岩石锚杆界面滑移破坏的DEM数值模拟

锚固体与岩体之间界面滑移破坏是锚固系统失效的主要形式之一,开展岩石锚杆界面力学特性和破坏机制研究具有重要意义。基于岩石微观胶结接触模型,采用颗粒离散元(DEM)模拟了岩石锚杆的拉拔试验。首先分析了荷载-位移关系、轴力分布和界面剪应力分布规律,然后通过胶结破坏点的数目和组构研究了锚固段界面的微观破坏机制。主要结论有:模拟的荷载-位移曲线与室内试验结果基本一致;拉拔峰值荷载随锚固长度的增加而增大,界面平均粘结强度随着锚固长度的增加而减小;拉拔荷载值达到峰值后,锚固段界面产生渐进破坏;锚固段破坏在宏观上表现为界面滑移,在微观上主要表现为界面处的胶结拉伸破坏和沿轴力方向的微裂纹扩展。研究成果对开展岩石粘结锚杆的界面力学特性和破坏机制研究以及正确指导工程实践具有重要意义。     

聚氨酯泡沫夹心板预埋螺栓拉脱试验研究

以聚氨酯泡沫为芯材,纤维增强复合材料为面板制备了聚氨酯泡沫夹芯板。通过拉脱试验研究了聚氨酯泡沫夹芯板预埋螺栓的拉脱行为,观察了聚氨酯泡沫夹芯板的破坏模式,分析了其破坏机理。研究结果表明,聚氨酯泡沫夹芯板预埋螺栓的拉脱载荷—位移曲线可分为芯子剪切破坏阶段和面板与芯子脱粘阶段两个阶段构成;失效过程为首先在芯子中产生裂纹,裂纹沿着斜约45°向上部周围扩展一直延伸到面板处,接着面板和螺栓一起被拉起,使得面板和芯子开始脱粘直至彻底破坏,脱粘区域基本呈弧形条状分布在中心螺栓的两边,面板上白色的区域也存在基体的损伤。     

西北地区含砂卵石地层预应力锚索拉拔试验研究

为研究含砂卵石地层中预应力锚索的加卸载工作性能,依托某基坑支护工程,对不同自由段和锚固段长度的预应力锚索进行了现场拉拔试验,同步测试了各锚索的位移变化。试验结果表明:本级位移和累计位移随加载荷载的增大保持连续增长,拉拔位移和锚索的自由段及锚固段长度紧密相关。归纳提出了含砂卵石地层下预应力锚索Ｐ－Ｓ曲线的指数模型,并对归纳的模型参数适用性进行了检验分析。预应力锚索卸载后的位移包括锚固体的塑性位移、锚固体和含砂卵石层间的滑移位移,以及自由段钢绞线的塑性拉伸形变。增加长锚索的锚固段长度可以提高锚索结构对较大拉拔荷载的位移控制性能,而短锚索在使用时应该保证其最短锚固段长度。研究结果可为西北地区卵石地层的支护工程设计和施工提供经验和借鉴。     

第八届中国土工合成材料会议论文：带加强节点双向土工格栅的拉拔试验研究

在传统双向土工格栅的节点上设置一定厚度的加强节点，以形成具备立体加筋效果的带加强节点土工格栅。通过一系列的室内拉拔试验，研究了带加强节点土工格栅筋–土界面作用特性，探讨了横肋间距和加强节点厚度对极限拉拔阻力的影响。结果表明，拉拔曲线在法向应力较小时出现峰值，法向应力较大时表现出应变硬化的特征。带加强节点土工格栅的极限拉拔阻力较传统土工格栅都有一定程度的提高，且随着横肋间距的增大而减小，随着加强节点厚度的增加而线性增大。基于试验结果分析极限拉拔阻力的组成发现，随着横肋间距的增大，极限拉拔阻力的主导作用力由横肋极限端承阻力转变为筋–土界面间的极限摩阻力。     

膨胀土-光纤界面力学性质试验

通过室内光纤拉拔试验,分别研究不同影响因素(土体干密度、土体含水量和土体上覆压力)下膨胀土-光纤界面的力学特性。试验结果表明,各组膨胀土光纤界面的位移-拉力曲线具有相似的规律,即拉力随位移先线性增大至峰值,然后逐步降低,最后趋于稳定。基于描述光纤-膨胀土界面位移-拉力的3段式拉拔模型分析得出,在相同条件下,光纤土体界面剪切强度与土体干密度、上覆压力成正相关,与土体含水率成负相关。     

钢筋在堆石料中的拉拔试验研究

作为一种有效的土石坝抗震加固措施,加筋在高土石坝建设中正被越来越广泛地运用。钢筋与堆石料接触特性及影响因素研究是合理进行加筋设计的前提。通过室内拉拔试验研究了钢筋与堆石料的界面摩擦特性,揭示了不同上覆压力、堆石料含水状态、堆石料级配及孔隙率等因素对试验结果的影响。结果表明,堆石料与钢筋接触面剪应力与拉拔位移曲线呈下端开口的抛物线形状,上升段陡于下降段,残余剪应力数值不稳定;4个影响因素中,上覆压力与峰值剪应力曲线近似于线性正比关系;孔隙率和峰值剪应力曲线类似于线性反比关系;级配平均线的峰值剪应力与拉拔位移曲线位于级配上包线的试验曲线之上;饱和含水状态下堆石料的峰值剪应力与拉拔位移曲线远低于风干状态。     

粗糙度对丙乳净浆-混凝土粘结特性影响研究

为探究粗糙度对丙乳净浆修复材料与混凝土粘结特性的影响机制，采用切割和凿毛的方式制备了4种粗糙度的混凝土基体，通过直接拉拔试验获得了不同龄期下丙乳净浆-混凝土的粘结强度和破坏模式，基于偏光显微镜和显微硬度计研究了丙乳净浆-混凝土界面微观形貌和微观力学性能。研究结果表明：凿毛处理后的混凝土基体表层存在明显损伤，界面区显微硬度较切割处理的界面小且存在较大波动，这是导致粘结强度较低和基体表层破坏的直接原因；丙乳净浆与切割的混凝土基体的界面粘结形态良好，界面区显微硬度接近；“条纹”和“网格”基面为丙乳净浆和基体提供了机械咬合力，总体上粘结强度高于“平整”界面。在实际工程中，建议采用“条纹”切割的方式处理混凝土基面，以达到良好的粘结质量。     

土工格栅与砂垫层界面力学特性试验研究

筋土间相互作用是加筋土强度提高的根本原因,是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验,分析了法向应力、砂垫层厚度、土工格栅横肋间距3个因素对加筋体极限拉拔力的影响,从宏观角度揭示了筋土界面间的力学特性。结果表明:增设5 cm厚的砂垫层后,格栅的极限拉拔力得到显著提高;高法向应力下,砂垫层厚度对拉拔试验结果影响更显著;在土工格栅加筋软土体中,增大横肋间距会减小筋土界面摩擦角,但是对黏聚力影响不大;格栅网格形态是筋土界面特性的重要影响因素。     

土工合成加筋材料与自嵌式砌块摩擦特性试验研究

在自嵌式砌块加筋挡土墙工程中,加筋材料与自嵌式混凝土砌块间的连接强度是决定该工程的内部稳定性的关键指标.通过室内托拔试验,得出了当法向应力p<40kPa 和p>40kPa时,摩擦阻力与拉拔位移的关系曲线;同时得出了丙纶长丝机织土工布与混凝土砌块界面间的摩擦强度及法向应力的关系曲线,这一成果对同类项日设计具有很好的参考价值.     

带加强节点双向土工格栅的拉拔试验研究

在传统双向土工格栅的节点上设置一定厚度的加强节点,以形成具有立体加筋效果的带加强节点土工格栅。通过室内拉拔试验,研究了带加强节点土工格栅筋-土界面作用特性,探讨了横肋间距和加强节点厚度对极限拉拔阻力的影响。结果表明,拉拔曲线在法向应力较小时出现峰值,法向应力较大时表现出应变硬化的特征。带加强节点土工格栅的极限拉拔阻力较传统土工格栅都有一定程度的提高,且随着横肋间距的增大而减小,随着加强节点厚度的增加而线性增大。基于试验结果分析极限拉拔阻力的组成发现,随着横肋间距的增大,极限拉拔阻力的主导作用力由横肋极限端承阻力转变为筋-土界面间的极限摩阻力。     

循环荷载下纤维加筋土与结构界面切特性研究

目前对于纤维加筋土体与结构界面的循环弱化影响规律尚需进一步研究。为此,针对循环剪切荷载下加筋结构力学特性变化规律,使用自主研发的大尺度恒刚度界面剪切仪,开展了纤维加筋土与结构界面在循环荷载作用下的力学特性试验研究。研究发现,界面剪应力、法向应力与剪切位移关系曲线分别呈"滞回环"和"碟"状发展,随循环次数的增加衰减速率逐渐减小,且峰值均出现在最大位移处。应力路径曲线呈"蝴蝶环"状发展,加入砂的土样界面摩擦角偏大。此外,由于纤维对土颗粒的约束作用,加筋土体的循环弱化程度小于非加筋土体。通过研究循环荷载下纤维加筋土与结构界面剪切特性,揭示了循环荷载作用下界面受力变形的规律和机理,为实际工程的应用提供参考。     

基于细观力学模型的三级配混凝土立方体试件单轴损伤数值分析

为分析混凝土细观结构在单轴荷载作用下的损伤演化过程,研究混凝土单轴破坏的宏观力学性能,基于细观力学模型,采用Marazs 损伤模型描述混凝土内部各相材料的本构关系,通过数值实验分析三级配混凝土立方体试件单轴破坏的宏观力学性能。数值实验结果表明：混凝土试件在单轴荷载作用下的损伤断裂是由于内部的初始损伤不断累积演变的结果,其数值实验的最终破坏形态与宏观层次上的破坏形态基本相似,粗骨料分布、粘结层厚度、粘结层和基体强度对混凝土宏观破坏具有一定的影响,说明该方法对混凝土细观结构破坏机制的分析合理、可靠。     

正弦波下砂岩ms级损伤预测模型

为获得毫秒(ms)级正弦波损伤变量预测模型,对岩样在不破坏情况下进行了不同波形不同频率的轴向力加卸载试验。提出了不同步时间段的定义,进而获得不同峰值荷载下不考虑不同步时间条件下的动态泊松比分别与即时荷载、即时横向长度、即时轴向高度之间的线性关系,从而得到线性关系中系数与峰值荷载间的拟合公式,即可联立不同已知条件,通过少量几个加载力峰值下的试验数据,对任意峰值荷载下动态泊松比与相关参数间的线性关系进行预测。以此为基础研究得到,在误差允许的范围内,采用动态泊松比与即时横向长度的线性关系,推导出体积应变、损伤变量的计算公式和方法,可以很好地对加卸载过程中岩样的体积应变、损伤的变化做出ms级的精确预测,也为在已知少量循环试验下获得岩石动态参数,即可对ms级的损伤进行精确预测的模型提供了方法。     

钢纤维混凝土断裂过程测试与力学性能

为了研究钢纤维混凝土的断裂过程和承载力的估算方法,分别对4种不同尺寸的钢纤维混凝土试件进行楔入式劈裂断裂试验,并对其中2个试件粘贴应变片进行断裂过程的跟踪监测。试验得到了一系列荷载位移关系曲线,由数据计算获得各个试件的荷载与张开位移关系曲线,以及断裂损伤区变形随荷载变化曲线。结合黏聚裂纹应力强度因子与断裂准则,对各组试件的承载力进行估计,并将其计算值与试验结果的平均值作比较,两者较吻合。表明用断裂力学原理分析该类材料结构的初期失效,和估计中小尺寸构件的承载能力是可行的。     

混凝土受压性能的均质细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料，在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型，分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系，研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程，分析了宏观应力应变曲线的差异，并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的；界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方；砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力－应变全曲线与试验结果吻合较好。     

考虑地基分布反力的弹性基础板有限元计算

按平面问题与薄板弯曲问题描述基础板，建立了基础扳同地基接触面上的节点位移与板中心面位移之间的转换关系式．假设板上荷载按分布力形式传递到地基中，根据半无限空间上某节点力与该处的位移关系，用高斯积分法建立了地基表面分布力与节点位移关系表达式．据此，再根据地基与板间的位移协调及静力平衡条件，建立了以板的中心面位移为未知量的有限元方程．算例表明，考虑地基分布反力十分必要．     

TURBULENT MIXING AND EVOLUTION IN A STABLY STRATIFIED FLOW WITH A TEMPERATURE STEP

Large-Eddy Simulation(LES)is applied to examine the turbulent mixing and evolution in a stably stratified flow with a thermally sharp interface.Turbulent velocity intensities and turbulent kinetic energy are analyzed by considering the mean shear and stratification effects.The evolution of turbulent mixing layer and turbulent structures are mainly investigated.The results show that the streamwise intensities are much larger than the vertical intensities,and vertical fluctuations decay more rapidly at the presence of stratification.The qualitatively computational results suggest that the mixing layer,defined by the mean temperature,inclines to the side with small inlet velocity.The evolution of the half-width of the mixing layer shows two different slopes.The turbulent structure with high vorticity is restricted in the mixing layer especially in strong stratified cases.     

花岗岩残积土-土工格栅界面的后循环剪切行为研究

花岗岩残积土在华南、东南沿海、南岳、新疆等地区广泛分布,前人的研究多集中在结构性及微观特性上,后循环加载、位移演化、土壤密度等因素对筋-土界面的剪切特性及加筋作用效果的影响评估研究较少。从循环试验剪切刚度这一重要参数入手,以加载次数、加载频率值、位移振幅值、土壤重度值为自变量,应用控制变量法,通过设计循环直剪试验,得到加筋花岗岩残积土的剪切应力与剪切位移、垂直位移与剪切位移关系曲线进行观察对比,结果表明:花岗岩残积土土工格栅界面剪切刚度受位移半振幅、土壤干重度影响很大,受加载频率影响很小,循环加载并没有弱化后循环界面剪切强度,剪切位移与位移半振幅呈负相关关系。     

两种非线性模型下重力坝强震破坏机理研究

以某重力坝为例，在已有研究的基础上，分别采用塑性损伤模型和动接触力模型，对混凝土重力坝进行非线性动力分析，研究讨论了坝体头部强震破坏进程、破坏机理以及在贯通前后上下游节点对位移差变化情况，并基于两种模型的本构关系，对比分析了两种模型下重力坝强震损伤破坏演化过程的差异及其对重力坝极限抗震能力的影响。研究结果表明，采用塑性损伤模型计算的混凝土坝坝体头部折坡处的开裂要早于接触模型，但是开裂进程比接触模型慢；若以坝体头部开裂贯通为依据，损伤模型和接触模型的极限抗震能力相差不大，接触模型略低；对头部存在明确层面、不需要考虑网格细化问题等的碾压混凝土坝可采用接触模型，对于不存在明确层面的情况，建议采用损伤模型。     

混凝土受压疲劳特性及损伤本构模型

基于边界面概念和损伤力学理论，建立了混凝土受压各向异性损伤模型。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内，由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系，确定了疲劳加载中极限断裂面的变化规律。利用变形唯一性假定，得到混凝土疲劳与单调加载的损伤量及应力应变之间的关系，为从全过程研究经历多种形式加载的混凝土性能退化规律奠定了基础。完成了混凝土单调加载、单级疲劳和多级疲劳继而单调加载试验，得到了模型中的参数。经比较，模型计算与试验结果吻合较好。