饱和混凝土有效模量及有效抗拉强度研究

孔隙水的存在对混凝土的有效弹性模量及强度等力学性能产生很大的影响。采用三相球模型理论分析得到了饱和混凝土的有效体积模量与孔隙率之间的定量关系;不考虑孔隙水的抗剪能力,获得了饱和混凝土的有效弹性模量、泊松比与孔隙率的定量关系。基于最大拉应力准则,推导得到了饱和混凝土的有效抗拉强度及其峰值应变与孔隙率之间的关系。理论分析结果与Yaman等的试验结果吻合良好,表明本文方法能够用来预测饱和混凝土的有效弹性模量;与干燥混凝土相比,孔隙水的存在使得饱和混凝土弹性模量和有效抗拉强度均有所提高。  

细观均匀化方法预测非饱和混凝土宏观力学性质

混凝土宏观力学行为由其细观结构和组成决定，孔隙水的存在影响湿态混凝土的力学性质。在细观尺度下，将非饱和混凝土看作是由混凝土基质、孔隙水、干燥及非饱和孔隙组成的多相复合材料，提出了预测非饱和混凝土力学性质的两步均匀化方法。基于该方法建立了非饱和混凝土宏观力学性质，包括弹性模量、泊松比、拉伸强度及峰值拉伸应变与孔隙率及饱和度之间的定量关系。本文理论结果与试验结果吻合良好，证明了方法的合理性。研究表明：湿态混凝土弹性模量、泊松比、拉伸强度和峰值拉伸应变均随饱和度的增大而增大；低饱和度混凝土的峰值拉伸应变随孔隙率的增大而减小，而高饱和度混凝土则呈现先减小后逐渐增大的趋势。  

不同应力路径条件下的砂土剪切特性试验研究

为了探讨不同应力路径条件下的砂土剪切特性,进行了8种不同应力路径的单调剪切试验.试验结果表明,在不同剪切路径条件下,砂土的剪切特性明显不同.即在压缩条件下的剪胀特性明显大于拉伸条件下的剪胀特性,而同样的压缩路径,减压压缩路径下的剪胀特性最显著,增压剪切路径下的剪胀特性最小,常规压缩路径下的剪胀特性在其中间.且相对于均等固结,在偏压固结条件下表现出更显著的剪胀特性.在不同剪切路径条件下,砂土所发挥的最大内摩擦角也有所不同,即在三轴拉伸条件下所发挥的内摩擦角普遍比三轴压缩条件下的内摩擦角大3°～4°,而在相同的压缩或拉伸条件下,内摩擦角以及临界状态应力比基本一致,与加载路径无关.  

混凝土三轴动态强度准则

动态荷载作用下，混凝土材料存在着明显的率相关性，建立混凝土材料在动态荷载作用下的三轴动态强度准则具有重要的科学意义。本文在广义非线性强度理论的框架下，结合混凝土材料的非线性单轴、双轴动态强度特性，推导了广义非线性强度理论材料参数的率效应公式，从而得到了考虑率效应的混凝土材料的三轴动态强度准则。双轴情况下，所建立的动态强度准则与动态试验数据吻合较好；根据混凝土材料强度参数的率效应公式，探讨了混凝土材料的多轴非线性强度特性。  

钢筋混凝土构件细观数值模拟分析

在混凝土材料细观力学分析模型的基础上,提出了一种钢筋混凝土构件非线性力学特性分析的细观数值方法。使用这种细观力学方法对轴压加载作用下某一钢筋混凝土柱的损伤破坏过程及宏观力学特性进行了数值模拟研究,并与试验结果和宏观力学模型方法分析结果进行了对比。研究表明：（1）细观尺度上,采用细观力学模型获得的钢筋混凝土柱的破环模式及宏观力学性能均与试验结果吻合良好,验证了本文细观力学方法的有效性和准确性;（2）相比于宏观尺度分析模型,细观力学模型考虑了混凝土的非均质特性,从而更真实地揭示了钢筋混凝土柱的破坏过程及破坏模式,且计算结果与试验结果对比也更为吻合。  

骨料空间分布对混凝土压缩强度及软化曲线影响统计分析

混凝土材料的强度、宏观应力-应变曲线的软化段具有随机性和离散性,骨料分布形式是重要的影响因素。为探究混凝土强度和应力-应变曲线软化段的随机统计特性,从细观角度出发,假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土细观尺度力学模型与方法。以单轴压缩情况为例,对64 组不同骨料分布形式下混凝土试件的单轴压缩力学行为进行了数值研究,并基于概率理论对获得的混凝土强度及软化曲线的离散性进行了统计分析。研究表明:不同骨料分布形式下混凝土压缩强度和软化曲线均服从双参数Weibull分布;软化段上应力值的离散程度相近;软化段上应力值的离散性比峰值点应力的离散性大。  

横观各向同性饱和两相介质弹塑性波动问题研究

针对横观各向同性饱和两相介质的弹塑性波动问题，建立了基于SMP 破坏准则的横观各向同性饱和两相介质弹塑性动力本构模型，并建立了横观各向同性饱和两相介质弹塑性波动问题求解的时域显式有限元方法。基于上述本构模型与时域显式有限元方法进行了横观各向同性饱和两相介质弹塑性波动问题的研究。研究结果表明：横观各向同性饱和两相介质的弹塑性动力反应与其弹性动力反应有较为显著的差异，表现在前者的反应峰值相对于后者有较为明显的增大，同时二者反应时程的波形也有较大的差异。数值计算工作同时表明，时域显式有限元方法是进行横观各向同性  

黏性土的抗剪强度特性试验研究

利用环剪仪针对塑性指数不同的3种黏性土，在不同的固结状态下进行了较系统的试验研究，探讨了大变形黏土的抗剪强度变化规律，分析了残余强度的影响因素。试验结果表明：本试验所采用的环剪仪无论对于粉质黏土还是黏土均具有良好的稳定性，测试精度高，因此能够保证试验结果的准确性；对于塑性指数不大的粉质黏土，应力历史对其抗剪强度的影响并不显著；对于塑性指数较大的黏土，应力历史对残余强度没有影响，而峰值强度随着超固结比的增大而增大，最终接近粉质黏土的峰值强度；塑性指数是影响残余强度非常重要的因素，随着塑性指数的增大，残余强度显著降低；黏性土剪切沉降曲线的类型与塑性指数和超固结比有关。  

考虑组分活度的多组分污染物扩散模型

在处置固体废弃物时多采用具有隔离和屏障作用的压实黏土衬垫体系,其渗透性极低,渗滤液溶质在其中的主要运移方式为扩散。针对各类堆场渗滤液中多组分污染物并存的实际工程现象,研究了多组分污染物在防渗黏土垫层中的扩散规律。基于混合物组分线性动量平衡,引入可考虑组分有效浓度的活度系数,建立了多组分污染物在黏土垫层中的一维扩散模型。使用有限元软件COMSOL Multiphysics对所建扩散模型进行求解,揭示了多组分污染物在黏土垫层中的扩散规律。结果表明:与单组分污染物扩散相比,多组分污染物共存时组分活度的引入对独立组分的扩散起到了阻滞作用。研究结果能够为各类堆场设计合理经济的防渗隔污屏障提供理论依据。  

基于动量平衡的多离子体系扩散模型

多组分溶质共存是实际固废堆场渗滤液的典型特征。与单种离子的扩散过程相比,不同离子间的相互作用以及离子与土体骨架间的相互作用会影响离子在黏土防渗垫层中的扩散进程及规律。在两尺度框架内(微观尺度和宏观尺度),基于有效浓度描述的离子微观质量平衡方程和动量平衡方程,采用体积平均技术,推导了离子的宏观质量和动量平衡方程,构建了一个适用于多孔介质材料的可考虑孔隙液相组分活性的多组分溶质非线性扩散理论框架。从理论层次实现了对离子在黏土垫层中的扩散机制以及相关驱动力的全面描述,所建理论框架具备理性化和系统化。通过给定相关驱动力具体的本构方程,建立了多离子体系在黏土垫层中的扩散模型。