空心圆柱仪主应力轴旋转试验副效应研究及对策

详细分析了采用空心圆柱仪进行主应力轴旋转试验遇到的若干问题,主要包括三个方面：空心圆柱试样制备及各向同性试样的获得;试验中尺寸效应、端部效应的考虑与消除;空心试样膜嵌入效应对排水、不排水试验结果的影响等.在系统研究的基础上提出了相应的解决方法,为合理试验成果的取得与修正提出了有益建议.     

波浪荷载作用下频率对饱和珊瑚砂动力特性影响研究

选用南海某岛礁珊瑚砂作为研究对象,利用HCA空心圆柱扭剪仪,进行一系列模拟不同频率波浪荷载的循环扭剪试验,较以往试验考虑了中主应力系数变化,使应变分布更加均匀。研究了波浪荷载的振动频率对饱和珊瑚砂竖向应变累积和孔隙水压力发展规律的影响。试验结果表明,模拟波浪荷载广义"圆形"应力路径会产生竖向塑性变形累积,且当初始平均有效固结压力和偏应力比等试验条件相同时,随着频率的升高,塑性变形累积作用加强,在低振动频率(f=0. 100~0. 175 Hz)下,珊瑚砂孔隙水压力呈"快速增长平稳增长下降"的增长模式;当振动频率为0. 200 Hz时珊瑚砂孔隙水压力呈"快速增长平稳增长"的特殊增长模式;珊瑚砂峰值孔隙水压力均较低,在相同条件下远低于普通硅砂。在研究振动频率范围内,珊瑚砂峰值孔隙水压力和峰值振次均随振动频率增加基本呈线性增加。     

一种正常固结土的主应力轴旋转试验

空心圆柱扭转三轴试验 ,通过改变试样侧压力 ,轴向压力以及对试样顶面施加水平扭矩 ,可以使试样在受力过程中主应力的大小和方向都发生变化。这种试验也可简称为主应力轴旋转试验。笔者曾利用引进的一台空心园柱扭转三轴仪进行了一批这种类型的试验 ,得到一些初步结果。     

中主应力系数及应力路径对砂土剪切特性影响的真三轴试验研究

针对福建标准砂,进行了系列真三轴排水剪切试验,重点探讨了应力路径、中主应力系数对砂土应力-应变关系、广义剪应力比-应变关系及抗剪强度指标的影响,并利用试验实测的三轴拉伸和压缩条件下的内摩擦角及不同中应力系数条件下的强度实测值,验证了岩土材料非线性统一强度模型在π平面上的强度包线。试验结果表明,应力路径完全相同的情况下,砂土的抗剪强度q和广义剪应力比q/p随中主应力系数的增大而减小,强度指标?随中主应力系数的增大而增加;中主应力系数越大,砂土的剪胀特性越明显;不同应力路径对砂土应力-应变关系影响很大,但对应力比-应变关系及抗剪强度指标?的影响相对较小;岩土材料非线性统一强度模型能够很好地描述砂土的非线性强度特性。     

颗粒材料定向剪切特性的空心圆柱离散元模拟

基于PFC3D离散元模拟平台构建空心圆柱型数值模型,研究了固定主应力方向条件下颗粒材料数值试样的定向剪切宏细观力学响应,重点分析了大主应力方向角对试样单调剪切特性的影响。数值建模中,采用"分离式簇墙"技术近似模拟室内试验橡皮膜的柔性边界效应,开发了顶部扭矩层颗粒旋转速度的"动态更新法"并较好地实现了剪应力的施加。结果表明,离散元数值模型能够较好地还原室内空心圆柱砂样定向剪切试验的应力路径和应力—应变响应;大主应力方向角α的变化显著影响数值试样的剪切强度,α=60°试样的峰值内摩擦角最低,且数值模拟得到的规律与已有的实际砂土室内试验规律相一致;数值试样剪切带的宏观演化在细观上可由试样内部局部孔隙比和配位数的变化规律来表征。     

压-剪复合应力下非球形颗粒材料空心圆柱剪切试验的离散元模拟

采用离散元模拟平台PFC3D构建空心圆柱型数值试样,分析了压-剪复合应力条件下非球形颗粒材料数值试样的宏细观力学响应,重点探讨了颗粒形状和围压对数值试样初始变形模量、抗剪强度、剪切带倾角和组构各向异性演化的影响。结果表明:在保持大主应力方向角α=30°不变的单调剪切条件下,数值试样的初始变形模量能够反映实际砂土的压硬性规律,也即初始变形模量随着围压的增大而增大。数值试样的峰值内摩擦角随着颗粒长短轴比Se的增大而增大,且随着围压的增大而减小。数值试样的剪切带倾角在16°～25°范围内,且随着Se的增大,剪切带倾角越大。无论接触法向初始各向异性分布如何,随着剪切荷载的施加,接触法向各向异性的主方向均逐渐接近大主应力方向,也即试样发现明显的应力诱发各向异性,且在低围压下这一规律更为显著。     

亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究

采用大涡模拟数值方法对亚临界雷诺数Re=3000下波浪型圆柱的绕流现象进行研究分析。研究结果表明,波浪型圆柱的三维尾迹涡结构能得到很好的控制,它在轴向方向呈现周期性正负涡的交替分布特性。随着幅值的增大,波浪型圆柱表面的自由剪切层得以延展,使得旋涡的脱落发生在波浪型圆柱下游较远处,从而达到减阻的目的。波浪型圆柱与普通直圆柱相比,其幅值对平均阻力系数及脉动升力系数的减少及尾迹控制有着更重要的影响,最大减阻可达16%。     

应力～应变式K_0固结三轴仪的研制及试验研究

本文所研制的应力～应变式K_0固结三轴仪。通过与普通三轴仪的比较试验、K_0固结试验,K_0固结三轴仪剪切试验、K_0固结弹模试验证明该仪器结构简单、操作方便、性能可靠。     

不同冲击频率与中主应力下细砂力学响应研究

使用SPAX-2000改进型真三轴试验系统对饱和细砂进行循环冲击动力固结试验,研究不同固结条件、不同冲击荷载作用频率与不同中主应力作用下细砂应力-应变关系等力学响应;并结合三轴剪切试验,分析对比了不同条件下冲击荷载作用后试样强度的变化特征。试验结果表明：中主应力增大,试样在冲击荷载的作用下更容易趋于密实,抗剪强度得到较大的提高;频率降低,在中主应力较小时动力固结后试样抗剪强度有明显的提高,而在中主应力较大时试样抗剪强度没有太大变化;表明了中主应力和冲击荷载频率是影响试样动力固结效果的重要因素。     

水流作用下圆柱周围床面切应力分布的三维数值模拟

该文基于计算流体动力学开源程序OpenFOAM建立三维水流数学模型,模拟圆柱周围的水流运动,分析圆柱迎流侧和背流侧流速剖面分布,通过与物理模型试验结果对比,表明所建立的模型能够较好地描述圆柱周围的水流运动。并在此基础上,分析对比了不同床面切应力计算方法模拟得到的圆柱周围床面切应力放大系数分布,获得了较为准确的计算方法。     

动主应力轴连续旋转下砂土的动强度

本文介绍用双向振动的动力扭剪仪模拟海洋波浪的中载形式，通过系统试验和对动主应力轴旋转和常规动扭剪试验结果的对比表明，考虑动主应力轴旋转，砂土的动强度将降低１５％左右。