应变控制下舟山海相软土骨干曲线特性研究

通过GDS动三轴试验系统对舟山岱山岛海相软土进行应变控制加载条件下的动三轴试验,分析了不同应变幅值下,舟山海相软土滞回曲线的变化特征,对每级荷载运用多个滞回圈构造过骨干曲线的方法,基于实验数据分别采用Hard-Drnevich模型,修正Hard-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型进行骨干曲线数值模拟,进而分析不同模型参数的敏感性,给出了不同围压下,不同模型参数的参考设计值。试验结果表明:hard-Drnevich模型不能反映舟山海相软土应变软化特性,拟合效果较差;修正hard-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型均能很好的拟合实验数据;鉴于参数的敏感性,建议用修正hard-Drnevich模型研究舟山海相软土骨干曲线特性。     

单双向振动条件下饱和软黏土动力特性研究

通过一系列不同加载幅值的单双向振动条件下大周数的室内不排水动三轴试验,研究了循环荷载作用下饱和软黏土长期动力特性。从孔压曲线、动应变时程曲线、动应力—动应变曲线及骨干曲线等方面,重点分析了单双向振动两种荷载模式对饱和软黏土长期动力特性的影响,提出了考虑振动模式及长期循环圈数的骨干曲线模型,并确定了模型参数。经验证,修正后模型预测值与实测值较为吻合,研究结果对软黏土土层的动力变形特性研究具有参考价值。     

地铁振动下黄土永久变形力学模型的研究

以黄土地区地铁项目为背景,首先对地铁荷载长期循环作用下不同类型黄土的动变形特性分别进行了动三轴试验研究,得到了不同类型黄土累积塑性变形的发展规律,并提出了界定黄土临界动应力比的新方法,其次利用颗粒流程序建立了黄土土体动三轴试验的细观模拟模型,考察了其在模拟地铁列车荷载作用下的动力特性,并与前述相应的土工试验结果进行了比较和分析,在上述工作的基础上,基于建立的粘弹性模型-拓展的Burgers模型,推导建立了描述地铁行车荷载长期循环作用下黄土变形特性的力学模型。从而探讨了在土工试验与细观数值模拟有机结合的基础上建立土体力学模型的有效途径。     

复杂荷载作用下单桩的三维有限元分析

为了解复杂荷载作用下单桩的工作性状,通过数值方法对承受竖向和水平组合荷载以及倾斜荷载作用下的模型桩进行了三维有限元数值模拟与分析.在分析过程中,采用修正Cam-clay模型以模拟土体的非线性,而桩-土接触面则设置了接触单元来考虑桩与土的滑移和开裂.对桩周土分别采用弹性和修正Cam-clay模型计算了桩顶荷载-沉降曲线,分析了不同计算模型对计算结果的影响.通过不同荷载组合作用分析了水平荷载对竖向承载桩的沉降、竖向荷载及偏心竖向荷载对水平承载桩的水平位移以及倾斜荷载的倾角对桩顶的沉降、水平位移和桩身挠度的影响,获得了一些对工程设计与计算有参考价值的结论.     

基于动荷载仿真的路面结构响应分析

针对货车动荷载作用下路面结构力学响应及路面设计指标变化规律,应用ABAQUS有限元软件建立相应三维路面结构模型及动荷载模型进行动态模拟,并通过现场试验验证了模型的可靠性,对路表弯沉和各结构层层底应力情况进行计算,分析不同车速、平整度和路面结构参数对路面结构力学响应的影响,得到车速、平整度和路面结构参数对路面力学响应的影响规律,可以为路面结构设计和道路施工养护提供理论指导.     

石灰岩粗颗粒湿化接触力学特性

为探究岩土粗颗粒湿化后的粒间接触力学特性，将粗颗粒间接触形式简化为点-面接触，利用改造后的岩石双轴流变仪开展不同湿化程度下的粗颗粒法向和切向接触试验，分析粗颗粒湿化接触力学性质，归纳出粗颗粒湿化接触经验模型．针对不同湿化程度的粗颗粒土体进行大型直剪试验，利用湿化接触模型对直剪试验进行离散元数值模拟，通过数据对比验证湿化接触模型的可靠性．研究结果表明，湿化水平影响粗颗粒点-面接触的破坏形态；表面湿润状态的粗颗粒法向和切向接触刚度略有减小，而浸泡状态的接触刚度减小明显；湿化后的颗粒接触刚度曲线可以利用幂函数拟合为经验模型，利用该模型对大型直剪试验进行数值模拟，计算误差不超过5%．研究结果可为粗粒土工程离散元数值计算提供依据．     

基于离散元法的离心搅拌机磨损特性研究

摘 要：针对离心搅拌机工作中搅拌刀和腔体磨损失效问题，本文建构 EDEM 离散元 Archard 磨损量模型，通 过实验验证了磨损模型的可靠性，并实现了离心搅拌机磨损预测。通过统计不同时间网格各颗粒数量，进行了 搅拌过程离散系数分析，得到了离心搅拌机的均质化效果变化规律。通过建立 JKR 颗粒接触模型，得到了离心 搅拌机接触能量情况，探究了各部位的接触能量强度分布规律。通过引入 Archard 磨损模型，得到了离心搅拌 机各部位磨损量，探究了各部分磨损强度分布特征。结果表明：离心搅拌机均质化效果随时间降低，符合实际 工作要求；磨损和接触能量强度分布特征基本一致，搅拌容器(下)以及搅拌盘处为强度集中区域，接触能量以 法向为主。搅拌容器(下)上呈环状分布，峰值强度区域为容器底部和搅拌盘下方容器壁。搅拌盘主要强度分布 在刀具末端，并且由刀具 2 承担绝大多数磨损；在磨损分布特征上，模拟实验结果和实际实验具有良好的一致 性。该研究对离心搅拌机的磨损失效以及后续的优化设计具有指导意义。     

利用ANSYS模拟桥墩滞回性能的建模方法

基于钢筋混凝土桥墩低周反复荷载试验结果,利用ANSYS有限元分析软件,建立了桥墩的有限元计算模型,并对其进行了低周反复荷载试验下全过程的非线性有限元分析,得到了桥墩的滞回曲线、骨架曲线以及桥墩在不同受力阶段的破坏形态。将计算结果与试验结果进行对比,发现计算得到的桥墩滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好,对于桥墩破坏形态的模拟,也取得了比较理想的结果。     

铰轴连接有限元模拟方法探讨

通过建立集中荷载、均布荷载、线变线荷载、耦合和接触分析5种模型对铰轴连接的挤压进行模拟,并采用通用有限元软件ANSYS对模型进行数值分析,同时比较了各模型的优劣以及适用条件．     

一般均质地面承载力现场试验

为了评判施力盘作用下地面的承载安全,进行了一般均质地面承载力静态与动态荷载现场试验.采用平板载荷静态加载方法进行了模拟施力盘静态荷载的平板载荷试验,根据相似准则π定理进行了缩比施力盘动载试验.在现场试验的基础上研究了静载条件下沉降量随时间变化的S-t曲线,不同尺寸承载板在相应载荷作用下的地面土体沉降量之间关联关系的P-S/D曲线及动、静荷载下载荷与沉降量关系的P-S曲线以及动静载荷对比的P-S曲线.分析结果表明:对于进行现场试验的均质地面,S-t曲线表明静态加载方法合理;P-S/D曲线在极限载荷内呈线性比例关系;动载下的沉降量S远远小于静载条件下的沉降量S,动载下的土体变形刚度较静载下的变形刚度高,瞬间动态荷载造成的地面沉降可忽略.     

砂质泥岩风化土的动力特性试验研究

以某工程场地下伏砂质泥岩风化土为研究对象,结合工程实际情况,通过循环振动三轴试验,对风化土在选定的4组固结围压状态下表现出来的动力特性进行了研究,得出了固结围压的变化对其产生的影响.在研究的固结围压范围内:固结围压对动应力-应变骨干曲线及动弹模量曲线的影响较大,骨干曲线与动弹模量曲线均随固结围压的增大而提高;最大动弹模量与固结围压间具有良好地幂函数关系,并且幂指数随着固结围压的增大呈现增长;固结围压的增大阻尼比随着减小,且减小的幅度先增大后减小;动剪模量比曲线在不同的固结围压状态下表现出了良好地归一化特性.     

大理岩球形颗粒接触破碎过程与机理

为研究大理岩球形颗粒的接触破碎过程与机理,利用岩石双轴流变仪,配合特别定制的球铰支座与位移量测系统,进行了大理岩球形颗粒球-面接触与球-球接触试验,对大理岩球形颗粒接触破碎的过程、破碎形态以及试验力-位移曲线进行研究,分析了大理岩球形颗粒接触破碎的力学特性以及破碎过程的细观机理.同时在离散元方法中引入强度折减参数对接触破碎试验进行数值模拟,直观地显示了破碎发展过程,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,最后总结了颗粒接触数值参数标定经验.研究表明,大理岩颗粒在法向接触力的作用下,先在颗粒接触点处产生局部破碎并逐渐形成弹性核,其存在改变了法向接触力的传递路径,弹性核被压入使颗粒产生贯通裂缝,最终发生整体破碎.引入强度折减参数的数值模型能较好拟合试验中的破碎形态,其结果是对室内试验很好的补充,能进一步明确大理岩球形颗粒接触破碎过程的细观机理.     

土工格栅-玻璃砂界面细观特性离散元研究

为分析剪切带的形成机制和演化机理,明确拉拔试验中筋土界面参数的宏细观联系,基于离散元数值方法,使用PFC2D软件模拟土工格栅加筋玻璃砂的拉拔试验,并与物理拉拔试验结果进行对比分析.在数值试验中采用分段函数重现格栅非线性应力-应变关系,根据玻璃砂颗粒位移值确定剪切带的平均厚度,重点分析剪切带内接触力链、颗粒位移、颗粒旋转等因素以及大主应力方向与细观组构参数的联系.结果表明,在格栅拉拔位移较小时,离散元数值方法能较好地分析玻璃砂与土工格栅界面之间的力学行为,试样宏观的体积剪胀主要受剪切带内颗粒的运动控制;通过PFC2D程序采用FISH语言开发的颗粒旋转颜色显示程序,显示格栅上下界面砂颗粒出现不同的旋转方式,颗粒位移和旋转形成了一个呈"锯齿"分布的剪切区,揭示颗粒位移和颗粒旋转是剪切带演化的重要特征;接触力的分布及其各向异性演化决定了试样宏观的力学性质和剪切带基本形状;整个拉拔阶段,剪切带内大主应力方向的偏转与接触力各向异性主方向的偏转呈相近趋势.     

非饱和橡胶粉土土水特征曲线及颗粒接触状态

将废旧轮胎与土混合作为建筑材料应用于土木工程领域是处理废旧轮胎最有前景的措施之一。为了研究废旧轮胎橡胶颗粒改良粉土的效果，以橡胶颗粒与粉土的混合土为研究对象，采用滤纸法测定橡胶粉土的土水特征曲线，分析含水率、橡胶含量对土水特征曲线的影响。结果表明：同一橡胶含量下，混合土的基质吸力随含水率增大非线性减少，呈现出典型的3阶段特征；在同一含水率下，基质吸力随橡胶颗粒含量呈先增大后减少的趋势，当橡胶含量为20%时，混合土的基质吸力最大；基于Van Genuchten模型建立混合土的土水特征曲线模式；基于颗粒接触理论，考虑颗粒比重不同，建立混合土的接触状态模式，构建骨架孔隙比描述混合土的非饱和特性，混合土的基质吸力随着骨架孔隙比的增加呈先增加后减小的趋势。     

利用迭代思想标定砂土三轴试验宏-细观参数

为提高离散元中三轴试验宏-细观参数标定工作效率,提出一种新的方法——迭代标定法.利用fish语言编写程序在PFC~(3D)中实现了三轴试验的数值模拟.基于接触黏结模型对砂土三轴试验进行模拟,验证了迭代标定法的有效性.结果表明:颗粒刚度大小和颗粒刚度比都会影响偏应力的大小;颗粒法向刚度会影响初始杨氏模量;细观摩擦系数对偏应力的影响程度取决于模型围压的大小;黏结强度对接触黏结模型的应力应变曲线形态影响较小,但对平行黏结模型的应力应变曲线形态有较大影响.迭代标定法可以有效标定宏-细观参数,减少"试参数"过程.     

砂土介质中土压力盒的力学响应特性

砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应。但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确的测试,基于细观分析方法研究了荷载作用下的砂土颗粒接触形成的力链网络,模拟了力传递过程,并分析了加卸载时的力-应变曲线和土压力盒力学响应与理想曲线的关系,验证了文章提出的砂土介质土压力盒力学响应数值模型。同时,基于建立的颗粒流数值模型研究加载模式、颗粒排列、颗粒间摩擦系数以及压力盒刚度等对压力盒测试的影响,其结果显示压力盒力学响应曲线具有明显的迟滞性和应变不可逆性,其监测值对上述因素很敏感。因此,研究力链结构及其演变规律为认识砂土介质的细观结构提供了科学的理论依据和新的研究手段,各因素对压力盒力学特性的影响研究对压力盒标定和获得更准确的土压力值具有重要的实践价值。     

合肥膨胀土动弹性模量与阻尼比试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS真动三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、固结应力比对土体动弹性模量及阻尼比的影响规律.试验结果表明,合肥膨胀土的骨干曲线可以由双曲线描述;在相同条件下,动弹性模量随着围压、固结应力比的增大而增大,随着动应变的增大先急剧减小后趋于平缓;动弹性模量的倒数与动应变呈良好的线性关系,最大动弹性模量随着围压的增大呈线性增大,给出考虑围压影响的最大动弹性模量回归方程;阻尼比随着围压、固结应力比的增大而减小,采用 Darendeli 模型及依据阻尼比与应变的经验关系,得到动模量比衰减模型及阻尼比模型;不同围压、固结应力比下阻尼比与动模量比的关系归一化后可以由修正Hardin-Drnevich公式描述.     

烟机叶轮的计算模型研究与强度分析

烟气轮机结构设计的关键是准确计算叶轮强度。采用数值模拟仿真的方法,通过有限元软件ABAQUS计算叶轮强度,计算内容包括叶轮的动静强度。物理模型选取叶轮的1/66,静强度计算结果显示最大应力发生在叶身底部背弧的中心位置,这与实际运行现场发生断裂故障一致,说明进行叶轮的静强度有限元数值计算时在保证网格质量的前提下必须考虑叶根与榫槽接合面之间非线性接触效应,而且接触部位的网格需用六面体网格。动频数值计算时,分别对2种约束形式下的模型进行计算,结果表明固定叶根情况下动频与考虑接触效应动频之间的差异主要体现在一阶模态上。强度分析表明该型号烟机的叶轮强度满足要求,对烟机叶轮的叶型设计具有指导意义。     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下。为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析了振动过程中的颗粒破碎规律及配位数的频率分布。结果表明模拟的骨架曲线与室内试验结果具有较好的一致性,数值模拟可以较好地再现不同围压下堆石料的动力变形特征。在相同围压和动应力条件下,考虑颗粒破碎的试样会产生更多不可恢复的变形,动应变会明显增大,动弹性模量降低。振动过程中集合体的有效配位数会减小,与不考虑颗粒破碎的情况对比,考虑颗粒破碎的试样具有更多的力学不稳定颗粒,有效配位数的降低更显著。颗粒破碎对最大动弹性模量的影响较小,但会加快动模量随动应变增长而衰减的速率。孔隙率小的试样有效配位数高,且受力性能更好。在相同动应力条件下颗粒破碎较少,动弹性模量随动应变的增加而衰减的速率较慢,最大动弹性模量约为大孔隙率试样的1.2倍。最大动弹性模量主要与有效平均主应力和孔隙率相关,Hardin等提出的经验公式可以较好地描述最大动弹性模量与孔隙比和平均有效主应力的关系。该成果有助于认识粗粒料动荷载下的变形规律,为研究动荷载下的颗粒破碎行为提供参考。     

三轴压缩条件下黏性土微细结构随荷载变化动态 调整的定量研究

土体在三轴压缩条件下的力学特性是研究土体在其他受荷条件下力学特性的基础,而土体在不同受荷条件下力学特性的差异,主要是由土体内部结构的差异性决定的。为研究黏性土在三轴压缩条件下内部结构的动态调整,利用自行研制的微细结构光学测试系统,对荷载作用下黏性土微细结构调整信息进行了连续采集,并做了定量分析。研究结果表明：孔隙和颗粒集聚体的变化存在一定的关联性;随着荷载的增加,颗粒集聚体排列向着杂乱无序的方向发展,孔隙定向性优于颗粒排列;在荷载作用下,土体通过自身形态的变化,排列形式的调整,逐步向稳定的承载形式过渡,使变形向逐渐减小的趋势发展。