湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验,基于综合结构势的概念,建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中,得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性,表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系;固结围压越大,剪缩剪胀临界点的应力比越大,含水率越大,剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终,建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程,得到了与试验结果一致的变化曲线。     

考虑结构性影响的黄土隧道围岩力学响应分析

针对目前黄土隧道变形分析中未考虑围岩结构特性的现状,以平面应变试验为载体,研究了结 构性参数与强度参数、围压、含水率及剪应变之间的关联模型;运用ＦＬＡＣ3Ｄ数值软件建立实体隧道三维 模型,采用Ｆｉｓｈ语言程序编写,将结构性引入到隧道变形计算中,主要分析围岩土体结构变化对隧道变 形的影响。研究结果表明:土体结构性对隧道变形的影响规律,即考虑结构性影响时隧道沉降偏大,传 统研究结果偏不安全,需加以重视;提出了通过结构性参数变化规律确定围岩松动圈的思路,为结构性 的进一步工程应用提供参考。     

黄土湿载结构性本构模型的数值实现

在已提出的黄土湿载结构性本构模型的基础上,通过对天然黄土应力应变特性的数值模拟及数值模拟结果与黄土的试验结果对比,分析了结构性黄土的应力应变关系特征。研究结果表明:所提出的黄土湿载结构性本构模型在描述饱和重塑黄土的力学特性方面与修正剑桥模型具有相同的特性;模型仍然能够模拟具有不同含水率的重塑黄土的宏观力学反应;更重要是所建议的模型在模拟天然结构性黄土的力学特性方面,相对于剑桥模型及修正剑桥模型,具有明显的优势,更能对实验室所试验的天然结构性黄土的宏观力学特性给出准确的描述。通过黄土常规三轴实验室试测结果的对比分析,论证了所提出的黄土的湿载结构性本构模型的合理性和准确性。     

延安新区黄土结构性参数对无侧限抗压强度的影响规律

为研究高填方黄土的结构性在无侧限压缩状态下对其强度与变形特性的影响,以延安新区某高填方场地黄土为研究对象,开展不同试验条件下原状黄土与重塑黄土无侧限抗压强度试验,研究含水率与压实度对黄土结构性的变化规律及其力学特性的影响,并构建原状黄土和重塑黄土的初始结构参数与抗压强度关系的数学模型。结果表明：随着土样含水率的增大或压实度的减小,土体的应力-应变关系曲线由“陡峭”向“平缓”特征过渡,应力峰值减小且后移,结构性参数-应变关系曲线的峰值减小且前移;塑性指标可以作为影响初始结构性参数变化的临界值指标,含水率小于塑限值时,小应变会导致黄土结构性增强,反之则减弱;随着含水率的增大,初始结构性参数呈非线性减小,抗压强度呈线性减小;原状黄土结构性参数-应变关系曲线比相应的重塑黄土曲线分布“陡峭”,含水率增大对原状黄土初始结构性的削弱程度明显大于重塑黄土;初始结构性参数与抗压强度具有非线性关系,可较为精确地表征出原状黄土和重塑黄土基于抗压强度、饱和黄土抗压强度及初始结构性参数的双曲线函数模型。     

非饱和重塑与结构性黄土平面应变试验三维离散元模拟

黄土的宏观力学行为受其微观结构影响显著,为探究非饱和重塑与结构性黄土在平面应变条件下的宏微观力学性质,采用考虑粒间吸引力与化学胶结的非饱和结构性黄土胶结接触模型,开展了非饱和重塑与结构性黄土常含水率条件下的平面应变三维离散元模拟。分析了平面应变条件下不同有效围压对黄土宏观力学行为的影响,并探究其微观机理。模拟结果表明:有效围压对非饱和重塑黄土与结构性黄土应力应变响应影响存在较大差异。非饱和重塑黄土在较小有效围压时呈应变硬化,随有效围压的增大逐步过渡为应变软化,而结构性黄土在不同有效围压下均表现为应变软化,且围压越小,应变软化越显著。在微观尺度上,胶结达到轴向应变2％时开始持续破坏,对于结构性土的峰值应力影响显著;胶结同时会阻碍结构性土各向异性发展。     

考虑土体结构性的修正邓肯—张模型

探讨了结构性土体的应力-应变关系，将土体应力-应变关系分为应变软化型和应变硬化型，并根据其力学性状将应力-应变关系分阶段讨论，其中硬化型应力-应变关系分为两个阶段，而软化型则分为三个阶段。同时，在邓肯—张模型的基础上，考虑了土的结构的损伤，引入损伤比的概念，对邓肯—张模型进行了修正。以几种土的试验结果为基础将本文模型及邓肯—张模型和软化模型进行了对比，结果表明本文模型能够更好地反映土的应力-应变关系。     

适用于强结构性黏土的修正邓肯-张模型研究

土体的力学特性受结构性影响十分显著,结构性越强,破坏后变形越大,对实际工程影响越显著。目前对结构性土的特殊工程性质已有广泛认识,但如何用数学方法准确描述其强度和变形间的关系仍是主要研究内容。对分布在云南昭通地区的强结构性黏土进行了试验研究,结果表明:其结构屈服应力高达800 kPa,属于典型的强结构性土。根据常规三轴试验的应力-应变关系,将强结构性黏土的剪切变形划分为结构未破坏阶段、结构逐渐破坏阶段和结构完全破坏阶段;基于破坏过程,对传统邓肯-张模型进行修正,引入损伤比参数,建立适用于强结构性黏土的修正邓肯-张本构模型。对模型中的初始剪切模量、主应力差渐进值和剪切模量参数进行推导分析,各参数值与试验的土体剪切变形规律相符合;对已有结构性土的试验数据进行拟合分析,结果表明该修正模型可以较好地描述强结构性黏土的应力-应变特性规律。     

原状黄土抗剪强度参数定量化研究

通过对不同含水率原状黄土在不同龄期下的剪切试验和理论的结合,试图建立一个基于黄土物理性质来定量化说明黄土抗剪力学性质的框架,在考虑了含水率、干密度、孔隙比、龄期等情况下的土体抗剪荷载作用和宏观结构强度参数、微观结构强度参数之间的关系,发现含水率对宏观强度参数具有较大的灵敏性,而孔隙比和干密度对宏观结构强度参数具有较小的灵敏性.证明了基于结构性参数理论的宏观结构强度参数理论和微观结构强度参数理论研究土体结构性强度是适宜的.     

延安新区黄土压缩特性试验研究

为研究高填方体黄土在侧限压缩状态下的结构性变化及其变形特性,以延安新区某场地黄土为研究对象,开展原状、重塑黄土的高压固结试验,研究不同试验条件下原状、重塑黄土的压缩特性及结构性变化规律,探明黄土的初始结构性、结构屈服压力与压缩指数之间的关系,考虑黄土结构性参数建立了修正的黄土一维压缩模型,并结合试验结果进行了验证。试验结果表明：增减湿和压实度的变化直接影响黄土的初始结构性和压缩特性,含水率的增大导致结构屈服压力和初始结构性的减小及压缩指数的增大,初始结构性参数与结构屈服压力及压缩指数均呈线性变化关系;重塑黄土的压缩变形随压实度的增大而减小,压缩指数随结构屈服压力和初始结构性的增大而减小;在同一含水率下,原状黄土的初始结构性参数明显大于重塑黄土;在增湿作用下原状黄土初始结构性的削弱程度远大于重塑黄土的削弱程度;采用结构屈服压力和压缩指标表征了原状黄土和重塑黄土之间的初始结构性参数关系函数,计算模型显示,随着压实度的增大,含水率的变化对黄土压缩指数和初始结构性的影响逐渐减小,而对结构屈服压力的影响仍较为显著。     

干湿循环作用下原状黄土宏-微观参数关系研究

为探明不同干湿循环条件对原状Q₂黄土宏观力学性能与微观结构的影响,明确宏观力学参数与微观结构参数的定量关系,开展了干湿循环试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验,分析了干湿循环过程中原状黄土宏观强度和微观结构的变化规律,基于综合结构势思想,利用宏观力学参数定义了原状黄土可变性参数表达式,推导了用以描述黄土微观孔隙结构特征的孔隙特征参数,建立了原状黄土宏-微观参数关系表达式。结果表明：干湿循环作用下,原状黄土孔隙面积比和分形维数呈增长趋势,黄土峰值偏应力和黏聚力持续减小,干湿循环幅度越大,下限含水率越高,黄土孔隙结构的扩张和宏观强度的衰减越快,但内摩擦角变化不大;原状黄土的可变性可用宏观峰值偏应力与土体黏聚力的比值表征,即可变性参数,随着干湿循环次数的增加,原状黄土可变性参数整体呈非单调增长趋势变化;原状黄土的微观孔隙结构特征可用孔隙面积比和孔隙分形维数的乘积表征,即孔隙特征参数,其与可变性参数的变化关系和三角函数接近;原状黄土峰值偏应力与孔隙特征参数的比值随黏聚力的变化规律服从指数函数关系,经验证,该函数关系可较为合理地描述原状黄土宏观和微观参数间的数量关系。     

黄土结构性分析及新认识

通过对黄土结构性及其对黄土力学特性影响的深入分析,认为黄土颗粒之间的力有联结力和摩擦力两种。联结力属于短程力,包括化学胶结力、土颗粒间的分子引力、薄膜水和毛细管水产生的吸力,这些力形成了黄土的联结结构强度。摩擦力属于远程力,是土体受力时土颗粒之间有相互错动、移位、重新排列的运动或趋势时才产生的阻止土体变形的力,包括颗粒之间的摩擦力和咬合力,这种力形成了黄土的摩擦结构强度。黄土的结构强度就是由联结结构强度和摩擦结构强度组成的。提出了黄土联结结构强度、摩擦结构强度、压密强度等的定量化概念。     

不均匀及不连续结构面抗剪强度模拟试验研究

在不同类型结构面与岩桥组合的大型剪切试验和不同比例岩桥与夹泥层组合的中型剪切试验基础上,对比分析了试验结果与常用的面积加权法计算值之间的关系,探讨了试验过程中应力、应变的变化规律和特征。结果表明,大型剪切试验值一般小于峰值面积加权计算值,而中型剪切试验的摩擦系数接近或小于计算值,粘聚力的试验值大于计算值,且岩桥位置不同对试验结果有一定影响。就剪切变形破坏特征而言,常常是前块首先变形,当变形达到一定量值后中块开始变形,然后是后块变形,直至破坏。当岩桥所占面积比例较小且剪应力较低时,夹泥层变形多大于岩桥变形;剪应力高或岩桥所占面积比例较大,则二者变形相近。岩桥剪切破坏面的特征与岩桥所占比例有关,岩桥所占面积比例较小的试件,岩桥在夹泥附近被直接剪断;岩桥所占面积比例较大的试件,岩桥破坏面为锯齿状,与剪应力方向形成约45°夹角。     

基于可靠度的非线性随机优化

针对约束函数被随机参数非线性表达的随机非线性优化问题,采用改进均值一次二阶矩法,研究基于元件可靠度或各失效模式可靠度的结构优化的数学模型,以及将随机优化问题化为确定性优化问题的方法.算例表明,本文方法得到的优化结果能满足所需的可靠度水平,具有实用和有效的特点.     

结构可靠度分析方法探讨

通过对结构可靠度的理论分析，系统地介绍了结构点可靠度和结构体系可靠度的计算方法，指出了各计算方法的优缺点，并提出了结构可靠度研究结合工程实际进一步完善计算方法的意见。     

关于重力坝坝内细部构造设计的几个问题

重力坝常采用横，纵缝将坝体分为柱状体施工。为此，横缝须设置止水，纵缝则待坝体冷却后灌浆，将柱状坝块连成整体。此外坝体内部还须设置坝面排水管以消除坝内渗透压力。关于坝内这些细部构造，设计规范仅有原则性要求，一般专业书列举不多，目前有些工程往往参照已建工程的设计图采用，常由于施工详图不祥易发生施工质量问题。根据丹江口重力坝设计经验，对接缝灌浆中的键槽，止浆片，灌浆管道，出浆盒，排气槽及排气管，基岩陡坡     

MatLab与Fortran混合编程实现结构优化和可靠性分析

为有效利用MatLab和现有Fortran有限元程序,采用MatLab与Fortran混合编程。通过MatLab程序接口,将MatLab与Fortran有限元程序成功连接实现平面桁架结构的静力分析;然后在MatLab环境下运用优化工具箱和统计工具箱编程实现了平面桁架的结构优化设计和可靠指标的计算。     

沙坪二级水电站厂房振动分析与结构优化

沙坪二级水电站机组为目前国内单机容量最大的灯泡贯流式机组,电站主变压器及GIS设备布置在厂房尾水平台上,厂房结构振动及振动对GIS设备运行的影响是设计关注的主要问题之一.文章在对结构振动特性分析的基础上,设计调整了厂房结构布置.振动计算分析表明,调整后的厂房结构各关键部位的振动响应均满足设计要求.     

随机荷载的结构响应与相干尺度

介绍了随机荷载作用下结构响应的统计特性，分析了随机过程相关系数和相干函数的关系，并提出用相干尺度来表征随机荷载，既考虑了结构的频率特性，又考虑了随机荷载的频率特性。     

控制型结构面几何参数对隧道围岩稳定性的控制效应——以郑万高铁向家湾隧道为例

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面特征、地下水和地应力等因素关系密切,其中控制性结构面的几何参数(间距和倾角)影响着隧道围岩的宏观完整性和开挖后的应力分布,进而控制着围岩塑性变形和结构面剪切滑移。为研究结构面几何参数对隧道围岩稳定性的控制效应,以郑万高铁向家湾隧道为例,在区域地质环境调查、隧道掌子面地质素描和岩石物理力学参数测定的基础上,使用UDEC离散元软件分析了不同几何参数结构面的隧道围岩变形破坏特征。研究表明隧道结构面间距和倾角对围岩变形破坏影响显著,当结构面间距＞1/10洞直径,倾角位于0°~30°范围内时,隧道施工过程中围岩稳定性相对较好。本研究对类似隧道安全施工具有实践指导意义。