堤坝高聚物定向劈裂注浆试验与有限元模拟

利用自制的定向劈裂钻具,在土坝轴线方向布置若干定向劈裂孔,注入高聚物浆液,进行定向劈裂试验,结果显示:高聚物浆液能够沿预制裂缝扩散并劈裂土体,相互搭接形成2~3 cm厚的超薄防渗墙,墙体与周围土体结合紧密,形成复合防渗体系;采用黏结单元法对高聚物定向劈裂注浆进行数值模拟,计算得出的裂缝扩展长度和宽度与试验结果相近,为堤坝高聚物定向劈裂注浆方案的设计提出了一种有效方法。     

新疆某工程粗粒料颗粒破碎大型三轴试验数值模拟

以新疆某工程为研究背景,依据该工程的相关资料,应用三维颗粒流数值仿真技术对筑坝材料 在一定围压下的破碎情况进行模拟。将数值模拟结果与室内实验结果进行比对分析,发现模拟实验与 室内实验结果数据基本一致,说明应用三维颗粒流仿真技术可以很好的再现粗粒料的破碎特性。结果 表明:在荷载加载初期,轴向应变较小时颗粒破碎量较小,加载后期剪切带形成后,破碎颗粒增多,且由 剪切带处逐渐向两极扩展;破碎率与围压呈线性关系,随着围压的增加,颗粒破碎率有所提高;分析在加 载过程中,簇颗粒内异性黏结键变化得知颗粒破碎以剪切破坏为主。     

拉力型锚杆锚固体应力分布试验及数值模拟

锚杆锚固段界面剪应力分布规律是锚杆设计研究的重点,通过采用不同的锚固参数进行拉力型锚杆的拉拔试验,主要从灌浆体的配合比和锚固深度两方面研究了不同锚固参数下锚杆各界面剪应力分布情况,结果表明锚固系统各界面剪应力衰减过程包括沿杆体和垂直杆体两个正交方向的衰减,并非均匀分布。采用数值分析软件FLAC3D对影响拉力型锚杆锚固效果的参数进行数值分析,结果表明:在围岩体相同的情况下,灌浆体的弹性模量对锚固系统的锚固效果影响明显,增大灌浆体的弹性模量可以有效提高锚固系统的锚固效果;在围岩体相同的情况下,改变灌浆体的锚固长度对锚固系统锚固效果的影响不是很理想,锚杆的锚固承载力主要发生在锚杆的前端,采用增加锚固长度来提高锚固系统承载能力的方法是不可取的。     

鱼雷锚贯入土体过程数值分析

鱼雷锚主要应用于采用紧绷式锚泊系统的浮动式采油平台中。采用LS-DYNA软件针对质量为40 t的鱼雷锚以一定冲击速度贯入海床土体的过程进行了数值分析。主要考虑鱼雷锚长径比(L/D)、冲击速度、海床土体的c、φ等参数变化对鱼雷锚贯入过程影响。计算结果表明,鱼雷锚贯入海床土体的过程为快速过程,总历时极短(秒级),贯入过程可分为加速与减速两个阶段,其中减速阶段历时较长。贯入阻力随贯入深度增加而增大至峰值,当速度接近零时,贯入阻力出现陡降,最终贯入阻力(静阻力)与鱼雷锚重力平衡。随着冲击速度增加,贯入深度相应增大,且两者具有较好的线性关系。当冲击速度不变时,贯入深度随L/D增加而增大。海床土体强度参数c、φ的变化对鱼雷锚的贯入过程具有重要影响,随强度参数增加,贯入深度相应减小。更多还原     

新混凝土与碳化混凝土黏结抗折强度试验研究

新老混凝土黏结的黏结抗折强度试验研究表明,混凝土碳化后,混凝土强度增强,新老混凝土黏结抗折强度也增强。水泥净浆界面剂(CON1)、硅灰界面剂(CON2)、减水界面剂(CON3)、减缩界面剂(CON4)和膨胀界面剂(CON5)对新老混凝土黏结抗折强度的影响试验研究表明,养护龄期为28 d时,新老混凝土黏结抗折强度从大到小所用界面剂依次为CON1、CON5、CON4、CON3、CON2。     

粗粒料工程力学性质的细观模拟

以三维离散元颗粒流理论为基础,PFC3D_EV为工具,改进内置程序代码,对比粗粒料室内三轴固结排水试验结果,生成颗粒接触点数均匀、各向同性应力相同的三轴试验数值模型。引入clump颗粒提高了数值试样内部颗粒形状的复杂度,对比了不同围压下数值试验应力-应变曲线、变形曲线与室内试验的差异,并探讨了剪切带发展规律及颗粒形状对粗粒料强度、变形特性的影响。结果表明:颗粒形状是影响粗粒料工程力学特性的主要因素,提高试样内部颗粒形状的复杂性可获得与物理试验拟合较好的应力-应变曲线;数值模型暂无法实现颗粒破碎状态,造成大应变时剪胀偏大;位移场发展变化过程显示应变软化加速了剪切带的形成;高围压下剪切带明显,且围压越高厚度越薄。     

无黏结材料颗粒流模型的宏细观参数关系研究

基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结颗粒材料为例,采用4因素3水平正交试验方法设计了9类试样,并各自在3种侧压下进行双轴试验,以探求细观参数不同组合对介质宏观特性的影响,从而避免了控制变量法固定某些参数的局限,更加科学地分析了细观参量对宏观特性影响的敏感程度,并据此提出该类材料宏细观参数匹配的调整原则。最后利用人工神经网络实现了该类材料宏细观参数之间的互演计算,以供PFC模型在实际岩土工程计算时参考。     

水工沥青混凝土三轴试验的三维细观模拟

基于颗粒离散元理论,利用沥青混凝土三轴试验进行三维数值模拟,对水工沥青混凝土的细观性能研究具有重要意义。通过数值模拟发现:根据沥青混凝土的材料组成及特性,选择合适的材料单元间的接触本构模型以及合理的细观力学参数,使用颗粒流PFC3D软件可近似模拟沥青混凝土的室内三轴试验,并可再现试件剪切破坏的发展过程;数值模拟试验所得到的应力-应变曲线及体积应变-轴向应变曲线与室内三轴试验结果基本一致。     

基于颗粒流的基桩自平衡测试法数值模拟

为了揭示基桩自平衡测试法在加载过程中单桩的承载特性以及桩土相互作用规律,基于二维离散元软件PFC^2D模拟工程实践中基桩自平衡测试法的加载过程,分析单桩在受荷条件下的模拟试验。研究结果表明:①在加载初始阶段,桩侧阻力要优于桩端阻力发挥,但是桩端阻力也有一定的发挥,随着加载的进行,桩端阻力开始占据一定的作用;②在加载过程中,桩周土体孔隙率呈有规律的变化,具体表现为桩端一定范围内的土体孔隙率减小,且越靠近桩端,孔隙率变化越大,沿竖直方向变化趋势减小,桩侧土体孔隙率的变化则主要是荷载箱附近和上段桩上部一定范围内增大;③在加载过程中,随着荷载的增大,桩周土体颗粒之间的配位数,土体水平向应力、竖直向应力以及桩周土颗粒的位移均呈有规律的变化。研究结果可为自平衡测试法的理论研究提供参考。     

黄土颗粒流宏细观对应关系与参数标定方法研究

针对黄土颗粒流模型细观参数标定过程中试错法计算量大的现状,采用敏感性分析与回归分析相结合的方法,在分析了黄土细观因素与宏观力学响应对应关系和多因素非线性联合反演的基础上,快速确定了黄土的细观参数,并得出如下结论：黄土的抗剪强度■_c随半径乘子■的增大呈指数函数规律增大,随摩擦系数μ的增大呈线性增大,随法向黏结强度■_c的增大呈幂函数规律增大;内摩擦角φ′随摩擦系数μ的增大呈对数函数规律增大;黏聚力C随半径乘子■的增大呈线性增大,随法向黏结强度■_c的增大呈对数函数规律增大。数值试验与室内试验结果误差较小,证明了此方法在黄土细观参数标定中的可行性,为其他材料的细观力学参数标定提供了新思路,也为黄土地区滑坡、泥石流和融水降水侵蚀等地质灾害的颗粒流模拟分析提供了参数参考。     

纤维聚合物筋混凝土的粘结机理及锚固长度的计算方法

通过利用拉拔试验和梁式试验得到的纤维聚合物筋与混凝土粘结性能的试验结果，探讨了混凝土强度、锚固长度、纤维聚合物筋直径、混凝土浇筑深度对粘结性能的影响，比较了纤维聚合物筋混凝土与钢筋混凝土的粘结性能，分析了纤维聚合物筋与混凝土之间的应力传递机理。最后，提出了可用于指导设计的计算纤维聚合物筋锚固长度的公式。     

曝气池中气液两相流速度场分布的实验研究与数值模拟

气液两相流广泛存在于水利工程、废水处理等领域,其在气液装置中的流型流态及速度场分布可直接影响装置运行效能。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对圆柱形气液装置进行PIV实验,获得了准确的气液两相流气相速度场分布;在充分考虑湍流、曳力、升力、湍流分散力等作用下,采用欧拉-欧拉双流体模型和气泡群平衡模型对气液两相流流场进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行验证,所得结果误差控制在10%左右。结果表明,本文提出的模拟方法在气液两相流模拟中能够得到较准确的两相流动规律和速度场分布情况。     

上拔荷载作用下扩展基础的颗粒流数值模拟

对砂土地基上承受上拔荷载作用的扩展基础进行颗粒流数值模拟，并与物理模型试验结果进行了对比。应用PFC2D程序，用细观力学的方法研究上拔荷载作用下砂土的颗粒结构分布、颗粒速度的变化。通过对剪切带颗粒速度的考察，分析颗粒间的咬合摩擦和滑动摩擦，判定出土中滑裂破坏面的位置。数值模拟分析了上拔荷载-基础位移曲线。通过实验室模型试验和现场原型试验，测得土中滑裂破坏体为曲面锥台与圆柱的组合体，其破裂面与颗粒流数值模拟的结果符合良好，并分析了荷载-位移关系。细观力学数值模拟的土中滑裂破坏面和荷载-位移关系能反映物理实物试验的宏观力学特性。     

邻近斜坡沉桩挤土效应颗粒流数值模拟

邻近斜坡沉桩问题近年来在工程实践中经常遇到,由此引发的工程事故时有发生。由于沉桩边界条件的非轴对称特性,理论分析方法精确求解会遇到较多困难。本文采用离散单元法二维颗粒流程序(PFC2D),克服传统的连续介质力学模型的宏观连续性假设,研究沉桩过程中斜坡土体的挤土位移场变化规律。结果表明:随着桩体的不断沉入,斜坡挤土位移影响范围越来越大,斜坡土体的位移模式也不断发生变化;紧邻桩身以及靠近桩端范围内的土体,在桩体径向挤压以及桩侧摩擦的共同作用下,产生了向下的位移,而桩身一定距离以外的土体,受地表及倾斜自由边界的影响,表现为竖向隆起位移;当沉桩至斜坡底面以下深度时,后续沉桩对斜坡的挤土位移影响不大。     

土岩接触复杂地层中接触面力学性质研究

为了探讨在土、岩地层中隧道工程施工引起的塌方问题,以宝天高速公路隧道工程为例,通过室内常规土的物理力学性质指标测试,土、岩接触面直剪试验,研究了土、岩接触地层中接触面的力学性质,得到不同含水率、不同固结压力下土、岩接触面的抗剪强度参数。研究表明:①土、岩接触面中岩侧具有一定阻渗作用;②随着含水率的增大,土、岩接触面的粘聚强度减小,而摩擦强度变化较小。     

超高韧性水泥基复合材料与锈蚀钢筋的梁式黏结试验研究

采用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)能够有效提升水工结构构件的抗氯盐侵蚀能力。然而,在长期氯盐环境侵蚀作用下,结构内部钢筋仍然可能遭受一定程度锈蚀,进而可能影响钢筋与基体材料的黏结性能。本文通过梁式界面黏结试验,对比研究锈蚀对钢筋与UHTCC、混凝土间界面黏结性能的影响。试验结果表明,与混凝土对比试件不同,UHTCC试件均呈现出延性的拔出破坏模式,以及完整的黏结滑移全曲线。在试验的锈蚀范围内,UHTCC试件并未发生锈胀开裂,而且UHTCC中的钢筋锈蚀较混凝土中更为均匀。UHTCC试件的黏结强度随锈蚀率先增大后降低,在14%锈蚀范围内黏结强度基本没有下降,锈蚀率约16%时强度仅下降5%。在16%锈蚀范围内,UHTCC试件的黏结韧性下降仅为5%。     

循环加荷条件下饱和砂土液化细观数值模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(particle flow code in 2-dimension,PFC2D),通过对双轴数值试样施加循环等幅应变且控制加荷过程中试样体积(面积)不变的方法,模拟了循环加荷条件下饱和砂土的液化特性。在得到试样液化宏观力学响应的同时,分析了液化过程中内部平均接触数的变化规律。进一步研究了应变幅值、围压对数值试样液化特性的影响,并与室内试验规律进行了对比。结果表明,数值模拟能够定性地反映饱和砂土振动液化的一般规律,数值模拟得到的应变幅值、围压对试样抗液化强度的影响规律符合实际砂土室内试验规律。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋粘结破坏试验研究

为研究混杂纤维混凝土的力学特性,以纤维体积率和长径比为关键变量,采用单端中心拉拔试验方法,进行了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPHFRC)与带肋变形钢筋粘结破坏的试验研究,建立了粘结强度计算公式。试验结果表明:SPHFRC与变形钢筋之间的粘结强度与SPHFRC的强度正相关。相比于单掺钢纤维混凝土、单掺聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土,SPHFRC的极限粘结强度相应提高9.2%、20.8%和26.2%;混杂纤维不仅提高了钢筋周围混凝土的抗拉强度,同时提供了侧向约束,在钢筋混凝土粘结破坏的全过程路径中均发挥着有利作用。本文提出的SPHFRC与变形钢筋粘结强度计算公式明确清晰,适用性良好,为促进混杂纤维钢筋混凝土的应用提供有益的探索。具有互补性的混杂纤维,在正混杂效应下,可有效提高混凝土的综合力学性能。本研究可为相应技术规程提供理论支持与试验依据。     

考虑不同颗粒形状的PFC~(3D)砂土直剪试验模拟研究

针对纯圆形颗粒在模拟土工直剪试验中的缺陷,以砂土直剪试验为研究对象,基于PFC~(3D)颗粒流程序,以纯圆颗粒为基本形状进行二次开发,利用FISH语言编程,引入了由pebble构成的块体(clump)单元,建立了哑铃形和椭圆形两种不同颗粒形状的簇颗粒,对纯圆颗粒及簇颗粒进行直剪试验模拟对比,并分析了颗粒初始配位数与内摩擦角的关系以及不同颗粒试样的体积变化规律,从细观上描述了不同形状颗粒的空间活跃程度。结果表明:颗粒形状直接影响着数值模拟的精度,椭圆形颗粒的吻合度最高,哑铃形颗粒次之,圆形颗粒较差,椭圆形颗粒较纯圆颗粒的精度提高了7.05%;簇颗粒的初始配位数相比纯圆颗粒较大,其试样表现出较高的强度和稳定性;颗粒形状对试样体积变化有着显著影响;纯圆颗粒的空间活跃程度较为明显,簇颗粒则相对稳定。该研究可为土工试验模拟在颗粒选择及模拟方法上提供一定的参考。     

水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟

偏心环空流动的均匀性在固井工程中有重要影响。通过实验对三种不同配方的水泥浆进行流变性分析,得到适合水泥浆的最佳流变模式是赫切尔一巴尔克莱(H-B)模式。应用Fluent软件对外径0.24 m(9 1/2”),内径0.18 m(7”)的环空井筒内水泥浆流动进行了数值模拟,得到了偏心度、流速以及流体的流变参数对流动不均匀度的影响规律。模拟结果表明,偏心是引起环空流动不均匀的主要原因。随着偏心度的增加,流动均匀性降低;另外,提高流动速率以及降低流体的屈服应力、稠度系数和流性指数有利于环空流动的均匀性。