钢结构系列课程教学内容改革思考

文章从钢结构的发展要求出发,分析了钢结构系列课程的特点和目前教学中存在的问题,根据提高学生综合能力、实践能力和创新能力三方面的培养目标,就钢结构系列课程体系在教学内容方面的改革进行了思考。     

岩土工程开挖模拟的非局部软化模型

基于非线性几何场论，建立了含有天然缺陷的岩土材料非局部连续模型、变分方程及相应的实时更新拖带系大变形有限元数值模型，设计了这一模型的数值卷积算法。对工程材料特别是岩土工程的地下开挖进行的数值结果表明，非局部连续模型描述变形局部化问题是适当的，物性方程包含材料特征尺度对于带缺陷体材料应变软化和损伤的分析是必要的。     

粗骨料体积分数对混凝土Ⅱ型断裂参数的影响

对不同粗骨料体积分数下的混凝土Ⅱ型断裂性能进行了研究。根据最大泥浆厚度(Maximum paste thickness, MPT)理论,给出了断裂韧度K_{Ⅱ C}与粗骨料体积分数V_a之间的经验关系式。通过对含有四种粗骨料体积分数(19%、25%、31%、37%)的无切口试件开展半边加载断裂试验,测得相应的峰值荷载、断裂韧度、能量释放率等断裂参数,并分析了断裂韧带表面的裂纹分布规律。试验结果表明:随着粗骨料体积分数的增加,混凝土的Ⅱ型断裂韧度K_{Ⅱ C}和临界能量释放率G_{Ⅱ C}明显增加,名义断裂韧带处的裂纹轮廓线更长、更曲折;各配比试件的开裂模式基本一致,剪切裂纹主要集中在名义断裂韧带区域。同时,利用数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)对试件表面的损伤演化进行分析,结果表明,试件表面的应变局部化能够较好地表征断裂过程区(Fracture process zone, FPZ)的形态特征及演化过程。随着粗骨料体积分数的增加,FPZ的形态更不规则,分支更多。      

带有橡胶垫层的混凝土接触特性试验及其内聚力模型

针对带有橡胶垫层的混凝土试件,通过直剪试验研究了带有橡胶垫层的混凝土接触摩擦特性。采用PPR内聚力模型表征接触面的接触摩擦特性,对试验结果进行了模拟分析。试验结果表明:在带有橡胶垫层的混凝土接触面剪切过程中,剪切应力与剪切位移的变化过程可分为弹性、弹塑性硬化和应变软化变形阶段。当轴向应力在1.5 MPa～13 MPa范围内时,残余强度与剪切强度比在55%～65%,当轴向应力为17 MPa和21 MPa时,残余强度与剪切强度比大约分别为70%、80%。橡胶垫层在混凝土之间起到良好的缓冲作用。在轴向应力较大时,接触面的应力变形会伴有明显的软化变形阶段。利用Archard非线性幂次准则描绘了剪切峰值应力与轴向应力的关系,准则中常数k和m分别为0.97和0.33。PPR内聚力模型计算表明剪切应力随剪切位移变化关系曲线与试验结果基本吻合,为研究盾构管片块体间的接触摩擦作用研究提供借鉴。     

热-应力耦合作用下深部软岩隧洞大变形三维数值模拟分析

高地温是深部隧洞的一个重要特点,温度场的存在必然会影响到深部隧洞的变形和应力状况,特别是考虑到深部隧洞的高地应力和大变形的特性,温度场的影响就更加显著。因此,本文基于摩尔-库仑本构模型,利用FLAC3D软件对深部软岩隧洞洞室围岩的力学响应及其在不同温度场作用影响下的应力、变形及塑性区分布等指标的分布及变化情况进行模拟计算及研究分析,得出了一定基本规律,为工程设计提供参考。     

热-应力耦合作用下深部软岩隧洞大变形三维数值模拟分析

高地温是深部隧洞的一个重要特点，温度场的存在必然会影响到深部隧洞的变形和应力状况，特别是考虑到深部隧洞的高地应力和大变形的特性，温度场的影响就更加显著。因此，本文基于摩尔-库仑本构模型，利用FLAC^3D软件对深部软岩隧洞洞室围岩的力学响应及其在不同温度场作用影响下的应力、变形及塑性区分布等指标的分布及变化情况进行模拟计算及研究分析，得出了一定基本规律，为工程设计提供参考。     

基于FDEM的隧道衬砌裂缝开裂过程数值分析

采用杂交有限元–离散元法(FDEM),与日本等比尺浅埋隧道衬砌试验结果进行了对比分析。数值模型较好地再现了试验中衬砌结构性裂缝的初裂、增扩直至破坏的全过程。其次,建立荷载结构模型,针对影响衬砌开裂的3个主要荷载因素,即局部偏压、背后空洞和拱顶松弛地压,分别研究了这些压力不同作用位置、作用范围、作用大小下的裂缝扩展过程、分布规律。为用非连续方法研究衬砌裂缝开裂过程提供了借鉴,同时也为隧道衬砌裂缝病害的防治与加固修复打下了基础。     

水–岩及风化作用下层状炭质板岩巴西劈裂试验研究

横观各向同性层状板岩在地质环境及施工裸露后形成的水–岩和自然风化作用下,其物理力学性质将发生退化,由此常引起岩土隧道、边坡等工程产生抗拉失稳破坏。以甘肃岷县木寨岭隧道炭质板岩为研究对象,对其开展即时烘干试样(即试样加工后烘干处理)和静置风化试样(加工后室内常温通风放置60d)巴西劈裂试验,分析了两种条件下炭质板岩的抗拉力学性能。结果表明:两种炭质板岩巴西劈裂试验均表现为脆性破坏,但力学响应及峰值荷载差异极大;炭质板岩抗拉强度均受层理影响显著,但即时烘干试样和静置风化试样的劈裂破坏形态受层理影响程度不同;以即时烘干试样为基础,静置风化试样软化系数为0.11~0.13,体现了水岩作用及其静置风化对岩样具有显著劣化效应,但对层理形成的横观各向同性抗拉性能影响不大。此外,借助SEM对水岩静置风化机理进行分析,具体为水侵入后形成物理化学反应改变矿物微观成分、结构进而结合风化作用表现为矿物骨架承载的累计劣化损伤。     

含层理结构面层状板岩张拉断裂的DIC试验研究

矿产资源伴生含层理、节理、裂隙等结构面的层状岩体,其中层状板岩在我国分布广泛,因抗拉性能差会导致多样工程灾害并影响资源开采。基于此,本文以木寨岭隧道软弱层状炭质板岩为研究对象,通过直缝半圆盘三点弯断裂试验(SCB),深入分析了层状板岩的张拉断裂特性,同时基于数字图像相关方法分析了不同层理倾角层状板岩裂纹起裂、扩展态势下的表面位移场演化特征。结果表明:(1)层状板岩在试验时均表现出典型脆性断裂破坏,SCB试验荷载—位移曲线发展态势较为相似,主要包含裂隙压密变形、线弹性变形、塑性弱屈服和瞬时跌落破坏4个阶段。但力学响应及峰值荷载差异极大;(2)受层理影响,不同层理倾角下的层状板岩呈现出显著各向异性力学性质,SCB试验试样峰值荷载受层理面影响差异巨大,divider试样为竖直层理试样峰值荷载的1.97倍;(3)层状板岩张拉断裂破坏形态复杂多变,虽然均从直缝尖端起裂,但其裂纹扩展态势随层理变化而呈现出巨大差异,具体如台阶型、链式折线型和笔直型等断裂形态;(4)基于DIC测取不同层理层状板岩试样缝尖至加载端散斑关注区表面水平位移场,进而揭示了由试样尖端起裂至裂纹扩展贯通形成的表面位移场断裂演化特...