粒状体直剪试验的数值模拟与微观考察

 摘要　用离散单元法模拟了粒状体的直剪试验。基于数值模拟结果, 提出了修正剪胀试样与剪切盒内壁间的摩擦对剪切强度影响的方法, 估算了直剪试验试样的整体应变, 并探讨了剪切面上宏观应力2应变量与粒子的微观结构量之间的关系。     

改良粉煤灰的处理方法(日本专利 昭56—73662)

粉煤灰可以作为水泥的混合材和混凝土的掺合料。它可以增加混凝土的后期强度。因为在水泥中添加了粉煤灰以后,再用水混合,其和易性较好,可以减少需水量。本发明的目的是对粉煤灰进行改良,以扩大使用性能。用本发明的方法可以使粉煤灰颗粒表面多孔化,而且在粉煤灰颗粒表面上生成毛细状的托勃莫来石的针状结晶的粒状体,而且这些粒状体中混合着钙矾石结晶体。     

用于触探试验分析的粒状材料本构模型之展望

讨论了用于触探试验分析的粒状材料本构模型。利用二维离散元程序,对粒状材料触探试验进行数值模拟,研究了地基中的应力路径与应力场,然后基于土力学中的最新知识,分析总结出试验中粒状材料的主要力学特点。研究表明,在粒状材料的触探试验分析中,其本构模型应当包含4个主要特性:剪胀性、率相关性、颗粒破碎和非共轴性。     

对粒状高炉矿渣活性的评价

我国水泥工业现已广泛地利用粒状高炉矿渣作为矿渣硅酸盐水泥的混合材料和配制硅酸盐水泥的生料或用以生产无熟料水泥。本文仅对用粒状高炉矿渣作为非煅燒的活性组分来使用时的活性问题进行探讨,对用粒状高炉矿渣作为硅酸盐水泥生料的有关问题就不在这里讨論了。1956年,我国曾参照苏联标准(ΓOCT3476-52),制订了粒状高炉矿渣技术条件(技术     

球形粒状介质与钢板接触面力学特性的试验研究

 理想接触面力学特性的研究对其离散元数值模拟具有佐证材料和推动意义;运用自主研制的80 t大型三维接触面试验机对球形粒状介质与钢板形成的理想接触面三维单调、循环剪切力学特性进行分析和总结。试验结果表明理想接触面与实际粗粒土与结构接触面力学特性有较大不同。理想接触面亦产生明显的剪切体变,循环剪切时可分为可逆性和不可逆性两部分;不可逆性剪切体变主要由颗粒调整、孔隙减小所致;可逆性剪切体变主要由颗粒爬升、翻滚造成,受剪切路径影响明显;理想接触面剪切硬化现象不明显,切向应力–切向位移关系呈现明显非线性,曲线形式亦受剪切路径影响;接触面抗剪强度与法向应力关系符合莫尔–库仑准则,其摩擦角?i 约为20.2°,小于粒状介质本身内摩擦角;剪切路径对主应力比时程曲线形式影响明显,对主应力比峰值影响不大。     

粒状建筑物料热物性参数检测装置的实验研究

本文为了对粒状建筑物料的热物性参数进行有效测量,采用圆柱型一维径向导热模型对粒状建筑物料的热物性进行了计算研究,并制作了测量粒状建筑物料热物性参数的装置。应用该测量装置对石英砂的导热系数、热扩散系数和比热进行了测量计算,并取得了较好的测量结果。     

黄河积石峡水电站中孔塌滑体的UDEC数值模拟

采用UDEC软件对黄河积石峡水电站中孔部位的塌滑体进行数值模拟,通过对模拟结果的研究分析,确定塌滑体的破坏机制,为施工提供参考依据。     

土骨架的新概念与沿海软土及海洋土的结构

用土骨架的新概念,对沿海软土及海洋土的结构进行分析.对应我国《建筑地基基础设计规范》GB5007—2011,给出了粉土、粉质黏土、淤泥质土、淤泥、粘土、砂土的土骨架结构形式.结构形式有:粘粒网兜群骨架、粒状联接结构、粒状链结结构、粒状细链结结构、絮状链接结构、开放式粘土基质结构、致密式粘土基质结构、粒状接触结构.     

水玻璃—矿渣硅酸盐的试验研究

用水玻璃和磨细的粒状高炉矿渣配制快硬高强硅酸盐和混凝土,是苏联近年来研究成功的一种新建筑材料。我所自1961年6月份开始用重庆地区的矿渣和水玻璃,试制水玻璃—矿渣硅酸盐,并对影响强度的因素和有关物理力学性能进行了探索性的试验,现将初步研究结果介绍于后。一、试验用材料1.矿渣:重庆钢铁公司3~#高炉水淬粒状矿渣,灰黄色,颗粒松散,化学成分为:     

建筑物绕流的非稳态数值模拟研究

建筑物绕流是一种典型的钝体绕流形式,而钝体绕流通常具有非稳态流动特征,本文主要工作是对建筑物绕流的非稳态流场进行数值模拟研究。首先采用了RNG k-ε模型对方柱绕流进行非稳态数值模拟研究,通过与实验以及大涡模拟结果进行比较,发现RNG k-ε模型可以获得满意结果;接着又对一种典型的建筑物绕流形式进行数值模拟研究,分别采用了稳态和非稳态模拟方法,模拟结果表明了采用非稳态数值模拟方法可以获得与实验以及大涡模拟更为接近的结果。     

离散元模拟中颗粒材料剪切波速的剪切振动确定方法

砂土等颗粒材料的剪切波速是反映其工程性质的重要参数,离散元模拟中实现剪切波速实时测试对研究砂土材料力学性质变化的细观机理具有重要意义。本文基于软件 PFC^3D ,在试样模型中设置激发源和接收源,通过对激发源施加产生剪切振动的速度脉冲、在接收源监测扰动信号,实现了剪切波在颗粒材料中的传播模拟和信号监测,提出了利用激发和接收信号的互相关系数确定剪切波传播时间和评价剪切波传播质量的方法。系统分析了激发频率、激发幅值、激发源和接收源尺寸、阻尼等因素对剪切波速测定的影响,给出了合理的参数取值范围。研究结果得到了均匀颗粒试样理论解的验证。     

理想胶结砂土力学特性及剪切带形成的离散元分析

根据近期胶结铝棒接触力学特性的实测结果,提炼出用于模拟胶结砂土粒间胶结作用的胶结接触模型,并将该模型引入二维离散元商业软件PFC^2D。通过对不同胶结强度和不同围压下胶结砂土的平面应变双轴压缩试验的离散元模拟,分析了理想胶结砂土的宏观力学特性及其剪切带的形成规律。结果表明：相比同一孔隙比的无胶结试样,胶结试样具有更高的峰值强度、显著的应变软化和剪胀现象以及明显的剪切带,宏观力学特性与其胶结接触微观力学机理密切相关,模拟结果与已有室内试验结果具有规律上的一致性;由胶结试样内部的微观信息统计可知,胶结试样剪切带的形成一般在其峰值强度之后,且剪切带的形成是试样变形、胶结破坏、孔隙比、平均纯转动率和位移场等微观参量局部化的综合表现。     

Insight on bulk shear strength parameters of clay using discrete element approach incorporating physics-based interparticle force model

This paper aims to provide insight on factors affecting the bulk shear strength parameters of clay, i.e., the cohesion and internal friction as well as the effects of memory of preconsolidation pressure. A unique Discrete Element Method (DEM) model is built on platy particles with customized particle interaction force model. The particle interaction force model considers non-contact forces (such as the long-range electrostatic repulsion, short-range van der Waals attraction) as well as the direct contact force. The long-range electrostatic forces are calibrated by measurement with Atomic Force Microscope (AFM). Parameters for direct particle contacts of the regular DEM contact model, such as the contact stiffness and the friction coefficient, are calibrated by use of experimental consolidation and direct shear testing data. Computational simulations are conducted on digital clay specimen subjected to virtual direct shear tests. The predicted experimental responses of the digital specimens are consistent with typically observed in experiments including the shear stress-shear strain relationship, volumetric contraction and dilation, shear band formation, etc. From the stress–strain curves, the soil strength parameters are obtained with common experimental criteria. The DEM simulation results show that higher preconsolidation pressure drives more particles to overcome non-contact force into direct contacts and consequently bonding by van der Waals force. Consequently, the bulk cohesion of clay increases with increasing preconsolidation pressure. The results show that bulk cohesion strength is mainly attributed to the attractive interparticle force as well as the interlocking of platy particle, while the bulk internal friction angle is affected by the particle friction coefficient and particle fabric. Overall, the simulation results indicate the experimentally observed macroscopic shear strength parameters c and φ are linked to the microscope characteristics of soil particles and their mutual interactions. The results offer insight on the microscopic properties of particles on the bulk macroscopic strength behaviors. Besides, this work demonstrates a new strategy for simulation-based prediction of bulk soil strength parameters, by incorporating microscale characterization of the interparticle interactions and particle fabric into the particle-based DEM model.     

On reliability of inferring liquefied shear strengths from simple shear testing

A laboratory study was carried out to compare the behaviour of loose tailings under simple shear loading using a torsional shear hollow cylinder device (TSHC) and a direct simple shear (DSS) device, with a focus on shear strength at high strains. This work was carried out on tailings for which the critical state line (CSL) had already been defined, to enable the results to be examined in a critical state framework. The testing indicated that the shear strengths measured at high strains by the DSS apparatus were significantly higher than those measured by the TSHC under undrained simple shear loading conditions. The likely more uniform and ideal simple shear conditions developing within the TSHC, along with the better agreement of results obtained using this equipment with the expected behaviour based on the test initial states and tailings’ CSL suggest that for loose specimens the DSS may overestimate shear strength at high strains. This observation was confirmed by comparing the results of this study with other published data where both CSL and DSS test results were available. The important implications of this observation for the design and analysis of tailings storage facilities (TSFs) in the context of laboratory measurement of liquefied strengths are outlined.     

新型装配式中空剪力墙抗震性能研究

为检验一种新型装配式中空剪力墙的抗震性能,采用数值模拟的方法,建立了3种孔洞宽度不同的单片装配式中空剪力墙结构模型及一片装配式实心剪力墙结构模型,通过对比装配式中空剪力墙模型与实心剪力墙模型在低周往复荷载下的模拟试验结果,研究装配式中空剪力墙结构在地震作用下的抗震性能。研究结果表明,相比实心剪力墙,中空剪力墙滞回曲线的形状、饱满程度基本一致,具有较强的抗震性能;随着墙体孔洞宽度的增大,中空剪力墙的承载力与刚度下降,但下降幅度不大,这种中空剪力墙可以作为非加强层的装配式剪力墙使用。本研究对装配式剪力墙结构的发展具有一定的借鉴意义。     

基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟

为了有效模拟土石混合体室内大型三轴试验侧向柔性乳胶膜的力学行为,提出了一种可行的三轴试验侧向柔性薄膜边界的三维离散元模拟方法,即三维组合墙法。结合已开发的不规则块石及土石混合体三维离散元建模方法,建立了可考虑柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试样三维离散元模型。引入平行黏结模型以更好地模拟胶结土石混合体中颗粒间的胶结作用,通过开展大型三轴数值试验逐一全面地标定了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值模型的细观力学参数。分析了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值试样的变形破坏过程及特征,并与室内试验结果进行了对比。结果表明:所提出的三维柔性薄膜边界建模方法原理简单,参数较少,易于实现,且能节省计算资源;基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟能较好地再现土石混合体的应力–应变特征、无胶结土石混合体的鼓肚变形破坏特征、胶结土石混合体变形局部化的过程及其剪切带的细观结构特征。     

沥青混合料三轴剪切试验的离散元模拟研究

为了更好地评价和预估沥青混合料抗车辙能力,基于离散元方法,应用PFC2D软件对沥青混合料的三轴剪切试验进行离散元数值模拟,并将模拟结果与实验室试验结果进行了对比分析.结果表明,离散元模拟结果与实验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性;可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法.     

Residual shear strength of fatigue cracked slender web panels

A series of quasi-static and fatigue tests on short span, slender plate girders subjected to predominantly shear loading is described. The fatigue test results are presented in terms of the normalised load range versus the number of load cycles to failure, and compared with other available test data. A simple procedure for predicting the residual shear strength of a fatigue cracked web panel, based on an assumed equilibrium stress field, is developed and shows reasonable correlation with the test results.     

剪切变形对荷载—挠度分析的影响

利用自编的基于修正斜压场理论和割线刚度法的非线性截面分析程序,对多伦多大学所做的一系列集中加载简支梁进行了荷载-挠度曲线分析.将试验曲线与考虑剪切变形的计算曲线、不考虑剪切变形的计算曲线三者进行了对比分析.分析结果表明,对于剪跨比小于5的简支梁,在荷载-挠度分析中,不能忽略剪切变形对挠度的贡献;而对于剪跨比大于7的简支梁,剪切变形对荷载-挠度曲线的影响并不显著,可以忽略其作用而近似当作纯弯考虑.     

钢筋混凝土剪力墙板的剪切滞回性能试验研究

为提高低矮钢筋混凝土剪力墙板的数值模拟精度,完善混凝土在循环荷载作用下的剪切本构理论,进行6个钢筋混凝土剪力墙板的循环剪切试验,研究配筋率及钢筋角度对钢筋混凝土剪力墙板在循环剪切应力作用下滞回性能及累积耗能能力的影响,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、累积耗能能力等。试验结果表明：所有试件均发生剪切破坏模式。配筋率对钢筋混凝土剪力墙板的抗剪承载力有一定影响,对其变形能力影响不明显。钢筋角度对钢筋混凝土剪力墙板的滞回曲线有显著影响,分布钢筋与剪力墙剪切斜裂缝夹角越小,其滞回曲线越饱满,累积塑性剪切角、累积延性比、等效黏滞阻尼比及累积塑性耗能系数越大,但其初始剪切刚度反而越低。该文的试验结果可为完善混凝土的本构理论提供参考。