橡胶砂泊松比试验研究EI北大核心CSCD

应用三轴试验方法,研究10种不同配比橡胶砂在4种围压下的泊松比变化规律,结果表明:(1)较低橡胶含量的橡胶砂泊松比变化规律与纯砂类似,由于剪胀效应的存在,泊松比出现大于0.5的情况,中等橡胶含量橡胶砂的泊松比随轴向应变或应力水平的增加而呈单调增加趋势,较高橡胶含量橡胶砂的泊松比呈先减小后增加的趋势;(2)橡胶砂初始泊松比随橡胶含量呈V型变化,先减小后增加,临界橡胶含量在35%~40%范围;(3)在破坏阶段橡胶砂泊松比趋于0.5;(4)围压对橡胶砂泊松比变化规律影响甚小。橡胶砂泊松比上述变化规律的主要力学机制是由于不同组分特征的橡胶颗粒与砂颗粒在混合物中形成不同的受力骨架。最后,提出橡胶砂泊松比随应力水平变化的经验估计式,与试验结果的对比证明其能反映橡胶砂泊松比的主要变化规律。     

考虑阻尼修正的Pyke滞回模型研究

阻尼比反映了土体滞回耗能的特性,是土的重要动力特性参数。土的滞回本构模型能同时真实反映土的动剪模量衰减和阻尼比非线性变化特性,是保证场地及土–结构体系动力响应分析精确度的关键。针对经典的Pyke滞回本构模型,基于文献实测的动剪模量曲线和阻尼比曲线,研究了其对土体阻尼比的预测精确度,发现Pyke模型在大应变幅值时将显著高估土的阻尼比。针对此缺陷,结合前人提出的基于阻尼的滞回曲线方程和Pyke模型加卸载准则,提出了考虑阻尼修正的D-Pyke滞回模型。该模型假设双曲线形滞回曲线的饱满程度由形状系数确定,而后者则由当前加载曲线的滞回应变幅值所对应的实测阻尼比确定。滞回曲线的应变幅值与应力幅值之间通过骨架曲线相互关联,而应力幅值则由Pyke所建议的加卸载准则确定。通过针对粉质黏土的循环单剪试验结果,验证了D-Pyke模型相比于Pyke模型能够更为合理地同时模拟土的非线性动剪模量和阻尼比特性。模型同时继承了Pyke模型能更好地模拟土的循环加载棘轮效应、加卸载准则简单的优点,可为随机动力荷载作用下土体响应问题分析提供合理的本构行为模拟。     

土工格栅加筋橡胶砂应力-应变特性试验

基于静三轴剪切试验,分析了5种配比（0%、10%、20%、30%、40%）、4种格栅布置方式（无筋、水平1层、水平2层、水平3层）、3种围压（50、100、200 kPa）下土工格栅加筋橡胶砂的应力-应变关系特性和模量衰减特性。结果表明：(1)土工格栅加筋使得橡胶砂应力-应变关系曲线明显升高,加筋后橡胶砂的硬化特性增强。(2)采用扩展邓肯-张模型进行拟合,随着橡胶颗粒含量的增加,橡胶砂初始模量降低,模量衰减程度可由衰减参数定量反映;模量曲线衰减程度随加筋工况“水平3层加筋、无筋、水平2层加筋、水平1层加筋”依次增大。(3)土工格栅加筋使得橡胶砂的参考应变增大、应力-应变模型指数减小,即模量归一化应力应变曲线非线性程度减弱,随着土工格栅加筋密度和配比的增大,土工格栅对橡胶砂应力应变特性的加筋效应更显著。     

废轮胎颗粒-砂混合物双轴压缩力学特性细观机理研究

轮胎颗粒-砂混合物(简称橡胶砂)是一种典型的二元散体混合材料,关于其细观变形机制的研究还很少。基于颗粒流理论和PFC^2D程序,建立橡胶砂的双轴压缩试验数值模型。通过与室内橡胶砂三轴CD剪切试验的对照,标定橡胶颗粒和砂颗粒细观参数。以砂的体积百分比为配比参数,分析不同配比橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线,基于对混合物试样颗粒旋转、力链结构和能量耗散规律的讨论,研究橡胶砂的细观变形机理。结果表明:1)橡胶砂的细观变形机制可归结为具有良好变形能力的橡胶颗粒对砂颗粒的粒间相对错动、翻滚等位移的延缓和抑制作用;2)当橡胶颗粒体积含量在30%~40%之间时,橡胶砂的强力链随着应变的增大而持续增大,其受荷-变形能力关系最为稳定,是橡胶砂的最佳配比。同时,本文对橡胶砂力学特性的参数敏感性研究表明,砂细观泊松比、细观剪切模量、颗粒摩擦系数对橡胶砂应力-应变特性的影响程度大小依次增大,但随着橡胶颗粒含量的增加,三个参数的影响程度均降低。     

地震波斜入射下层状TI饱和场地地震反应分析

滨海地区的天然土体在长期的风化和沉积作用下,其水平模量往往会大于其竖向模量,表现出明显的横观各向同性（TI）饱和特性,目前还很少有针对地震波斜入射下TI饱和场地动力响应问题的研究。将HaskellThomson传递矩阵方法拓展到层状TI饱和半空间,求解了直角坐标系下两相介质的Biot动力平衡方程及孔隙流体运动方程,建立了层状TI饱和半空间传递矩阵,并结合地表边界条件求解了地震波斜入射下层状TI饱和场地自由场的时域反应。该文验证了提出方法的正确性,进而以CNTEWGXE波（0.3 g）作为输入地震动,研究了土体TI性质及饱和特性对场地加速度时程及反应谱的影响。结果表明:层状TI饱和场地和各向同性饱和场地地表的动力响应存在一定差异,TI参数的改变使得场地对地震波产生不同的滤波和放大效应;场地的饱和特性对地表的动力响应有重要影响,饱和多孔介质固液耦合作用对地震波具有削弱作用;地震波斜入射时地表加速度时程及反应谱响应小于其垂直入射时的响应,且入射角度对qP1波入射时的场地影响更明显。     

移动荷载作用下TI饱和半空间动力响应分析

列车运行产生的周围地基振动对列车运行安全以及周边环境振动有着重要的影响，其实质是移动荷载产生的应力波在地基中的传播问题。基于Biot流体饱和多孔介质模型，给出了移动荷载作用下横观各向同性（transversely isotropic，简称TI）饱和半空间动力响应的求解方法。首先，将Biot方程转换到频率 波数域中，通过坐标变换将方程解耦为平面内部分和出平面部分；其次，通过势函数方法求解平面内和平面外波动方程；最后，将移动荷载代入，其解可表示为对频率和单一波数的双重Fourier积分。与已有文献的结果进行了比较，验证了方法的正确性。开展了数值计算分析，讨论了荷载移动速度和TI介质参数等对半空间动力响应的影响，研究结论为列车荷载诱发复杂场地的振动控制技术提供了一定的理论依据。     

入放料时筒仓仓壁压力分析及贮料分布模型研究

在煤炭生产过程中,通常会将2种以上的贮料先后装到同一个筒仓中,需要研究仓壁受力和煤炭颗粒在筒仓中的分布、堆积等问题。对仅有1个入料口和1个出料口的理想筒仓,考虑结拱效应,推导出仓内各点的动态压力分布计算公式。对多刮板多出料口筒仓,考虑偏心动力拱,筒仓壁同时受到径向力作用和轴向力作用,推导出沿仓壁环形分布的压力计算公式。引入0-1变量对入放料过程进行实时模拟,建立线性规划模型得到仓下混配最优方案,为实现高效准确的贮料入仓和混配装车提供参考。     

频率波数域内地壳层半空间剪切位错源宽频地震波传播模拟

剪切位错源地震波传播模拟是近断层地震动研究的理论基础，然而现有确定性方法在高频地震动求解和跨尺度计算中存在一定的不足。提出一种剪切位错源宽频地震波多尺度传播模拟的频率–波数域方法，能有效解决从高波速地壳尺度(公里级)到低波速岩土尺度(米级)成层半空间宽频(覆盖0.1～10 Hz的工程结构敏感频段)地震响应问题。利用Fourier-Hankel变换将柱坐标系下的三维波动方程由时间–空间域转换到频率–波数域内，并结合震源作用处的位移–应力间断条件，由修正刚度矩阵方法求得位错源引起的黏弹性层状半空间动力响应。首先与经典Haskell方法比较验证提出方法的正确性和精度，进而建立天津地区地壳结构中跨尺度场地模型，重点讨论震源频率和近地表软弱夹层对地震地面运动的影响。研究结果表明：(1)新方法在宽频地震动和含低波速细分土层的模拟中十分适用，能够清晰观测到位错源作用下地震波在层界面的反射、转换和透射等复杂传播过程及引起的地面运动特征；(2)软弱场地地面运动受震源频率影响明显，高频地震动作用使得地震辐射能量强度及范围增大，或将导致更为严重的地面破裂和结构破坏；(3)不同埋深和厚度的近地表软夹层对软弱场...     

管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明:整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。     

软硬交互横向不均匀场地地震反应分析

软硬交互横向不均匀场地十分常见,其在强震作用下的地震反应对工程结构的安全有着重要影响,然而目前还很少有针对该场地地震反应分析的研究。基于精确动力刚度矩阵和均布荷载动力格林函数的间接边界元方法,经快速傅里叶逆变换,在时域内求解了层状半空间中软硬交互横向不均匀场地的地震反应问题。求解中将模型分解为含较硬介质的层状半空间域和较软介质域,同时将总波场分解为自由波场和散射波场两部分,通过在相应边界上施加斜线和水平线虚拟均布荷载,进而求解动力格林函数以模拟散射波场,自由波场可由直接刚度法方便求得。验证了方法的正确性,检验了求解模型的收敛性,进而开展了相应的数值计算分析,着重讨论了介质参数和软硬交界面倾角对场地地震反应的影响。研究表明:软硬交互场地中,较大的地表地震动响应发生在较软介质侧;软硬交界面的存在使得场地地表加速度响应发生突变,突变程度受介质参数和交界面倾角的影响显著;随着介质参数差异和交界面倾角的增大,地表加速度峰值增大,反应谱曲线显示短周期成分变得更为丰富,对基岩地震动的放大作用增强;软硬交界面对场地地表地震反应的影响主要在交界面外的两倍介质层厚度范围。