跨地裂缝墙体开裂过程的RFPA数值试验研究

基金项 目： 国家 自然科学基金重 点资助项 目（０ ３０ ０ ４６ ８ ） ４
作者简 介： 菊英 （ ９５一） 女 ， 杨 １５ ， 助理 研究员 ， 主要从 事碎性材料损伤破坏过 程研究 ．
地裂缝是一种地质灾害现象 ， 以构造地 裂缝为 主… ， 这种地质灾 害的主要后果是造成跨地裂缝建
杨 菊 英 杨 岳 峰 ，
（． １ 大连大 学 材料破坏 力学数值试验研 究 中心 ， 宁 大连 １６ ２ ；２ 大连理 工大 学 土木 水利 学院， 辽 １６２ ． 辽宁 大
连 １６ ２ ） １０ ４
摘
要： 应用材料真实破裂过程分析 Ｒ Ｐ Ｆ Ａ系统 ， 对横跨地 表裂缝 的墙体 开裂过 程进行 了数值试 验研究 ． 于 对
种 方法 难 以对裂 缝形 成 的过程进 行 真实 的模 拟 ．
本 文 在陈立 伟 等人研 究 的基础 上 Ｊ运用 材料 真 实 破裂 过 程分 析 Ｒ Ｐ ， Ｆ Ａ加系统 ， 地裂 具 有垂 直 活 以 动性 的情 况 为例 ， 横跨 地表裂 缝 的墙 体开 裂过 程进 行 了初 步 的数值 试验 研究 ． 对 数值 试验 再现 了墙 体 出 现裂 缝 的位置 、 向 、 角和裂 缝发 展 的过 程 ． 值 试 验 结果 表 明 Ｒ Ｐ 倾 倾 数 Ｆ Ａ方 法 是 地裂 诱 发墙 体 开 裂 机理 和规 律研 究 的有效 工具 ．
筑 的破 裂 ， 展地 裂缝 诱发 建筑 开裂 的成 灾机 理研 究 是减 灾 防灾 的重 要 课题 ． 锡 伟 、 开 徐 钱瑞 华 等 通 过 对 大 同市铁 路分 局地 裂缝 分布 区 的建 筑 物成 灾机 理 的调查研 究 ， 为 坐落 于地 裂缝带 上 的建筑 物 ， 受 认 将 到 上部 自重 和来 自地 下垂 直差异 升 降 、 平 拉张 、 水 轻微 的左 旋 纽动 力 等共 同作 用 ， 现 出三 维空 间 的破 呈 坏 特 征． 他野 外调查 的结果均 表 明 ， 地 裂缝建 筑 物 的破 坏 在形 式 上 表 现 出一 定 的规 律 性 ， 其 跨 有其 特 殊 的力 学机 制 ． 然 ， 立建 筑物墙 体 破坏 形态 与地 裂缝 三 维活 动 特点 之 间 的定 量 关 系 ， 为地 裂缝 场 地 显 建 将 的建 筑物 开裂 及 由此诱 发 的灾 害 的调 查 、 价 和 防 治提 供 理 论依 据 Ｊ尽 管 多 年来 人 们 对地 裂 缝 的活 评 ．
１ 数 值 分 析 方 法
构 造地 裂缝 一般 具有 正断层 式 的差 异沉 降特 征 ， 裂 缝带 的垂 直 差 异沉 降 和水 平拉 张 破 裂 是导 致 地 建 筑 物开 裂失稳 的主要 因素 ． 当地裂 缝 两侧 土体 发生 相对 位 移 时 ， 即表 现 为地 裂 缝 的活 动 ， 时建 筑 物 此 的地 基和 基础 产生 均匀或 不均 匀沉 降 、 裂 或 错 开 ，Байду номын сангаас而 引起 墙 体 上 部 裂 开 、 开 和坍 塌 ． 引起 砌 拉 进 错 而 体开 裂破 坏 ， 造成砌 体材 料力 学性 质 的弱 化是 由于在 受 力作用 后 内部 结构 的损伤 和裂纹 产生 而 引起 的． 因此 ， 模 拟砌体 开裂过 程 ， 要 首先 要对 砌体 这种 非均 匀 细观 结构 给 予数 值 上 的 表征 ， 须 要研 究砌 体 受 必
动特点、 跨地裂缝建筑物的破坏特征等进行 了大量研究工作 ， 积累了丰富的资料和实测数据 ， 目前人 但
们对 地 裂缝带 上建 筑物 破坏机 理 与破 坏形 态 的分析 ， 仍然 主要 是基 于现 场调查 的定 性描 述 ， 缺乏对 地裂 活动 量 、 活动 形式 等与 由此诱 发 的建筑 物墙 体 裂缝之 间 的定 量 分析 Ｊ ． 陈 立伟 等 通 过有 限元方 法对 跨越 地 裂缝 的建筑 物 墙体 的开 裂 行 为进 行 了数 值 分 析 ， 究 探 讨 了 研 地 裂缝 的多 维活 动性对 墙体 破坏 形态 的控 制作 用 和成 灾机 理 ． 这些 工 作对 于通 过 现场 调 查 反分 析 地 裂 缝 的形 成机 理是 极其有 用 的 ， 从墙 体 裂缝 的出现位 置 、 向和倾 角 ， 可 能辩 识 出地裂 缝 的垂直 和 水平 倾 有 活 动特 征 等． 目前大 多数研 究 的不 足之处 是 所运用 的数 值分析 方法 多是 一种 连续 介 质力学 分析方 法 ， 这
地裂具有垂直活动性的情况 ， 数值试验再 现了墙 体出现裂缝的位置、 向、 角和裂缝发展的过程． 倾 倾 数值试验结 果 表明 Ｒ Ｐ Ｆ Ａ方法是地裂诱 发墙体开裂机理 和规律研究 的有效工具． 关键词 ： 地裂缝 ； 墙体 ； 开裂 ； 数值试 验 ； Ｆ Ａ ＲＰ
中 图分 类 号 ．Ｕ １ Ｔ ３ １ 收 稿 日期 ：０ ７０ －１ ２０ －８３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８２ ９ （０ ７ ０ ・０ ２０ １０ －３５ ２０ ）６０ ７ ・４
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第 ６期
杨菊英等 ： 跨地裂缝墙体 开裂过程的 Ｒ Ｐ Ｆ Ａ数值试验研究
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力后 内部 结 构 的这种 弱化 过程 ． 伤力学 为研 究材 料 的这种 损 伤演化 过 程提供 了一个 有 效 的力学 基础 ． 损
１ １ 墙 体材 料 非均 匀性 的表 征 ．
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第２ ８卷 第 ６期 ２０ ０ ７年 １ ２月
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跨 地 裂 缝 墙 体 开 裂 过 程 的 ｌ Ａ 数 值 试 验 研 究 Ｐ
本文假定的墙体是 由烧结普通砖和砂浆两材料组成的砌体结构， 考虑墙体各相组分 的非均匀性 ， 各 组分的材料性质按照某个给定的 Ｗｅ ｕ 分布来赋值． ｉｌ ｂ１ 通过对不 同组成相的材料单元赋不 同的力学参 数来从数值上得到一个非均匀的墙体模型． 为了反映每个组成部分相内部结构的离散性 ， 假定其材料力