土结接触面黏聚区域模型及渐进累积破坏分析

首先探讨了土结接触面的含义、接触面相对位移的组成以及接触面的破坏形式,然后提出以黏聚区域模型描述接触面滑动和拉裂破坏变形、邻近非接触面单元描述接触面基本变形的分析思路,建立了基于黏聚区域模型的无厚度接触面单元,有效避免了接触面厚度确定的困难。在强化有限单元法（ FEM⁺⁺ ）的框架内完成了接触面模型的数值实现后,以直剪试验的模拟揭示了土与结构接触面的渐进累积破坏过程,说明了接触面模型与平均剪应力–剪切位移试验曲线的差异,并对模型本构参数的选取进行了阐述。     

刚性挡土墙被动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土端上的被动土压力进行数值分析，土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型，在土与结构接触面问引入无厚度的Goodman接触单元，接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型，研究了不同的挡土墙的变位模式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。     

刚性挡土墙主动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土墙上的主动土压力进行数值分析，土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型，在土与结构接触面间引入无厚度的Goodman接触单元，接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型，研究了不同挡土墙的变位模式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。     

土与混凝土接触面特性的大型单剪试验研究及数值模拟

利用研制的大型单剪仪,对细粒土进行了土-混凝土接触面单剪试验研究.从试验结果分析得到剪切破坏带及其厚度.针对土体在剪切带内既有沿界面的错动滑移薄变形,又有自身剪切变形的双重变形机制,提出了接触面剪切滑移薄层单元及其本构关系,并给出其参数的确定方法.通过有限元数值模拟,证明了所提出接触面单元和本构关系的合理性.     

考虑残余强度影响的结构面与接触面剪切过程损伤模拟方法

岩土结构面和接触面剪切变形全过程的模拟是岩土结构设计与计算的重要依据。首先在深入探讨结构面和接触面剪切变形过程特征和剪切变形机理基础上,从结构面和接触面剪切单元微观受力入手,并将剪切单元抽象为未损伤和损伤两部分组成,其剪切荷载由这两部分共同承担,且损伤部分所受应力即为残余强度,建立出可以反映结构面和接触面破坏后仍具有残余强度特征的剪切损伤模型;然后,引进统计损伤理论,假定结构面和接触面剪切微元破坏服从Weibull分布,在探讨剪切微元强度度量方法基础上,建立出结构面和接触面剪切变形全过程的统计损伤演化模型,进而建立出模拟结构面和接触面剪切变形全过程的统计损伤本构模型。该模型不仅可以反映结构面和接触面应变软化特性,还可反映法向正应力的影响以及残余强度变形阶段特征;最后,通过实例分析并与同类模型进行比较,表明该模型的合理性与可行性。     

薄层单元厚度对疏桩基础沉降的影响

利用加入薄层接触面单元的弹塑性有限元分析程序, 对疏桩基础的沉降进行分析, 结果表明薄单元厚度与各部分变形之间存在着密切关系, 薄单元厚度t与剪切方向长度B之比t/B对各部分变形造成不同程度的影响。     

一种土与结构接触面模型的建立及其应用

在进行了一系列接触面单剪试验的基础上，分析和探讨了接触面剪切破坏和变形的机理，提出了错动位移、剪切位移以及接触面“剪切错动带”的概念。在此基础上，建立了一种新的接触面模型，并给出了确定模型参数的方法。有限元计算结果表明，该模型能够较合理地反映接触面上剪应力的传递及相对位移的发展，它比常规接触面模型有较明显的改进。     

粗粒土与结构接触面静动力学特性的大型单剪试验研究

运用80t大型三维接触面试验机,对单剪条件下粗粒土与钢板接触面静动力学规律进行了研究。随单调剪切的进行,接触面土体变形由靠近结构面区域逐渐向远处传递和发展,并集中于剪切区域内,接触面厚度约为（6D₅₀~7D₅₀;接触面达到强度时对应的滑动位移约为0.5D₅₀,之后滑动位移发展变快,破坏发生在接触界面处;法向应力对接触面厚度、土体变形沿试样深度分布形式影响较小,主要影响土体变形大小。循环剪切时接触面厚度未继续扩展;土体变形及变形位移幅值随循环剪切逐渐减小,并向初始剪切方向偏移,出现了异向性;接触面在不断剪切硬化,主要由结构面附近土体硬化所致;接触面强度是否达到主要取决于滑动位移,并在达到后逐渐减小,减小程度达16%,且正反向剪切时强度呈现异向性;接触面剪切体变、切向应力与3种位移（切向位移、变形位移、滑动位移）的关系稍有差别。     

土与结构物接触面物理力学特性试验研究

利用改进的直剪仪进行了砂土与结构物的接触面剪切试验 ,研究了不同接触面相对粗糙度对接触面物理力学性质的影响 ;并通过数字照相技术记录了接触面附近砂土颗粒的位移情况 ,分析了土与结构物接触面剪切破坏的变形机理。试验结果表明 ,存在接触面临界相对粗糙度Rcr,土与结构物接触面可依据Rcr 分为光滑接触面和粗糙接触面。光滑接触面剪切变形时沿土与结构物接触表面产生滑动破坏 ,接触面附近体积变化很小 ,剪切破坏时无明显的剪应力峰值 ,为理想弹塑性模式 ;粗糙接触面剪切破坏时在接触面附近产生应变局部化 ,形成剪切带 ,并伴有应变软化和剪胀现象。剪切带厚度约为 5D50 。     

土与结构相互作用的可视化剪切试验装置研制及应用

 土与结构的相互作用是岩土工程中普遍存在的力学问题,在已有大型直剪试验系统平台上,设计局部可透视的刚性剪切盒和数据采集分析系统,研制相应的设备。在接触面力学参数可靠获取的基础上,通过高清数码摄像实时采集剪切试验过程中接触面剪切带的数字图像,利用GeoPIV分析获得剪切带土砾的变形和剪切带的厚度,实现土与结构接触面直剪试验剪切带变形的可视化与定量化。以三峡库区堆积体滑坡工程为背景,开展不同含水率条件下土石混合体与混凝土接触的剪切试验,得到接触面抗剪强度参数的变化规律和剪切过程中土砾颗粒运移特征,定量分析土砾颗粒在剪切过程中的位移变化规律,获得试验条件下接触面剪切带厚度为17～23 mm,试验结果表明上剪切盒中的土砾剪切过程中发生显著的位移,其相对下剪切盒的水平位移小于上下剪切盒的相对位移,呈现非线性的变化趋势,并给出土砾实际位移与剪应力的关系。该研究成果可为土与结构相互作用的可视化剪切试验、接触面力学特性和本构模型分析提供重要支撑。     

用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元I：原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土（RC）连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。     

考虑腹板剪切变形及滑移的波形钢腹板梁理论模型

在采用栓钉等柔性剪力连接件的波形钢腹板组合梁中,由于波形钢腹板较大的剪切变形及双界面剪切滑移,平截面假定不再适用。为此,通过将波形钢腹板梁的弯曲分解为顶底板整体满足平截面假定的主弯曲和顶底板各自满足平截面假定的次弯曲,引入波形钢腹板的剪切变形协调条件和界面剪切滑移关系,推导了考虑波形钢腹板剪切变形及界面滑移的波形钢腹板梁弹性弯曲微分方程,利用给出的横隔板对次弯曲和滑移的约束边界条件,求得了简支波形钢腹板梁在不同荷载作用下的解析解,并采用有限元分析予以验证。在此基础上,分析了横隔板及滑移对梁体弯曲性能的影响。结果表明：横隔板约束对梁体变形影响很小,但会使其附近梁段顶底板出现应力集中;当界面剪切刚度系数大于0.9时,在高跨比1/20~1/10范围内,考虑滑移与不考虑滑移梁跨中挠度比小于1.05;界面剪切刚度系数越小,横隔板附近梁段顶底板应力集中越严重。     

剪切路径对土与结构接触面三维循环特性影响研究

运用80t大型三维接触面试验机,通过改变往返圆弧剪切路径的半径和旋转角度幅值研究不同剪切路径下接触面三维循环力学特性,重点分析了剪切路径的影响规律。剪切路径由于影响两正交切向位移大小、方向转变及结构面附近土颗粒运动形态,从而导致接触面剪切体变及可逆性剪切体变-x或y向位移关系、切向应力位移关系及切向应力间关系形式差异显著。随旋转角度幅值的增大,接触面x向应力位移关系形式由双曲线向椭圆形转变;残余摩擦角由35°逐渐减小到33°,而后趋于稳定;峰值摩擦角则保持35°不变。不同剪切路径下接触面力学特性亦有诸多相同之处：抗剪强度具有各向同性;往返型路径下均产生明显的不可逆性和可逆性剪切体变,随循环剪切的进行,前者单调增长,后者峰值逐渐减小而后趋于稳定;不同剪切路径下接触面可逆性剪切体变-主切向位移关系及主剪应力-主切向位移关系具有良好的一致性;且后者曲线形式随循环剪切的进行由双曲线形式逐渐向理想弹塑性模式转变。     

RC联肢剪力墙宏观数值计算模型研究

已有的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型在墙体单元和连梁单元连接处采用水平变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元水平刚性梁的转动变形相协调。然而，水平变形协调并不能反映墙体和连梁的实际变形协调条件。为此，提出了一种钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型，该模型中墙体单元为具有分布式剪切弹簧且考虑平面外自由度的三维宏观墙体单元模型，连梁单元为具有3个子单元串联的一维杆单元模型，墙体单元与连梁单元的连接采用竖向变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元边垂直杆元的变形相协调。并通过算例对其模拟的准确性进行校验。结果表明：采用竖向变形协调方式建立的计算模型能更加准确地模拟联肢剪力墙的力学行为，提出的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型可用于三维的非线性分析，其中墙体单元能更好地模拟剪切变形和面外变形，连梁单元能够更好地模拟与墙肢的变形协调。     

Particle shape effects on the cyclic shear behaviour of the soil–geogrid interface

The accurate determination of the interface shear strength is essential in the design of geosynthetic-reinforced soil structures. The particle geometries of three types of soil materials and a spherical granular medium are imaged and quantified using binary image-based methods and described in terms of regularity. Cyclic direct shear tests are conducted to investigate the effects of particle regularity on the interface shear strength, stress–displacement relationship, shear stiffness, and damping ratio. The results reveal that the interface shear strength and deformation strongly depend on particle regularity. The vertical displacement ratio is found to increase with particle regularity under the same cycle number. The interface stiffness is observed to increase with the cycle number for particle regularities of 0.453, 0.565, and 0.672 but decreases with the cycle number for a particle regularity of 0.971. For a given regularity, the trend of damping ratio with the increasing cycle number is contrary to the that of shear stiffness. Finally, it is observed that the cyclic friction angle decreases with increasing particle regularity, the relationship of which is determined using linear regression. Thus, the systematic quantification of particle shape characteristics can lead to a better understanding of soil–geogrid interface behaviour.     

剪切过程中岩石裂隙的渗流与 应力–应变耦合分析

 首先，考虑不同法向应力，建立岩石裂隙剪切应力和剪切变形的关系，其中对裂隙的弹性矩阵进行修正，并用三段函数关系分别描述岩石裂隙剪应力与剪切变形的3个阶段：剪缩阶段，剪胀至峰值阶段以及残余抗剪强度阶段。然后，结合三阶段裂隙剪切变形与其开度的关系，应用复合单元法，建立剪切过程中岩石裂隙渗流与应力–应变的耦合机制，研究裂隙的剪切变形、开度、导水系数、渗流场和应力场的变化与相互关系。算例分析表明：当裂隙中“充填介质”的力学参数保持不变时，通过裂隙的流速也基本保持不变，不随剪切变形以及法向应力的变化而改变，但由于裂隙开度的变化，故通过裂隙的单宽流量也随之改变；法向应力越小，裂隙的剪胀效应越大，且岩石裂隙的剪切变形对通过裂隙的单宽流量的影响也越大。     

Shear capacity of connect construction between corrugated steel web and concrete lower slab

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。