考虑先期卸荷静偏应力的花岗岩残积土动力特性研究EI北大核心CSCD

先期静偏应力对土体的动力特性具有重要影响,以往的研究多侧重于加载引起的静偏应力,考虑先期卸荷作用影响的土体动力性质试验研究还很少见。围绕先期卸荷条件下原状花岗岩残积土的动力响应特征,开展了一系列包含先期卸荷阶段的动态三轴试验;基于土体强度包络线、试样固结及卸荷后应力状态三者之间的位置关系定义了卸荷度,用于表征实践中受诸多因素影响的土体应力释放程度,卸荷度反映了卸荷土体距离破坏状态的相对远近;根据试验结果分析了动应力幅值和卸荷度对土体累积塑性变形和动强度的影响规律。结果表明:随着动应力幅值的增大,轴向塑性变形累积模式加速向“破坏型”发展;先期卸荷作用助长了花岗岩残积土的轴向累积塑性变形,间接表现为临界动应力幅值随卸荷度的增大而减小,且此种助长效应随卸荷度的增大呈非线性(加速)增强趋势;相同循环周次下,花岗岩残积土的动强度随卸荷度的增大而减小。在此基础上,以临界动应力幅值为归一化因子,发现不同卸荷度下土体的动强度曲线可归一化为唯一的曲线,据此建立了可考虑先期卸荷程度影响的花岗岩残积土动强度表达式。     

F1离子固化剂加固试验黄土的物理力学特性变化机理

为研究离子型土壤固化剂加固黄土的作用效果,对不同F1固化剂掺量的试验黄土进行物理力学参数试验以及微观试验,分析了固化剂加固土体的微观结构变化,探讨了固化剂对试验黄土物理力学性质的影响规律和加固机理.研究结果表明:F1固化剂能提供强正电或强阳离子分子,通过离子交换作用与永久带负电荷的黏土矿物颗粒吸附,使得土颗粒在外荷载作用下重新排列成联结力更强的层状堆叠结构,改善了土体的物理力学特性;F1固化剂阻碍了黏土颗粒对极性水分子的吸附,降低了黏土颗粒的水敏性,使得土体的液、塑限和最优含水率降低,最大干密度和无侧限抗压强度增大;微观电镜扫描与核磁共振试验表明,F1固化剂可减小土颗粒间的孔隙体积、孔隙面积比和粒间孔径,降低孔隙连通性;F1固化剂使用便捷、成本低廉、养护周期短,与石灰、水泥等传统土体改良材料相比有众多独有优点.     

桩基震陷的有效应力动力计算方法

本文提出一种能够全面考虑应力、应变、振动孔隙水压力、震陷以及桩土界面规律的上体动力计算模型,并将该模型与Ｂｉｏｔ两相介质动力固结方程相结合,建立了拉基震陷的有效应力动力计算方法。液化砂土地基上典型高层建筑的拉基震陷计算发现：地基液化可以使柱产生较大的震陷,地震期间桩基的瞬时沉降较小,震陷的主要发展阶段是在地震结束以后的一段时间。     

粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析

基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。     

应力历史影响下的膨胀土动力参数响应特征

动剪切模量和阻尼比是土动力非线性性能中最重要的两个参数。为考虑应力历史对膨胀土动力学特性的影响,开展加载、卸载和再加载固结路径下南阳膨胀土共振柱试验,利用双曲线模型和经验关系分别对动剪切模量和阻尼比随剪应变演化规律进行分析,提出膨胀土在剪应变值为5×10~(-6)~10~(-2)范围内的剪切模量比和阻尼比推荐值,同时分析应力历史影响下动剪切模量比和阻尼比的不确定性。研究表明,应力历史对最大动剪切模量与动剪切模量随剪应变演化规律都有很大影响,卸载和再加载条件下的最大动剪切模量较加载条件下的大,最大增幅为66.59%;应力历史对阻尼比的影响规律性不强。动剪切模量比的极小值均出现在加载路径;经历较大外荷载后,卸载程度越大,动剪切模量比不确定性越大;动剪切模量比和阻尼比的变异系数最大值分别达到了46.30%和48.99%,说明在工程设计和施工中应充分考虑应力历史对动剪切模量比和阻尼比的影响,根据相应的应力历史来选取土体动力学参数。     

内水压作用下粘弹性饱和土-隧洞衬砌相互作用

混凝土衬砌既有粘弹性性质,又有渗透性。实际工程中内水压力值由衬砌和孔隙水共同承担,该文通过引入与孔隙流体体积分数有关的应力系数合理地分配了衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。根据衬砌和土体界面处衬砌中流体速度和土体中流体速度相等以及应力和位移连续性条件建立了部分透水边界条件。将衬砌和土体分别视为多孔粘弹性材料和液固两相介质,采用饱和多孔介质理论和粘弹性理论,在频率域内给出了内水压力作用下粘弹性饱和土-衬砌相互作用时饱和粘弹性土位移、应力和孔压和衬砌的位移和应力解析表达式。进行了参数研究,表明:应力系数以及衬砌和土体相对渗透系数对系统动力响应影响很大。另外,应力系数合理地确定了边界衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。     

砂土强度和剪胀性的颗粒力学分析

砂土强度和剪胀性一直是土力学强度和变形研究的难点和重点,对其进一步认识的关键取决于对砂土颗粒状微观结构的洞察。砂土的颗粒性和散碎性使其适合采用颗粒力学来研究。该文从颗粒力学角度出发,利用平面离散元模拟砂土变形,建立并标定了砂土单元实验的一个颗粒力学模型。在此基础上,通过颗粒力学参数影响分析,研究了砂土无侧限双轴试验的三种表观强度指标(临界状态强度、峰值强度和特征应力强度)、剪胀性及剪切模量的颗粒力学影响因素。研究结果表明:砂土临界状态强度仅受砂土颗粒摩擦系数的影响,是材料属性,符合临界状态土力学理论;砂土峰值强度和特征应力强度不但与砂土颗粒摩擦系数相关,还与围压水平和相对密实度有关。峰值强度不受砂土颗粒自身刚度性质的影响,而特征应力强度受颗粒刚度性质的影响较大,但后者的影响规律不是简单的正比或反比的关系。砂土剪切模量主要受其颗粒自身刚度性质的影响,就目前研究来看,它与砂土相对密实度的关系并不显著。用颗粒力学方法对剪胀性的深入研究比较困难,主要是因为诸多颗粒力学参数(砂土颗粒摩擦系数和刚度、砂土样品的孔隙率及围压水平)均与之相关。该文尝试研究了砂土剪胀性与其颗粒转角的关系。最后,用该文标定的颗粒力学模型,研究了无重地基极限承载力普朗德尔-瑞斯纳问题,通过颗粒力学计算结果与普朗德尔-瑞斯纳解的对比,深化了对砂土地基极限承载力的理解,也为计算颗粒力学方法在岩土工程尺度上的应用提供了参考。     

非饱和黏性土的三剪次加载面模型研究

基于非饱和土三剪强度准则和次加载面模型，构建了适用正常固结非饱和黏性土的Bishop和Fredlund应力变量法三剪次加载面模型，将2个模型计算结果与非饱和黏土的单调静三轴试验及循环动三轴试验结果做了对比，结果表明，Fredlund应力变量法本构模型要更接近试验结果。在静三轴试验的土体变形后期，Fredlund和Bishop应力变量法的模型计算结果与试验数据的应力偏差分别为2%和10%;在动三轴试验的土体振动后期，Fredlund和Bishop应力变量法与试验结果的应变偏差分别为4.2%和7.5%。另外，对所提模型的真三轴分析结果可知，静真三轴试验的中间主应力影响系数和基质吸力的增大均会使得土体的抗剪强度增加，随着基质吸力增大，不同模拟结果依次的应力偏差均为11%左右；随着中间主应力影响系数增大，不同模拟结果之间的应力偏差大致为4%。动真三轴试验的最小主应力或中间主应力越大，非饱和黏性土的棘轮效应和抗剪强度也越大，不同中间主应力模拟结果之间的应变偏差为3.3%,不同最小主应力模拟结果之间的应变偏差为8.5%。     

水灰比对薄喷衬层材料抗拉性能影响的宏微观试验研究

薄喷衬层材料TSL865作为一种新型高分子喷涂支护材料,可快速有效地抑制地下工程围岩变形、破坏。抗拉性能是TSL865材料的优势特征,但其受水灰比的影响规律与作用机制目前尚不清晰。为此,本研究开展两方面的工作：(1)通过开展宏观拉伸试验,分析水灰比对TSL865试样应力-应变曲线特征、抗拉强度和抗拉韧性等力学性质的影响规律;(2)通过开展微观孔隙结构试验,分析水灰比对TSL865试样微观孔径分布、比表面积等几何性质的影响规律;计算不同水灰比下TSL865试样的孔径分形维数,从试样微观孔径结构分布特征角度,解译水灰比对TSL865试样抗拉性能的影响机制,并获取最佳水灰比。研究结果表明：TSL865试样的应力-应变曲线可以分为弹-塑-延-脆四个阶段,且柔性特征显著;TSL865试样抗拉性能较好的原因是其2～10 nm的无害孔占比较大;水灰比与试样的抗拉强度、孔径分形维数呈负相关关系,通过调节水灰比来改变TSL试样的微观孔隙结构,从而影响TSL试样的抗拉性能,其最优的水灰比为1∶2。研究成果有助于全面了解TSL865材料的抗拉性能与宏细观破断机制。     

平面P1波入射下饱和度对深埋圆形衬砌动应力集中因子的影响

准饱和土是天然土体中比较常见的一种形式,与饱和土相同,其内可传播三种体波:剪切波、快压缩波(P1波)和慢压缩波(P2波)。忽略土颗粒的压缩性,考虑孔隙流体的压缩性以及孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用,采用修正的B iot模型,运用波函数展开法研究了平面P1波入射时,准饱和土体内深埋圆形衬砌的散射问题,通过数值计算模拟并分析了衬砌的动应力集中问题,结果表明:不论入射频率为低频(100Hz)还是高频(500Hz),对于相同的衬砌,当土体为准饱和时,动应力集中因子沿周向分布曲线的形状和数值基本保持不变;但土体为完全饱和时,虽然饱和度发生了微小的变化(比99%只提高了1%),但动应力集中因子的值却大幅度地降低,其沿周向分布曲线的形状也发生了显著的变化,在工程设计中应重视饱和度对圆形衬砌动应力集中因子的影响。     

滑动型三维隔震装置双向加载试验及力学性能相关性分析

介绍一种滑动型三维隔震装置,提出考虑参数影响性的滞回模型,并给出装置承载变形相关性公式。对滑动型三维隔震模型装置进行双向加载试验,得到不同加载工况下装置的滞回性能,并与单向加载试验结果进行对比分析。试验结果表明:滑动型三维隔震装置实现了竖向与水平向性能的解耦,双向加载结果与单向加载结果接近,可实现良好的耗能效果。进一步探究装置摩擦因数及倾斜角度对竖向力学性能的影响,采用ABAQUS建立滑动型三维隔震装置有限元模型,分析不同角度及摩擦因数组合条件下装置的竖向力学性能变化趋势,并给出装置合理倾斜角度的设计范围公式,以期为滑动型三维隔震装置在实际工程中的设计及应用提供参考。     

矩形沟埋涵洞顶部垂直土压力

在刚性涵洞和刚性地基条件下,考虑矩形沟埋涵洞胸腔土体的变形和承载作用,建立矩形沟埋涵洞土压力计算模型和计算公式,理论计算与有限元计算结果相吻合。研究表明:槽洞宽比为1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈单调减小的规律;槽洞宽比大于1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈先增后减的变化规律,初始等沉面高度附近有最大土压力系数。槽洞宽比、涵洞高宽比和填土内摩角增大时,土压力系数增大;填土凝聚力增大时,土压力系数减小。槽洞宽比增大使等沉面高度增大;填土高度增大使等沉面高度减小。     

Effects of various loading stress paths on the stress-strain properties and on crushability of an industrial soft granular material

Mechanical characteristics (i.e., stiffness, internal friction angle, peak strength) and crushability of a soft granular material were evaluated by performing a comprehensive series of laboratory tests using the following devices: standard and non-standard triaxial apparatus, direct and annular shear box, oedometer and hydrostatic devices. The initial tested specimens differ by initial void ratio, grading characteristics and particle hardness. The air-dried specimen of soft particles were then subjected to monotonic loadings for various stress paths (direct and annular shear stress paths, oedometer stress paths until different upper normal pressures, triaxial stress paths including different confining pressures). After each homogeneous test, sieving has been performed in order to characterize the evolution of grading characteristics of the granular packing. Experimental results on mechanical properties show that maximum internal friction angle is rather independent of the particle stiffness even though small differences may exist before peak stress-state. As highlighted by recent studies (Arslan in Granul Matter 11(2): 87–97, 2009), the volumetric response of the specimen indicates that classical critical state is no more a relevant framework when particle crushability is too high compared with the applied stress-state. Crushability related to loading paths has been evaluated through the relative breakage ratio (B_r). The first results pointed out the effects of initial geometrical configuration (i.e., void ratio, grading) and particle stiffness. Analysis of the stress paths effects on the amount of breakage revealed that stress-state is not sufficient to describe properly breakage undergone by the material which is confirmed by an obvious link between volumetric strain and total breakage. Finally, the present study showed that the percentage of fine particles content during breakage may be seen as a function of the “level” of deviatoric loading paths.     

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。     

Experimental investigation on the train-induced subsidence prediction model of Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway in China

Based on dynamic triaxial test at low temperature of the frozen clay from the Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway (QTR), residual deformation laws and dynamic subsidence prediction model of permafrost subgrade under train traffic were studied. First, time history curves of residual strain of frozen soil are obtained and analyzed under different temperatures, frequency, confining pressure and moisture content. And conclusions can be drawn that the axial strain rate is greatly affected by the amplitude of dynamic stress, as well as increases with dynamic to static stress ratio and temperature rising, while it decreases with the raise of frequency and moisture content. Hereby, the power functions were adopted to fit the relationships of axial dynamic strain rate vs. stress ratio, temperature, frequency, and moisture content, respectively. Simultaneously, the permafrost dynamic subsidence mechanism was interpreted rationally and the variation of fitting parameters was discussed. Furthermore, the long-term traffic loading subsidence model was established through observing the axis residual strain time histories of frozen specimens under the longtime cyclic loading and adopting the amendment of vibratory number of times. The model can comprehensively consider the effects of stress state, temperature, moisture content, and confining pressure of frozen soil, as well as the vibratory frequency and vibration number of longtime cyclic loading. Consequently, the model can be applied to the train-induced subsidence forecast investigation of permafrost subgrade. The paper has an important significance for rational safety evaluation on long-term operation of permafrost regions railway such as QTR. Meanwhile, the investigation provides basic data for the further research on dynamic damage constitutive model of frozen soil under train traffic and the gradual improvement of railroading criterion in cold regions.     

裂纹面动摩擦作用对脆性材料动力破坏的影响EI北大核心CSCD

基于岩石类材料的I型裂纹模型,提出了一种考虑裂纹密度、裂纹相互作用以及裂纹面动摩擦作用的脆性材料动力模型。以正方形阵列分布的裂纹为例,定量分析了不同裂纹密度及不同摩擦行为对试件的裂纹扩展过程、试件受力和破坏的影响。数值计算结果表明:随着裂纹密度增大,裂纹间的相互作用增强,试件破坏时的加载应力降低,惯性效应引起试件轴向附加应力增大。裂纹面的滑动会降低裂纹面的动摩擦系数,促进裂纹发展,并降低试件的强度。相对于常数摩擦系数,考虑速度及状态依赖型摩擦模型对裂纹面的滑动过程更为合理。动强度因子对比结果显示出试件明显的应变率效应和尺寸效应。     

含盐量对冻结粉土单轴抗压强度影响的试验研究

采用取自甘肃省白银市平川区的典型天然盐渍粉土,洗去土中的盐分,在含水量为20%的情况下,以NaCl和Na₂SO₄为研究对象,研究了含盐量对冻结粉土单轴抗压强度和破坏应变的影响。试验结果表明:当含盐量介于0～3%时,随着NaCl含量的增加,冻土中的未冻水含量增加,土颗粒间的距离增大,凝聚力和内摩擦角减小,冻结粉土的单轴抗压强度以指数规律减小,破坏应变则呈现出先增加后减小的变化趋势。由于Na₂SO₄易于结晶析出,当含盐量小于3%时,盐分含量不同,盐分在土体中发挥着不同的作用,致使含盐粉土的单轴抗压强度随着含盐量的增加呈先减小后增大的变化趋势;破坏应变则呈现出先增大后减小的趋势。     

Supershear Rupture Under Hydrostatic Pressure Condition

Strength of Materials - The effects of friction coefficient, stress drop ratio, the ratio of residual strength to initial stress, and the dip angle of faults on the rupture velocity under...     

基于随机场理论的散体材料桩复合地基承载力可靠度研究

根据Vanmarche提出的土层概率模型,以散体材料桩为例建立了复合地基极限承载力可靠度概率分析模型,模型中考虑了基础性状的影响,采用JC法进行可靠度计算。通过实例讨论了基本变量的变异性、置换率、桩间土发挥系数、滑动面与水平面夹角、桩体材料的内摩擦角等对可靠度指标的影响。