高填土涵洞相似材料模型试验与数值模拟

依据相似理论,采用正交试验和增加局部试验相结合的方法在最少的试验次数下确定相似材料的配比,得出材料配比用量与力学指标的关系。根据现场资料,满足几何相似条件,制作相似材料涵洞模型。在模型上逐层填土、分级加载来模拟实际施工过程。以盖板涵为例,测出模型关键部位的应变、应力结果。把模型试验的结果按照相似指标推算出原型结构的应力分布。用有限元软件ANSYS进行涵洞受力全过程的数值模拟,并将数值模拟结果与模型试验、模型试验推算出的原型结构应力数据加以对比。结果表明,模型试验和有限元数值模拟二者可以互相印证,对实际工程设计具有参考意义。     

基于断裂力学理论的诱导缝开裂相似试验模拟

为了研究诱导缝在结构模型破坏试验中的开裂相似条件和试验模拟方法,进行了材料的断裂特性实验和力学理论推导。根据结构模型试验的相似性要求和诱导缝的工作原理,原型、模型材料须满足开裂特性和抗剪断强度相似的要求。通过材料的断裂特性试验,获得了考虑尺寸效应的碾压混凝土的断裂韧度值和石膏的断裂韧度与水膏比的关系曲线。在此基础上运用断裂力学理论,分析应力强度因子与断裂韧度之间的关系,推导出诱导缝的开裂特性相似条件和满足开裂条件的诱导缝模型尺寸。试验中选用包裹聚脂薄膜的铜片来模拟诱导缝,按f、c综合效应满足了抗剪断强度相似条件。从而在结构模型试验中实现了诱导缝的开裂相似模拟,并为研究含诱导缝拱坝的开裂和破坏机理提供了依据。     

用脆性材料进行水工结构的断裂破坏模型试验

模型材料石膏具有与混凝土相似的断裂力学特性。混凝土和石膏两者在复合型荷载下的试验数值与最大拉应力判据曲线颇为吻合,并且它们的断裂韧度是它们的抗拉强度的线性函数。二维石膏块体断裂破坏模拟试验结果与有限元计算十分相近,从而模型试验为解决水工结构断裂问题提供了途径。     

大型框架式汽机基础振动模态计算与试验研究

以某电厂燃气汽轮发电机框架式基础为原型,建立有限元模型,分析了该发电机框架式基础的动力特性;建立1∶10的缩尺物理模型,开展基础模态的模型试验工作;并将数值分析和模型试验结果同原型观测数据进行对比.数值分析采用空间梁单元模型,选用MFSAP软件和ANSYS大型通用有限元软件开展了计算工作;采用模态测试技术与分析方法进行了室内模型试验和现场测试.通过动力学模型计算结果、模型试验结果以及现场实测结果的比较,证明了计算方法、试验方法与测试分析方法的正确性.     

室内车辙试验的相似性分析

为了分析室内车辙试验与实际沥青路面结构受力状态的相似性,基于相似理论采用有限元数值模拟的方法建立了室内车辙试验改进模型.首先,应用相似理论推导出沥青路面结构和车辙试验改进模型各参量间的相似关系;其次,选用3种典型的路面结构,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,得出这3种结构在双轮荷载作用下的荷载影响范围,进而应用相似理论得出路面全结构的车辙试验模型尺寸,应用力学响应等效,最终确定复合板结构车辙试验改进模型的所有参数并进行车辙试验验证了改进模型的正确性.     

胶凝砂砾石坝应力及变形特点研究

为了研究胶凝砂砾石坝应力和变形的特点,基于摩尔-库伦软化模型和混凝土弹塑性损伤本构模型,设置正常蓄水和超载2种工况对守口堡胶凝砂砾石坝的坝体模型进行有限元分析,并将正常蓄水工况结果与物理模型试验结果进行对比,探究该胶凝砂砾石坝的应力和应变特点。结果表明:正常蓄水工况下,该大坝的应力和变形结果与模型试验结果相近,应力及位移的分布规律、大小基本一致,该结果验证了数值模拟结果的准确性;超载工况下,该大坝的这2种本构模型的应力和应变计算结果相近,应力和位移分布规律一致,且均在坝踵处出现损伤,均未出现整体破坏的情况,说明守口堡胶凝砂砾石坝设计合理,抗压和抗拉特性良好。其模型试验结果及数值模拟结果可为工程实际提供参考。     

考虑动应力动应变关系及剪切波速相似的模型软岩配制方法

根据振动台模型试验的相似设计原理,结合某地下工程底部软岩性质,利用重晶石粉、黏土、石膏等材料,研制了一种可以有效模拟原型软岩动力特性的相似材料。开展正交试验,通过对数据进行极差和方差分析,得到重晶石粉、黏土、石膏等原材料含量对相似材料密度、初始剪切模量及参考应变的影响规律,并基于正交试验结果,进行软岩相似材料的最终配比试验。结果表明:相似材料中重晶石粉对相似材料的密度起主要控制作用,参考应变值随石膏含量的增加而增大,随黏土含量的增加而减小,相似材料的初始剪切模量随黏土含量的增加而减小,随重晶石粉和石膏含量的增加而增大。配制的软岩相似材料可以很好地模拟原型软岩动应力动应变关系和剪切波速特性。     

缩尺模型子结构混合模拟试验方法数值模拟研究

为进一步降低试验成本、提高试验效率,结合静力相似理论,提出了缩尺模型混合模拟试验方法.该方法在满足模型与原型材料相同条件下,理论推导出试验子结构所需的位移及反力相似条件,仅对试验子结构输入输出参数进行相似处理,运动方程及计算子结构相应参数与原型完全相同,来实现混合模拟试验.采用MATLAB和Open SEES混合编程方法,实现了传统子结构混合模拟试验(包括剪切型、弯剪型、弯曲型模型)以及分布子结构混合模拟试验.相应足尺模型数值模拟结果比较,验证了本文所提方法的可行性.     

渗透变形中相似性问题的颗粒流模拟

在离心试验中进行渗流试验一般采用原型土,由于土样没有和模型同比缩放,导致试验中流体流动不遵循流体动力学相似准则.在分析离心试验结果的基础上,对照流体动力学相似准则,提出通过调整颗粒粒径和流体材料参数,获得模型和原型的完全相似.由于颗粒粒径和流体材料参数调整具有一定的难度,根据离散单元法的特点,考虑采用颗粒流程序对离心试验中的渗透变形问题进行模拟.数值模拟结果表明模型和原型中的流场可以实现较好的相似,与理论及试验结果一致.说明采用颗粒流程序进行离心试验是可行的,同时为颗粒流在涉及渗流过程的离心试验中进一步运用提供了参考.     

北盘江新型空腹式连续刚构桥角隅节点模型试验研究

为研究空腹式连续刚构桥新型桥梁结构角隅节点的力学性能,设计了角隅节点1∶5缩尺模型试验梁。通过静力荷载试验,利用静态采集仪及挠度计,测试角隅节点模型梁悬臂加载状态下的应变和挠度。建立模型梁有限元空间数值模型,并将有限元数值计算结果与试验数据进行对比分析。研究结果表明:空腹式连续刚构桥角隅节点具有区别于传统斜腿刚构桥角隅节点的力学性能,其顶板顺桥向基本受压应力作用;角隅节点区域局部应力较高,应加强此部位设计;剪力滞效应也同样存在于角隅节点部位;数值模拟结果与试验结果基本一致。本研究进一步揭示了空腹式连续刚构桥角隅节点力学性能,验证了数值模拟的可行性,为今后此类该桥型角隅节点设计提供了借鉴。     

Centrifugal model test and numerical simulation of vertical earth pressure on soft foundation box culvert

To obtain the vertical earth pressure on a soft foundation box culvert and investigate the interaction of the soil-culvert-foundation system, both a centrifugal model test and a numerical simulation were conducted and the comparisons with the current methods to determine the load on a culvert were completed. The results of the model test and numerical analysis are in satisfactory agreement, which shows that the direction of the shear stress between the culvert and the adjacent embankment depends on the differential settlement between them. A vertical earth pressure concentration appears on the culvert with a rigid piles foundation because of a downward shear stress. The ratio of the load on a soft foundation culvert and the overburden pressure above the culvert raises first and then decreases as the backfill height increases. In order to reduce the load on a culvert, it is suggested to limit the stiffness difference of the foundations under the culvert and embankment and to use a light backfill over the culvert.     

基于固气耦合的煤岩-瓦斯二相介质相似材料及其力学特性

含瓦斯煤是具有多孔特性和气固耦合特性的二相介质复合材料。为了精准模拟含瓦斯煤的物理力学属性,基于相似准则和主控参数相似比尺,进行了80余组材料配比试验和力学参数试验,研制了煤岩-瓦斯二相介质相似材料。对比了相似材料和原煤的相似性,并基于新材料进行了三维煤与瓦斯突出相似模拟试验。主要结论如下：1）煤粉和腐殖酸钠水溶液为骨料和胶结剂配制的煤岩相似材料的弹塑性参数和吸附性参数均与原煤相似;2）适当体积比的CO2和N2二元混合气体的膨胀能和CH4膨胀能一致,CO2和N2二元混合气体可作为CH4相似气体,且安全性高;3）研制的煤岩-瓦斯二相介质相似材料与含瓦斯原煤的物理力学参数具有高度相似性,实现了气固耦合特性模拟;4）三维物理模拟试验再现了石门揭煤引发煤与瓦斯突出现象,得到与现场接近的突出孔洞形态和突出粉煤质量,验证了相似材料的合理性,也为进一步研究煤与瓦斯突出规律,监测突出前兆信息提供了科学手段。     

均匀设计在物理模型试验相似材料配比试验中的应用

在物理模型试验中,相似材料的配制及试验对模型试验的成功与否具有重要的作用.基于均匀设计方法,以松香含量、砂∶重晶石粉、铁粉含量、石膏含量作为正交设计的4个因素,每个因素设置6个水平,设计了6组材料配比方案,进行了室内单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的容重、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学指标.结果表明,配制的相似材料的物理力学参数覆盖的范围较大,能够满足不同岩体性质物理模型试验对相似材料的要求;结合工程实例,基于相似材料试验结果,进行了物理模型试验的设计和相似材料配比方案的选择.     

Normalization method for asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies

In order to analyze the effect of different loading frequencies on the fatigue performance for asphalt mixture,the changing law of asphalt mixture strengths with loading speed was revealed by strength tests under different loading speeds.Fatigue equations of asphalt mixtures based on the nominal stress ratio and real stress ratio were established using fatigue tests under different loading frequencies.It was revealed that the strength of the asphalt mixture is affected by the loading speed greatly.It was also discovered that the fatigue equation based on the nominal stress ratio will change with the change of the fatigue loading speed.There is no uniqueness.But the fatigue equation based on the real stress ratio doesn't change with the loading frequency.It has the uniqueness.The results indicate the fatigue equation based on the real stress ratio can realize the normalization of the asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies.It can greatly benefit the analysis of the fatigue characteristics under different vehicle speeds for asphalt pavement.     

沥青混合料粘弹性参数及其应用

为确定沥青混合料的粘弹性参数,在10,5,0,-5,-15,-20,-25,-30 ℃下进行了应力松弛试验,采有Maxwell摸型,运用粘弹性力学相关理论对沥青混合料的粘弹性参数测定方法进行了分析,提出了该测定方法的数学模型,并用Origin软件进行了计算求解.分析指出,用累计耗散能可分析沥青混合料的疲劳破坏,累计耗散能与疲劳寿命之间存在唯一的关系,其它因素如试验方法、加载频率、加载模式、温度等对其影响不大.最后简要说明了累积耗散能的求解方法.     

混凝土的一种梨形边界面本构模型

为研究混凝土材料在多轴循环荷载作用下的非线性特性,基于经典塑性力学理论和边界面模型理论,提出一个改进的边界面模型.模型中,屈服面为封闭、光滑曲面,在子午面内为梨形;边界面与屈服面的形状相似;选择应力的第一不变量和应变偏量作为屈服面函数中的自变量;相应的加卸载判据中的微分变量也是上述两种变量;根据屈服面和边界面形状的相似性,通过比例关系定义映射法则;对于处在屈服面上的任意一个当前应力点,根据此法则,都能够找到与之对应的处在边界面上的映射点,两个点对应的曲面法线方向相同;采用非相关流动法则描述塑性变形.对沿着偏平面上的压缩方向,对混凝土试块分别进行单调加载和循环加载时的试验结果,用本构模型进行模拟,模型计算结果与试验结果吻合.模型能够统一地描述应力-应变曲线的上升-下降段,能够描述剪胀现象.     

考虑松弛的沥青混合料疲劳损伤累计模型研究

根据应变控制疲劳试验的受力特点,通过分解沥青混合料应变,控制疲劳试验输入和输出响应,分析沥青混合料应变控制疲劳试验过程中的松弛现象.基于损伤力学和粘弹理论,分析由应力松弛引起的疲劳损伤和演化规律,建立考虑应力松弛沥青混合料疲劳损伤累计模型.相同条件下一组大样本疲劳试验结果与模型计算结果的对比表明,提出的损伤演化模型不仅拟合效果良好,且揭示沥青混合料在重复载荷作用下初期模量衰减的粘弹非线性本质,有利于沥青混合料疲劳研究和寿命预测.