高桩低应变测试的交错网格有限差分法响应分析

为了研究应力波在高桩中传播的三维效应,建立了桩土系统的轴对称模型.运用交错网格有限差分法编制了计算程序并得到了高桩的数值计算结果,通过将该计算结果与高桩实测曲线进行对比,验证了该数值计算的可行性与可靠性.本文研究了高桩低应变检测的最佳拾振位置、对比了高桩与全埋入桩的区别并分析了外露桩长及桩周土对桩顶有效信号的影响.结果 表明:距离桩心0.6R处为最佳拾振位置;高桩与全埋入桩相比,具有明显的入岩(土)信号且桩底反射波幅值较大;除此之外,外露桩长和桩周土剪切波速也对入岩(土)信号及桩底反射波产生了一定的影响.     

近场动力学法频散特性及其在岩石层裂分析中应用

为了解近场动力学方法(peridynamics,PD)的计算精度,考察该法用于岩石层裂破坏模拟的效果,对PD进行了频散分析和算法验证.首先由频散分析后发现:当空间步长不变时,随影响域变大PD法频散愈严重;而空间步长减小时,影响域节点数不变,其频散会变弱;当影响域大小不变时,内部划分节点越密集,频散越弱.其次,通过该方法与传统有限差分法的比较表明PD离散方程可看作一系列差分方程的组合,其截断误差为影响域半径δ的二阶无穷小;当δ为Δx时,PD算法与中心差分法是等价的,且此时计算精度最高.最后,通过PD法应用于岩杆一维层裂模拟分析,探讨了其空间步长、影响域尺寸对计算结果的影响,得出层裂时间、层裂位置及损伤分布情况,并与层裂试验进行对比分析.PD可用于岩石层裂破坏分析,将FDM和PD法两者结合进行层裂模拟时,计算时间少、优势明显.     

小波分析在低应变检测数据处理中的应用

在低应变检测采集的数据中,会受到各种噪声的干扰。利用小波变换的时频局部化能力,对实测信号进行降噪处理,可保留信号的突变特征,抑制噪声信号。在实际应用中证明小波分析对低应变检测信号的降噪是一种比较好的数据处理方法。     

锥形桩的纵向动力响应

主要研究了锥形桩这一典型变截面桩的桩顶纵向振动响应。桩身为均质线弹性有限长杆,桩顶受纵向冲击力作用。桩周土和桩底土用Kelvin？Voigt模型表示,假设桩周土剪切波速随深度线性变化。根据上述桩土模型,推导出简洁的波动方程。由Laplace变换得出了频域的解析解,然后采用快速傅里叶变换求解Laplace逆变换,得到了时域的半解析解。通过与差分法计算结果对比,表明本文求解方法的合理性。通过对计算结果的分析,了解了桩顶振动速度导纳曲线的变化特征,还说明了截面渐变程度对桩顶速度响应的影响,阐述了变截面效应。锥形桩的变截面效应表现为：桩身横截面的渐变会对频域响应的低频波部分产生影响;桩身横截面渐变时会引起桩身渐变的反射,而且截面渐扩（渐缩）程度越大,反射越明显。     

线电流激励下偏心介质柱的电磁散射

偏心介质柱的电磁散射是电磁探测过程中经常碰见的问题,传统上采用数值方法进行求解,为此,求取了其在线电流源激励下的解析解。通过采用模式匹配法,将模型的边界条件转化为矩阵方程,再由矩阵方程进一步得到偏心介质柱的电磁散射解析解。该解在实际模型计算中速度快,较传统方法提高了求解效率。通过与有限差分法得到的数值结果对比,得到的解析解与数值解高度一致,较前人文献结果更准确。该解析解不仅可用于线电流源激励下偏心介质柱电磁散射的快速计算,对半空间内柱状物体的电磁散射特性研究也有重要意义。     

桩基三维弹性波动方程变步长交错网格有限差分数值计算

为了提高桩基低应变数值模拟的计算效率,在传统差分方法的基础上,将变步长交错网格有限差分法引入到三维桩土模型的数值计算中,通过对三维弹性波动方程进行差分,并在计算模型界面处引入吸收边界条件,计算得到了桩在瞬态纵向激振力作用下的低应变数值模拟响应。计算结果表明：在保证计算精度的同时,由于该方法自身可变化的差分网格,使得计算过程更加灵活简便,降低了内存需求量,减少了计算时间。吸收边界可以有效吸收到达计算模型界面处的入射波,该方法在对低应变实测曲线的拟合和非对称缺陷桩的数值模拟中取得了良好的应用效果。     

温度与冲击荷载耦合下花岗岩动力性质

为考察岩石的热动力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆,对不同实时温度下的花岗岩试样进行了50~250 s-1应变率的冲击压缩试验.基于测试数据,研究发现不同温度下应变率敏感性有所差别,700℃时花岗岩抗压强度的应变率效应最弱,而峰值应变的率效应非常明显,弹性模量的应变率效应无明显规律,如20℃和700℃时,弹性模量表现出随应变率升高而增大的趋势,但300℃和500℃时,其随应变率的增大而降低;较常温状态,300℃时花岗岩的抗压强度变化不大,当温度升高到500℃时,花岗岩热损伤效应明显,其动态抗压强度与弹性模量均大幅降低,而峰值应变呈增大趋势.700℃时热损伤现象突出,抗压强度与弹性模量迅速降低;此外,还发现当温度升高时,不但岩石的破碎程度加重,而且岩样的颜色也发生改变.     

循环冲击荷载下花岗岩力学特性尺寸效应

为探究岩石循环动力学特性及其尺寸效应,采用分离式霍普金森压杆对高径比为1.00,0.76和0.50的花岗岩试样开展循环冲击试验,并对比分析试验结果。结果表明:同一弹速下,高径比越小,试样最后一次冲击曲线的峰后破坏阶段越显著;随着高径比增加,试样峰值应变整体减小,而弹性模量有所增加,峰值应力下降程度明显减弱;在相同幅值的入射波循环作用下,累积比能量上升趋势随高径比增加逐渐变弱;低弹速（如8.5 m/s）循环冲击下试样呈现轴向劈裂破坏模式,而在高弹速（如9.9 m/s）条件下,试样破坏由轴向劈裂转变为边缘仅少量剥落。此外,试样破碎程度随高径比的增加而降低,表现为破碎块度增大、破碎块数减少。     

中高应变率下花岗岩动力特性三轴试验研究

利用改进的霍普金森压杆对不同围压、不同应变率下的岩样进行了试验研究,分析了其在中高应变率下的冲击响应特征与破坏模式。基于试验结果发现在围压一定情况下,岩石的动态抗压强度和峰值应变随应变率的增大而增大,其中抗压强度随应变率呈对数增长;弹性模量对围压和应变率不敏感,且应变率越大岩石破碎现象越严重。其次,在应变率相近情况下,花岗岩的动态抗压强度随围压呈增大趋势,其破坏模式由低围压下的轴向劈裂转向高围压下的压剪破坏;高围压下花岗岩应力–应变曲线出现屈服平台,具有明显的脆—延性转化特征。最后,检验了莫尔–库仑准则和霍克–布朗准则的适用性,指出此花岗岩更符合莫尔–库仑准则,其动态强度增大主要由黏聚力的应变率效应引起。