【摘 要】
：
损伤与断裂是岩石材料最广泛的破坏模式,易诱发工程结构的灾变与失稳,已经成为影响岩石力学理论发展与工程建设水平提高的关键因素。岩石内部细观结构发育,导致岩石损伤断裂是复杂的非线性力学问题,开挖卸荷行为和非均匀地应力环境加剧工程岩体失效行为和工程结构力学响应的复杂性。损伤断裂相场法通过裂纹正则化解决裂纹不连续问题,作为非局部的连续介质力学理论,损伤断裂相场法避免了复杂的裂纹跟踪算法与断裂准则,无需预设
论文部分内容阅读
损伤与断裂是岩石材料最广泛的破坏模式,易诱发工程结构的灾变与失稳,已经成为影响岩石力学理论发展与工程建设水平提高的关键因素。岩石内部细观结构发育,导致岩石损伤断裂是复杂的非线性力学问题,开挖卸荷行为和非均匀地应力环境加剧工程岩体失效行为和工程结构力学响应的复杂性。损伤断裂相场法通过裂纹正则化解决裂纹不连续问题,作为非局部的连续介质力学理论,损伤断裂相场法避免了复杂的裂纹跟踪算法与断裂准则,无需预设裂缝即可模拟裂纹萌生、扩展、分叉与破碎的演化全过程,为隧道（洞）或地下工程开挖损伤区分析提供创新思路。本文基于损伤断裂相场理论,考虑岩石塑性变形与非均质特征,构建了岩石非局部损伤断裂相场模型,并在此基础上提出了隧道开挖损伤区分析方法。主要内容包括:（1）开发了固体损伤断裂相场模型TL-FEMS数值计算程序,根据损伤断裂相场有限元离散格式,基于用户自定义单元子程序（UEL）开发了TL-FEMS数值计算程序,包括位移场层（UEL子程序）、损伤相场层（UEL子程序）以及数值结果显示层（UMAT子程序）,利用Fortran语言编制软件子程序接口。对比二维与三维单边缺口平板拉伸与剪切断裂模拟结果,验证了TL-FEMS数值计算程序的有效性,并进一步探讨了含不同倾角预制交叉裂纹的巴西圆盘断裂问题;（2）构建了岩石损伤断裂相场模型及数值计算程序,考虑岩石临界能力释放率差异和非均质性特征,引入了断裂参数非均质度,修正了岩石线性断裂准则,结合弹性应变能球量-偏量分解和塑性应变能函数,构建了岩石弹塑性耦合损伤断裂相场模型。根据修正后的有限元离散格式改进TL-FEMS数值计算程序,分析了压缩荷载作用下含预制裂纹岩石损伤断裂特征,与岩石力学试验结果对比验证了模型对岩石裂纹扩展的分析能力;（3）建立了岩石动态损伤断裂相场模型及数值计算程序,基于岩石弹塑性耦合损伤断裂相场模型,引入惯性力项推导了相场模型能量方程、控制方程和有限元离散格式,通过岩石动态损伤断裂相场模型的TL-FEMS数值计算程序,分析了预制缺口矩形板动态拉伸断裂和动态荷载厚壁圆筒动态破碎等算例,验证了动态TLFEMS数值计算程序。给出了动态压缩荷载作用下岩石裂纹损伤断裂特征,分析了不同倾角单一裂纹和双裂纹动态扩展特征;（4）基于岩石损伤断裂相场模型提出了隧道开挖损伤区分析方法,包括开挖损伤区的概念和分区划分判据。定义损伤断裂相场作为表征开挖损伤区的定量指标,即开挖损伤区与围岩损伤相场变化一致,开挖边界损伤断裂相场值接近于1,向围岩深部损伤开挖卸荷影响作用逐渐减弱,损伤断裂相场值由1到0逐渐降低;将损伤相场梯度变化曲线拐点作为开挖损伤区判据,划分为开挖损伤区、开挖扰动区和原岩应力区等。基于此方法分析加拿大原子能有限公司（AECL）的URL试验室-420m水平的Mine-by隧洞开挖损伤区,与现场监测、微震监测和数值模拟结果对比,验证了基于岩石损伤断裂相场的开挖损伤区分析方法的合理性;（5）将提出的理论模型和开发的计算程序初步应用于深部隧道围岩开挖损伤区分析中,分析了围岩裂隙与地层空洞的隧道开挖损伤特征,讨论了围岩裂隙和地层空洞对隧道开挖损伤区的影响规律,定量预测了隧道开挖损伤区深度;将开发的计算程序初步应用于浅埋软弱围岩隧道开挖损伤区分析中,分析了不同埋深和围岩级别条件下马尾山隧道开挖损伤区特征,为马尾山隧道超前支护提供参考建议。
其他文献
光纤激光器以其结构紧凑、效率高、光束质量好等优异性能,在通信、工业、军事等领域得到了广泛的应用。光纤激光器输出功率的进一步提升面临着巨大的挑战。一方面,单模光纤激光器的输出功率存在理论上的极限,另一方面,热效应、非线性效应和横模不稳定性严重限制了单模光纤激光器输出功率的进一步提升。这些关键问题导致了对功率提升技术的迫切需求。本论文对目前高功率光纤激光器功率提升的局限性进行了深入分析,设计用于高功率
航天事业的蓬勃发展推动了微重力科学及其应用领域的大量研究,空间飞行器和落塔等地基实验设施都能为微重力科学研究提供微重力实验环境。由于空间飞行器在轨飞行成本高昂,且机会很少,使得在地面利用落塔开展微重力科学研究得到了快速发展。为了在微重力落塔系统中获得更长的微重力时间和更高的实验频率,科学家们提出一种采用电磁弹射技术的新型微重力落塔系统。直线电机作为微重力落塔弹射系统中的核心执行部件,其电磁和推力特
作为一种重要的p型半导体,CuS具有较高的空穴迁移率,在电荷存储等方面有着广阔的应用前景和推广价值。尽管在形貌调控、化学合成、器件设计等方面有着相当数量的报道,但是关于CuS及其范德瓦尔斯异质结构在超快时间尺度上的载流子动力学信息的报道却很少见诸笔端。通过超快激光脉冲对材料进行载流子注入进而对材料中的光生载流子信息进行研究,这对于从基础物理学的角度理解并探究材料电荷传输过程及光与物质的相互作用是至
中共党员领导干部是建设党和国家事业的骨干力量,体现为他们领导和组织人民管理国家事务和经济文化事业,其凭借的就是人民赋予的权力。古人云,国无德不兴,官无德不为,人无德不立。政德是新时代马克思主义政党建设中的重要政治话语和伦理规范,立政德集中体现了中国共产党人遵循政治伦理的思想自觉、价值自觉和行动自觉。党的十八大以来,习近平高度重视党员领导干部政德建设,强调要立政德、讲政德、遵政德,在政治、工作、生活
光缓存技术在光分组交换网络中起着重要作用,它既可以为光路由控制提供可调的缓存时间,同时还能够解决端口竞争的问题,决定了网络节点信息处理及存储性能。已报道的光缓存器的时延通常利用光纤或波导延时线调节,但延时调节精度较低,时延带宽乘积受限,难以满足高速光网络的时钟对准精度和带宽要求。本论文在研究非互易硅基波导的缓存机理的基础上,研究了平面波导和矩形波导结构的非互易硅基磁光波导的非互易色散关系及时延特性
多波长掺铥光纤激光器的工作波段为2μm,属于人眼安全波段,存在透过率大于80%的大气窗口,可应用于自由空间通信、环境监测、光纤传感等领域。基于新型全光纤滤波器件的多波长掺铥光纤激光器可精确调节输出波长,具有较强的抗电磁干扰能力,较高的激光稳定性,且结构简单易于实现,是激光空间通信的理想光源。本文结合所参与的国家自然科学基金项目,基于新型全光纤干涉仪滤波器的工作原理和设计制作,对2μm波段多波长可调
在多标记学习任务中,每个实例通常被同时标注有多个候选标记。通常情况下,这些标注的候选标记都是真实且完备的,因此,传统的多标记学习算法可以直接从这种理想标注的数据中学习分类器,并将其用于未知实例的标记预测。然而,在现实任务中,这种被精准标注的多标记数据是很难获得的,特别是针对于大规模数据,实现大量实例的精准标注是非常耗时耗力的。因此,从互联网上直接下载带有语义标记数据成为一种比较简单的收集大规模训练
医学成像机制的多样性促进了医学研究和临床应用的发展,成为现代医学系统中的重要组成部分,但功能受限的单一模态成像越来越难以满足复杂疾病诊断过程的需求。多模医学图像融合技术通过将关于同一场景的互补信息融合到单一图像中,能够显著降低数据冗余,并有效提升了对肌体组织病理信息的立体感知,这有利于改善对复杂疾病诊断的效率和精度。因此,医学图像融合成为临床研究和疾病诊断的重要辅助手段,具有重要的理论研究价值和广
作为一种新兴技术,区块链的透明可信、防篡改、可追溯、去中心化等多种特性,使其可以为多个不互信参与者建立分布式信任。共识机制作为其中的关键技术,保证了区块链系统中分布式节点数据的一致性,为系统的正常运转提供了支撑。工作量证明（Proof-of-Work,PoW）是共识机制的典型代表,几近完美地整合了交易发起、执行和验证等功能,被广泛应用于比特币、以太坊等加密货币系统。PoW系统中激励机制的引入,使得
基于空分复用技术的多芯光纤能够成倍增加通信容量并提升空间利用率,因而有望成为突破现有通信容量瓶颈的关键技术。随着商业化应用的推进,多芯光纤朝着低损耗、低串扰及大模场面积的方向发展。然而,这些性能易受弯曲的影响,弯曲不当会导致其急剧劣化,从而影响光传输系统及基于多芯光纤的光器件的正常使用,严重时甚至损坏整个系统。因此,研究多芯光纤弯曲特性和参数测量对改善光纤性能,指导其实际应用具有重要意义。本论文对