深海能源土微观力学胶结模型及参数研究

天然气水合物主要以胶结物形式存在深海能源土颗粒之间,对能源土强度影响显著,因此研究水合物胶结接触力学特性对能源土力学性质研究有重要作用,而其中的关键是水合物胶结模型及胶结参数的确定。首先,引入并讨论了一种微观胶结接触模型及其对于能源土胶结接触力学特性的适用性;其次,通过文献资料系统分析,获取不同温度、压力及水合物密度条件下天然气水合物的强度与弹性模量表达式;最后,进一步研究了水合物微观胶结模型中的胶结参数,该类水合物微观胶结参数取决于能源土中水合物埋藏深度（赋存环境压力）、温度、水合物密度,这些宏观参量容易确定。     

深海能源土剪切带形成机理离散元分析

天然气水合物的分解开采过程将会劣化深海能源土的力学性能,从而引发一系列岩土工程问题。因此,要实现天然气水合物的安全开采,需要对能源土的强度和变形特性开展研究。结合深海能源土微观胶结模型,通过平面应变双轴试验的离散元模拟,研究了深海能源土剪切带形成机理以及剪切带内外的宏微观变量特征。结果表明：水合物胶结提升了深海能源土的强度,且使其呈现出明显的应变软化特性;剪切带在峰值应力后开始产生,伴随着胶结的大量破坏以及各宏微观变量的局部化;剪切带内外各宏微观变量差异明显,随着轴向应变的增加,土体微观结构也随之发生变化。     

试验反压对深海能源土宏观力学特性影响的离散元分析

在饱和土体三轴试验中,反压常被用于提高试样饱和度,其对常规土体强度特性无影响已广为认同,而已有试验资料表明反压对深海能源土强度、弹性模量等宏观力学参数均存在一定影响,成为困扰国际岩土界的一个难题。首先探讨了试验反压对能源土力学特性的影响机理,通过引入能源土微观接触模型的离散元双轴试验检验上述机理的合理性;然后结合20组离散元双轴试验,进一步探究能源土宏观力学特性随反压的变化规律。结果表明：试验反压对能源土力学特性的影响与水合物作用相关;反压能提高能源土强度,使应变软化和剪胀特性更加明显,并对其弹性参数有一定的影响;试验反压较大时,反压变化对能源土强度参数的影响难以忽略,但对弹性参数的影响可忽略。     

一个深海能源土的温度-水压-力学二维微观胶结模型

天然气水合物以胶结形式赋存时,对深海能源土的强度和变形特性影响显著,且其影响程度与所处温度、水压与力学环境密切相关。旨在建立可考虑温（温度）-压（水压）-力（力-位移与胶结破坏准则）耦合影响的深海能源土微观胶结模型。首先,依据能源土中水合物胶结可发生于两种接触形式（直接接触与有间距）的土颗粒间,提出适用于两种胶结模式的力-位移准则和胶结破坏准则。其次,提出温压距离参数L（表示在无量纲化处理后的温度-水压坐标平面,土体所处温度与水压点到水合物相平衡线的最小距离）,并依据文献资料分析,建立水合物胶结强度、刚度与参数L间的关系。最后,建立由水合物饱和度确定的粒间水合物胶结尺寸计算方法,并据此进一步建立了胶结强度与刚度同水合物饱和度间的关系。该模型可以方便地植入离散元程序,从而用于深海能源土的宏微观力学分析。     

土-水工结构界面剪切试验系统的研制及应用

为研究开采沉陷形成的地表变形对水工建筑或构筑物的影响,研制了可进行水下剪切的界面剪切试验系统。通过该试验系统,完成正交试验方法设计的界面剪切试验,研究土样的初始孔隙比、初始饱和度以及结构表面粗糙度对土-水工结构界面剪切力学性能的影响。试验表明:该系统能较好地模拟水下土-结构界面的主要物理力学特性;同时也可以实现普通直剪试验仪器的功能。对正交试验结果进行极差和方差分析的结果表明:在所设计的初始孔隙比范围内,其对界面剪切强度影响很小。初始饱和度对界面剪切强度的影响非常显著,而且饱和状态下是否采用水下剪切的方式对界面剪切强度是有影响的。结构表面粗糙度对界面剪切强度有影响,其影响规律需进一步研究。     

沥青混凝土心墙土石坝的应力应变分析

本文主要分析土石坝在初次蓄水时,湿化变形对坝体应力应变的影响。文中介绍了湿化试验方法和试验资料的整理方法,试验指出:仅对于态和饱和态土料试验的应力-应变曲线进行比较是不能反映湿化变形的,必须采用应力控制的试验方法,模拟土料浸水饱和情况,从而量测湿化引起的附加变形。文中还讨论了考虑湿化影响的有限元计算方法,并进行了土石坝沥青混凝土心墙的徐变分析。计算所得的应力和变形规律较符合国内外的实测资料。     

角点型非共轴模型的半隐式应力积分算法及应用

针对基于屈服面角点非共轴理论建立的弹塑性本构模型,提出了对应的半隐式应力积分算法。在考虑非共轴项的应力更新方程中,塑性流动方向采用显示表示。构建非共轴塑性流动的Gram-Schmidt正交化过程则是基于已知应力条件定义。根据张量之间的正交性,进一步简化模型的应力更新方程,再推导该方程的牛顿迭代格式。然后将该算法编写进ABAQUS的材料用户子程序Vumat,将该非共轴模型应用于有限元分析。在Explict分析模块中,分析了不同非共轴模型参数模拟单剪试验和活动门问题的效果,并与共轴模型结果进行了对比。结果显示该半隐式算法收敛性好,强健有效,适用于工程分析。     

适用于膨胀性非饱和土的边界面模型的数值实现

基于完全隐式的Euler向后积分算法,对一个适用于膨胀性非饱和土的边界面模型提出一种应力积分方法。模型中的塑性变形具有双重机制即加载–湿陷机制和微观结构机制,并考虑力学行为与持水滞回间的耦合作用。依据当前应力状态、力学与持水模型中各塑性机制的发生情况,将应力积分过程中的当前增量步分为多种情况,针对每一情况利用Euler向后算法进行试算,并依据判定准则选取结果。其次,利用该模型分别对已有的吸力循环试验和三轴压缩试验进行了验证,以此反映模型的预测能力和算法的运行能力。最后,对比不同步长的应变控制试验路径下的计算结果,以此验证应力积分方法的稳定性和精度。     

水力–力学耦合的超固结非饱和土本构模型的隐式积分算法及其应用

超固结非饱和土经常出现于工程实践中,表现出复杂的力学性质。从已有的非饱和土水力–力学耦合的本构模型出发,将超固结的影响加入到了模型中,使模型可以考虑超固结对非饱和土力学性质的影响。超固结非饱和土本构方程的求解是一个复杂的非线性问题,给出了该超固结非饱和土水力–力学耦合模型的隐式积分算法和本构模型的一致切线模量,并对该算法进行验证,证明了该算法的正确性,最后采用该算法对某非饱和土质边坡在地下水位上升的情况下进行有限元分析。     

路基土回弹模量应力依赖性分析及预估模型

通过室内重复加载三轴试验研究4种常用路基土的回弹特性,分析回弹模量对体应力、侧向应力、偏应力的依赖关系。试验结果表明,回弹模量值是两个应力变量的函数,且当其中一个变量保持不变时,回弹模量值随另一变量呈非线性变化,函数关系应为幂函数形式。在此分析基础上,参考Uzan模型表达式,以偏应力和体应力为变量回归得出相应的路基土回弹模量预估模型,拟合结果良好。模型的建立,有利于更好地理解路基土的回弹特性,并为路基模量设计值的取用与路面结构力学响应计算提供可靠的技术依据。     

遗传算法在固结反分析实例中的应用

简要介绍了岩土工程固结反分析的基本理论和研究意义,并以具体工程为实例对文中提出的方法进行了验证,通过数据比较证明将遗传算法引入岩土工程固结反分析是可行且具有价值的.     

混合气体水合物结晶生成过程及其反应速度的实验研究

对混合制冷剂气体水合物HCFC141b/HFC152a在不同外部条件下的结晶生成速度进行了实验研究，通过数据分析得到了水合物结晶生成速度和冷却介质温度，扰动速度，制冷剂比份的依变关系。     

基于生态竞争模型的岩土本构模型辨识新算法

为了进行模型类间辨识及参数反演 ,基于分子生物学原理 ,模拟自然界多物种竞争的现象 ,以更能反应生物进化本质的进化规划为框架 ,提出了一种模拟生态竞争模型。在此基础上进行了岩土本构模型类间辨识及参数反演的研究 ,提出了一种模型辨识新算法 ,初步解决了从一组模型类中抉择最佳模型并同时反演参数的问题。最后 ,用一个简单算例证明了该算法是可行和有效的。     

软岩中断裂面对应力-应变关系影响研究

基于一系列的固结不排水三轴压缩试验 ,测定并分析了正常固结领域和超固结领域硅藻质泥岩的应变软化性状和残留强度特性 ,研究了残留强度比与固结压力间的关系 ,比较和探讨了断裂面的有无和不同倾角的断裂面对软岩的应力 -应变关系和残留强度特性的影响规律 ,得出了有益的结论。     

基于RSSI 算法的城市燃气管网泄漏检测及定位研究

针对城市燃气管道泄漏问题,提出了一种基于RSSI算法的城市燃气管道泄漏检测与定位技术。该技术可以分析和计算管道泄漏时ZigBee 节点之间接收信号的强度,并最终获得泄漏的位置。首先利用泄漏目标点到各接受点之间的RSSI 信号强度值确立算法模型,其次通过模型得出泄漏点到各接收点之间的距离,最后通过最小二乘法获得泄漏点的近似坐标。仿真结果显示,提出的算法具有较高的定位精度和广泛的应用前景。     

考虑气相压力变化和偏应力影响的非饱和土本构模型

基于连续介质土力学的本构模型框架,提出了一个三轴应力状态下的非饱和土本构模型。与非饱和土中的双应力变量不同,根据非饱和土功的表达式,选择广义有效应力、修正吸力和气体压力作为模型的应力状态变量。模型中考虑了气相压力变化对土体变形的影响,给出了固–液–气三相耦合的本构方程。固相采用了非相关联流动法则,并在固相硬化方程中考虑了液相和气相的影响。液相方程利用土水特征曲线描述,并考虑了塑性体应变的影响。气相方程的建立利用了Boyle定律和Henry定律,给出了受固相和液相变形影响的气相方程。最后建立了非饱和土弹塑性增量方程。利用已有的试验数据对模型进行了验证,并将考虑气相影响与未考虑气相影响的预测结果进行了对比。     

基于挠度的体外预应力梁应力增量统一算法

体外预应力筋应力增量的计算,是体外预应力结构在两种极限状态设计中的关键问题之一.由结构变形前后的几何关系,推导弹性阶段体外预应力筋应力增量的计算公式,并以此建立力筋应力增量与梁体跨中挠度的关系,进一步延伸到承载力极限状态力筋应力增量的计算,使体内、体外无黏结预应力筋在两种极限状态下应力增量的计算得到统一.公式考虑组合荷载作用的情况,并反映二次效应的影响.在以上推导的基础上,建立极限状态下应力增量计算的实用方法,方便工程应用;对美国学者Naaman所提出的黏结折减系数法进行改进,从理论上推导极限状态下的黏结折减系数;从减小二次效应的角度,对转向块的布置位置进行优化.最后,应用该方法与围内外3批试验进行对比,计算结果与试验结果吻合良好.     

平面应变加、卸荷条件下考虑初始应力的原状黄土#br# 强度与变形特性试验研究

针对黄土工程中的众多平面应变加、卸载问题,利用平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟黄土原位沉积方向及不同初始应力状态,在不同围压下对不同初始应力状态原状黄土进行竖向加载和侧向卸载平面应变试验,揭示不同初始应力状态原状黄土在加、卸载不同应力路径条件下的强度和变形特性。研究结果表明：两种应力路径条件下的应力应变曲线均呈硬化型,加载曲线均高于卸载,加载强度大于卸载强度,但卸载时,土的强度发挥较快。剪切过程中,黄土的侧向变形与竖向变形均呈非线性关系。竖向加载时,土的初始应力状态k值对土强度和变形的影响与固结围压的大小关系紧密;侧向卸载时,k值的增大可以限制侧向变形的发展。竖向加载条件下的体积应变均为剪缩,侧向卸载时均为剪胀。加、卸载条件下p-q平面内的破坏强度线基本一致,近似呈线性关系。侧向卸载条件下土体破坏时的应变远小于竖向加载和常规三轴试验。随着k值的增大,加、卸载应力路径时,黏聚力均线性减小,内摩擦角均线性增大。