土工合成材料与土界面的细观研究

 利用颗粒流程序(PFC2D)对土工合成材料的拉拔试验进行模拟，着重从细观角度来分析土工合成材料与土的接触界面。通过室内拟合试验，选取和校准离散元的细观参数，土工合成材料用平行黏结模拟，土颗粒采用由3个圆形颗粒组成一个椭圆形团进行数值模拟。数值模拟结果表明，接触界面的厚度为6～7倍平均土颗粒直径，接触界面中的颗粒发生较大相对位移，孔隙率增大，接触数减小。PFC2D为从细观角度研究土工合成材料与土的接触界面特性的理想工具。     

砂土颗粒与土工合成材料接触界面细观研究

利用数码可视化跟踪技术和土体变形无标点量测技术,进行室内细观模型试验,从细观层面研究土与土工合成材料界面的剪应变集中带和颗粒旋转规律。以室内试验为基础,二次开发模拟真实砂样的椭圆型颗粒,利用平行黏结来模拟土工格栅,建立二维颗粒流(PFC2D)模型,从细观角度验证了筋土接触界面的剪应变集中带、颗粒旋转特征规律,并进一步研究筋土界面中砂颗粒运动轨迹以及接触数、局部孔隙率和滑动比等细观参数的变化规律。研究成果可为加筋土界面机理更深入研究提供新的认识。     

土工合成材料加筋土界面特性研究现状及展望

土工合成材料加筋土界面特性的研究有利于弄清加筋土的加筋机理,同时为加筋土工程结构提供设计参数.从试验和数值分析方法研究两个方面阐述了目前加筋土界面特性的研究现状以及各研究方法存在的不足,并指出采用颗粒流理论及程序(PFC)是今后从细观角度研究加筋土界面特性的一个新手段和热点.     

土工合成材料与土界面作用特性的研究

土工合成材料加筋土工程中 ,土工合成材料与填料的界面作用特性是最关键的技术指标 ,因此利用直剪试验和拉拔试验研究土工合成材料与填料的界面作用特性是非常必要的。本文以 5种不同种类的国产土工合成材料为加筋材料 ,以砂和石灰粉煤灰为填料 ,通过直剪试验和拉拔试验比较各种国产土工合成材料与填料的界面作用特性 ,得到一些有益的结论 ,可指导土工合成材料的优选和研究加筋机理。     

砂卵石土直剪试验颗粒离散元细观力学模拟

砂卵石土作为一种特殊的岩土材料越来越受到研究者的重视。以三维颗粒流程序(PFC3D)为工具,建立砂卵石土直剪试验数值模型,并与试验结果进行对比分析,由于砂卵石土是一种三维不连续介质,并具有任意的形状,数值模拟结果相对于试验数据偏低。为更好地研究其抗剪特性,采用多面体颗粒近似模拟砂卵石土,并将其结果与以传统的球形颗粒模拟砂卵石土的结果进行对比分析。结果表明:多面体颗粒相对于球形颗粒而言,能较好地反映砂卵石土直剪试验的剪切破坏现象,与试验数据更加吻合。细观参数敏感性分析表明:抗剪曲线的峰值段主要受接触刚度和摩擦系数的影响,剪切曲线的上升段主要受接触刚度的影响。     

粗粒土三轴试验的细观模拟

对排土场粗粒土进行室内三轴固结排水试验,以此试验结果为基础,基于三维离散元颗粒流理论,从细观角度出发,以PFC3D为工具,通过自编程序并引入接触黏结模型,得到按级配生成的粗粒土三轴试验三维颗粒流模型.对比了不同围压下颗粒流模型与三轴试验的应力应变关系.分析了颗粒细观参数对粗粒土强度的影响.结果表明:按级配曲线得到的PF...     

土工合成材料加筋非饱和土界面作用特性研究

通过室内拉拔、摩擦试验研究绵阳非饱和土与不同土工合成材料间的界面相互作用特性及加筋效果试验,得出了三种土工合成材料在各级荷载作用下的应力-应变关系曲线;分析了曲线特征及土工合成材料与土体界面的相互作用特性,其结论为今后土工合成材料在绵阳地区的工程应用提供了理论参考依据。     

土工合成材料大型直剪界面作用宏细观研究

利用大型直剪模型试验设备，在不同竖向压力下进行一系列的土工合成材料直剪试验，应用数码可视化跟踪技术，结合土体变形无标点量测技术来研究双向土工格栅与砂土直剪界面作用的宏细观特性，同时分析界面附近土压力分布规律，并研究界面颗粒运动变化规律和细观组构演化特征与宏观特性的关联。分析结果表明，直剪筋土界面附近竖向压力分布从前端依次向后端减少；直剪界面位移达25 mm时，形成了稳定的剪应变集中带；在筋土界面（6～8）D₅₀粒径厚度范围内，界面颗粒以旋转和平动方式同时位移，该范围外颗粒以平动方式沿剪切方向位移，且位移较小；在剪切过程中，界面颗粒发生旋转，土体发生剪胀，孔隙率增大，平均接触数减小，颗粒重新被压密，孔隙率减小，平均接触数增多，颗粒长轴排列趋于水平方向，各细观组构处于相对稳定状态。     

粗粒土颗粒接触力学特性及细观接触模型研究

将石灰岩粗粒土颗粒之间的接触形式简化为点–面接触,通过颗粒接触试验研究粗粒土的粒间法向、切向接触力学特性,并归纳出粗颗粒细观接触模型的具体形式。利用该细观模型,对粗粒土大型直剪试验进行离散元(PFC)数值模拟,通过数值计算结果与试验实测数据进行对比,验证粒间接触模型及细观参数的适用性。最后,对粗粒土颗粒接触特性及其接触模型的进一步深入研究进行分析和讨论。研究结果显示,实测的粒间接触力与接触位移关系曲线可以利用指数小于1的幂函数进行拟合;同时,为了对切向接触刚度进行统一的衡量,定义切向位移为5 mm时的切向力为切向接触强度(切向力有峰值时取峰值切向力)。对比大直剪试验的实测与计算结果发现,粒径较大(2~5,1~2 cm)时计算误差非常小;但对于含有更细小颗粒的级配试样,计算误差偏高。在细观尺度内,颗粒粒径在何种范围内会表现出与大颗粒不同的接触性质,有待借助更精细设备进一步探究。     

土与土工合成材料界面特性试验方法分析

土与土工合成材料接触面摩擦特性的试验研究有利于弄清土与土工合成材料之间相互作用机理，同时为土工合成材料工程应用提供设计参数。本文分析总结了近几年来关于土与土工合成材料界面特性研究中的四种试验方法(直剪试验、拉拔试验、斜板试验和扭剪试验)的试验设备、试验原理以及各种试验方法的特点，并简述了研究中的一些热点问题。在本文最后对进一步的研究提出了建议。     

单桩承载性状试验研究

利用预埋钢筋应力计和滑动测微计进行了强夯加固后的软弱土地基的桩身应力应变测试,探讨了钢筋应力计焊接、混凝土浇筑、静载试验堆载配重吊装等对测试的影响,给出了提高测试精度的建议。分析了弹性模量随桩身应变的变化关系,研究了不同荷载作用下的桩侧摩阻力及端阻力分布规律、桩侧摩阻力随桩顶沉降的发挥性状以及粉砂层、粉质黏土层的桩侧摩阻力随该土层桩土相对位移的发挥性状。研究成果可供同类工程项目的设计和科研参考。     

粗糙节理剪切性质的颗粒流数值模拟

 在二维颗粒流程序PFC2D中生成粗糙节理剖面并模拟其剪切性质。通过数值直剪试验,从细观角度观察节理的宏观破坏过程。作为模型试验的一种补充,可以观测到粗糙表面微凸体的剪切破坏及微裂隙发育的情况。宏观剪切区域的产生主要是由细观剪裂纹的累积形成的,剪切破坏区域集中在爬坡效应显著的位置,即剪切应力集中的区域,剪切过程中形成的剪裂纹的数量在出现剪切峰值应力后显著增加,此时粗糙节理面的破坏最为显著。颗粒流数值试验能较好地再现模型试验的结果,采用PFC2D数值试验能部分替代真实岩石试样的模型试验,将其作为一种预测真实岩石节理抗剪强度的手段,从而解决天然粗糙节理形貌难以重复的问题。     

慢速往复荷载下砂土的细观力学与耗能机理探讨

以颗粒流数值软件PFC2D为计算平台,采用数值模拟技术并结合已有的土工试验结果,从宏、微、细观不同尺度和能量耗散角度,展开对砂土在慢速往复荷载作用下表现出的宏观力学响应、微观结构变化、细观力链演变以及能量耗散规律等方面的研究。结果表明数值模型能较好再现砂土的宏观力学响应,颗粒旋转、翻滚、下沉以及上升等内部结构变化,以及强弱力链的形成与重构,并能动态跟踪不同能量的变化,进一步揭示了砂土在连续变形过程中的细观力学机制及其能量耗散机理。     

岩石破裂过程分析(RFPA2D)系统的细观单元本构关系及验证

从岩石的细观非均匀性特点出发，应用弹性损伤力学，对岩石破裂过程分析数值（RFPA^2D)模拟系统的本构关系进行了描述。用RFPA^2D系统模拟了岩石试样在单轴或双轴载荷作用下的强度特征和破坏形态，通过与实验结果对比验证了该本构关系和数值模拟系统的合理性和有效性。     

新型可视土工拉拔试验仪的研发与应用

研制了一台新型可视自动采集数据的土工拉拔试验装置,可用于多种土工材料和填料作用下的拉拔试验。该装置改进了加载系统和反力系统,实现了拉拔界面的可视与数据采集的自动化,并可量测土工材料不同嵌固长度处的位移,获取土工材料变形值,探索筋土作用过程中筋材受力机理及界面土体位移变化规律。使用新研制的试验装置开展了以砾类粗粒土为填料的格栅拉拔试验,结果表明:上覆荷载增大,土中格栅的应变变小,土体与格栅的界面摩擦和嵌固作用越显著;筋土界面处土体颗粒存在平移及转动两种运动模式,且界面处土体形成稳定的位移集中带。     

H-V加筋土性状的颗粒流细观模拟

正交水平-竖向(H-V)加筋是一种新型的土工加筋技术,在H-V加筋土中除了有传统的水平筋条外,还在水平筋条上设置了竖向齿筋。结合已完成的加筋土三轴试验,采用基于离散元理论的颗粒流软件(PFC2D)对试验进行了仿真模拟,较好地拟合了H-V加筋砂土三轴试验的应力–应变曲线,并通过观测颗粒的受力情况分析了H-V加筋砂土的受力机理。通过引入颗粒流理论,对H-V加筋砂土试样的剪切带形成进行了细观数值模拟,揭示了H-V加筋土中剪切带产生、扩展的渐进破坏规律。     

煤矸石压缩试验的颗粒流模拟

 根据煤矸石颗粒材料的特点,采用三维颗粒流方法PFC3D的接触连接本构模型模拟煤矸石的压缩特性,再现其复杂的非线性本构关系。设计单一级配和泰波理论级配方案,并用Fish语言生成级配颗粒模型。对煤矸石的三轴压缩试验过程进行数值模拟,比较不同围压下的应力–应变曲线、体积应变曲线和微裂纹发展曲线,从细观角度验证不同级配煤矸石试样的强度及变形规律。研究结果显示,优化的级配方案能提高矸石的峰值强度,降低其压缩量,这对优化矸石充填的级配设计有一定的参考价值。     

包裹式加筋土挡墙的变形特性及影响因素研究

 通过离心模型试验和FLAC2D数值模拟,研究软土地基包裹式加筋土挡墙的变形特性及其影响因素。离心模型试验表明,包裹式加筋土挡墙工后的侧向变形较小,包裹式的加筋墙面起到了传统面板的作用。采用基于离心模型试验的FLAC2D数值模拟,通过改变筋材的长度、布置间距(竖向)和刚度,探讨三者对挡墙变形特性的影响,结果表明,筋材的布置间距对挡墙变形的影响最显著,在实际工程中3个参数都应该控制在一定范围内。研究结果可为相关工程提供一定的参考及建议。     

螺旋挤土桩下旋成孔过程的颗粒流数值模拟

螺旋挤土桩在国际桩基工程领域占据着重要的地位,为了深入研究螺旋挤土桩下旋成孔过程的力学特性,运用颗粒离散元方法对螺旋挤土桩下旋成孔过程进行了仿真模拟。在直剪试验的基础上确定了土样细观参数,建立数值模型,模拟研究了螺旋挤扩钻具以不同掘进下旋速度比在浅层和深层土中的掘进过程,通过与试验规律的对比,验证了数值模型的有效性,分析了桩侧土体的位移发展模式和力学响应,探讨了钻具与土体作用机理。研究结果表明,成孔的机理同钻具的掘进旋转速度密切相关,降低掘进旋转速度比,能减小钻具对周围土体的扰动范围,浅层与深层土体的位移模式不同;孔周围应力分布同钻具掘进下旋速度比相关,降低钻具掘进旋转速度比,可有效地减小钻具掘进的竖向阻力。