾向性指标中的单轴抗压强度、冲击能量指数以及弹性能量指数具有很好的相关性,可采用该指标来辅助评判煤样的冲击倾向性。峰值强度前不同冲击倾向性煤样内部微裂纹演化规律近似,峰值强度点后微裂纹急剧增长,增速与冲击倾向性呈正相关关系。基于裂纹萌生与体积应变曲线的确定方法,得出煤的起裂应力水平主要分布在44.18%~51.67%,损伤应力水平在89.04%~93.86%。强冲击倾向性煤样的起裂应力水平与损伤应力水平均高于弱和无冲击倾向性煤样,起裂应力水平与损伤应力水平从细观损伤力学角度解释了强冲击倾向性煤样易积聚高弹性应变能并产生脆性冲击破坏的能力。