基于双剪理论的饱和/非饱和渗流边坡稳定性分析

根据Bishop非饱和有效应力假定建立了适用于非饱和土的双剪统一强度理论。基于非饱和土双剪统一强度理论使用二维显式有限差分程序FLAC,以某边坡模型试验为例,考虑土体强度的中间主应力效应及渗流的影响,分析了地下水位升降导致的饱和/非饱和渗流条件下边坡稳定性分析问题。饱和及非饱和渗流的计算分析均说明忽略中间主应力效应的计算结果与边坡模型试验结果不相符。地下水位下降过程中,按相关联流动法则计算得出边坡只存在一条滑动面,而非相关联流动法则计算结果显示边坡存在多条滑动面。     

Effect of intermediate principal stress on strength of soft rock under complex stress states

A series of numerical simulations of conventional and true triaxial tests for soft rock materials using the three-dimensional finite difference code FLAC3D were presented. A hexahedral element and a strain hardening/softening constitutive model based on the unified strength theory（UST） were used to simulate both the consolidated-undrained（CU） triaxial and the consolidated-drained（CD） true triaxial tests. Based on the results of the true triaxial tests simulation, the effect of the intermediate principal stress on the strength of soft rock was investigated. Finally, an example of an axial compression test for a hard rock pillar with a soft rock interlayer was analyzed using the two-dimensional finite difference code FLAC. The CD true triaxial test simulations for diatomaceous soft rock suggest the peak and residual strengths increase by 30% when the effect of the intermediate principal stress is taken into account. The axial compression for a rock pillar indicated the peak and residual strengths increase six-fold when the soft rock interlayer approached the vertical and the effect of the intermediate principal stress is taken into account.     

双剪统一弹塑性有限差分法在金属结构中的应用

双剪统一强度理论及其弹塑性有限差分方法引入到金属结构的数值模拟中,对金属结构强度及金属加工等问题的研究具有实际意义。简要介绍双剪统一强度理论和拉格朗日有限差分方法的理论基础,推导双剪统一弹塑性有限差分格式,并利用C++语言编写动态连接库文件载入FLAC中进行计算。分别计算分析厚壁圆筒受均匀内压和中心带孔铝板的拉伸两个问题并与有限元法的计算结果进行比较,通过两个算例的计算结果说明拉格朗日有限差分方法的计算精度与有限元软件差别不大,双剪统一弹塑性有限差分方法能够运用到金属结构的数值分析研究中来,并且双剪统一强度理论可以适用于抗剪强度与抗拉强度之比为0.500和0.667之间的金属材料,使其在金属结构数值分析中的应用范围更加广泛。     

中间主应力对金属悬臂梁承载力的影响

基于双剪统一强度理论使用显式有限差分方法对矩形截面金属悬臂梁承载力的中间主应力影响进行了计算分析。通过分析发现,极限状态下悬臂梁的塑性应变的分布非规则圆扇形,而是接近对称三角形分布。中间主应力对悬臂梁承载能力的影响与梁的厚度有关。平面应力情况的悬臂梁比平面应变的中间主应力影响要低,平面应变情况下中间主应力对金属悬臂梁极限承载力的影响与梁的长度无关,平面应力情况下中间主应力影响随梁长度的增加呈先增大后减小而后趋于恒定的趋势。     

填石路基动力夯实离散元数值分析

本文意在使用数值计算方法分析填石路基动力夯实效果及施工设备参数优化问题。以液压夯实技术为例,基于碎石土孔隙率的变化使用二维颗粒流离散元方法对填石路基动力夯实问题进行计算分析。基于夯击前后填石材料孔隙率的改变,讨论了不同夯锤重量、不同夯锤下落高度及不同夯锤提升时间3种情况下路基的动力夯实效果及动力夯击的有效影响深度。由计算结果的对比分析可知,增大夯锤重量和提高落锤高度均可有效增强动力夯实效果及增大夯击的影响深度;增大提锤时间只能小幅提升填石路基的动力夯实效果,而对动力夯击的有效影响深度影响不大。液压夯实技术适合选用改变锤重方案来增强动力夯实效果以及增大夯击的影响深度。     

公路边坡稳定性极限分析

运用弹塑性理论中的极限分析法推导出了土质边坡极限承载力公式,并结合算例计算出顶部承受均布荷载的土质边坡的极限荷载上下限,计算结果表明,边坡极限荷载下限数值过小,对实际运用意义不大。     

等效线性及非线性方法的土坝地震反应分析

为对比分析等效线性及非线性方法的土坝地震反应计算结果,采用有限元程序QUAKE及有限差分程序FLAC,基于Rayleigh阻尼模型对砂土地基上的均质粘性土坝进行地震反应分析,验证了两种程序计算结果的一致性。并在此基础上,加载El Centro地震加速度水平分量,采用有限元法的等效线性化模型及有限差分法的完全非线性模型计算土坝坝顶的地震反应时程。结果表明,等效线性化方法计算出的地震峰值反应加速度低于完全非线性方法,而完全非线性方法计算出的地震反应加速度滞后于等效线性化方法,明确了考虑及忽略土体动力非线性在土坝动力反应过程中产生的差异。     

双剪统一边界面塑性本构模型的有限差分算法及其数值验证

双剪统一边界面塑性本构模型(BUST模型)能反映低偏应力水平下岩土材料的塑性应变累积行为,这不同于经典双剪统一弹塑性本构模型。为了将BUST模型应用于滑坡或边坡的静、动力响应分析,构建并编译了BUST模型的有限差分算法,且通过数值模拟分析验证了该算法的可靠性。首先,推导BUST模型在一般应力空间和主应力空间的有限差分计算格式,给出了边界面、加载面、映射变量、塑性乘子、塑性修正、角点奇异性处理等的具体数学形式;其次,编写BUST模型的C++程序,并在FLAC^3D软件平台开展一系列数值计算,比较BUST模型与双剪统一弹塑性本构模型结果差异性,预测软岩三轴剪切应力–应变关系,模拟黄土–泥岩边坡坡体内部加速度响应。结果表明所构建的双剪统一边界面塑性本构模型有限差分算法计算结果可靠,可用于分析边坡或滑坡的静、动力响应。     

山区残积土动力特性及地震稳定性分析

以甘肃省舟曲县立节镇北山滑坡为工程实例,取滑坡体残积土为研究对象开展了一系列室内试验,分析了不同动力变形情况下固结围压和干密度两种因素对滑坡土动力学参数(动剪切模量和阻尼比)的影响规律。在试验研究基础上,进一步借助Hardin-Drnevich骨干曲线理论模型分析了滑坡残积土的动力学特性。结果表明：干密度和固结围压均会对动剪切模量和阻尼比产生较大影响;将参考剪应变作为评价指标来表征及评价土体的动力学行为,土体的参考剪应变越小动剪切模量衰减越快,同时阻尼比增长也越快,即土体在受到动荷载作用时稳定性就越差。最后使用显式有限元及大变形计算方法分析了地震条件下不同动力特性土体滑坡的稳定性及破坏过程。     

基于正交试验设计的透水混凝土关键性能研究

通过正交试验,研究了孔隙率、水胶比以及硅灰掺量对透水混凝土抗压强度、抗弯拉强度、透水系数的影响.试验结果表明,孔隙率和硅灰掺量对透水混凝土的力学性能影响显著,水胶比影响较小.随着孔隙率的提高,透水混凝土的抗压强度和抗弯拉强度均显著降低,透水系数显著提高;随着硅灰掺量的增加,抗压强度和抗弯拉强度有升高趋势,透水系数降低不显著.随抗压强度的增加,透水系数有下降趋势,抗弯拉强度有增加趋势,折压比(ff/fc)在0.10 ～0.14之间.最后,通过多元线性回归,建立了不同因素对透水混凝土抗压、抗弯拉强度和渗透系数的数学表达式,通过权重评价不同因素的影响规律.