超固结因素影响下桩柱结构地震响应

地震荷载作用下饱和地基的循环加载响应以及动力液化问题成为地震工程研究中的重要课题。为更好研究饱和地基在考虑超固结因素下的影响及其在循环加载下的演化规律, 在下负荷面剑桥模型理论框架下分别通过排水和非排水三轴压缩试验对循环加载下土体的加载响应进行数值模拟研究。在以上研究基础上, 基于ADINA81平台开发负荷面剑桥模型本构关系模块, 建立两相饱和地基下的桩-土耦合体系的动力非线性有限元数值模型, 对不同模型下桩柱结构的地震响应进行了数值模拟对比研究。研究发现在下负荷面剑桥模型下结构的动力响应数值模拟结果介于弹性模型与经典剑桥模型之间, 考虑超固结因素影响后, 地基表现出更好的抗液化特性与更高的承载能力, 能改善结构的动力响应与受力状况。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

用修正剑桥模型研究超固结土的变形特性

在原有的塑性体积应变状态量外,对修正剑桥模型的屈服函数引入描述超固结黏土变形和强度特性的状态量,以进一步改进修正的剑桥模型以应用于超固结土的变形特性研究.并给出该状态量的演化规则.通过对各种不同超固结比的三轴压缩和伸长剪切试验结果的验证表明,本文改进的三维修正剑桥模型能合理地反映不同超固结比黏土在三轴压缩和伸长条件下的变形及强度特性,同时,本文预测结果和中井子负荷面模型的预测结果基本一致.     

土体结构性研究现状分析

土体的结构性是指土体的物理力学效应。文章在明确土体结构性概念的基础上,将土体结构性的研究划分为初始分析、定性分析、单因素定量分析以及综合定量分析四个阶段;通过对这四个阶段研究内容的分析,总结出土体微观结构形态描述、土体结构性定量化描述以及土体结构性模型建立等三方面的研究成果;并指出了目前土体结构性研究中存在的问题,奠定深入研究土体结构性的基础。     

排水剪切下湿地湖泊相黏土结构性宏微观试验研究

为了探讨排水剪切条件下结构性对湿地湖泊相黏土力学特性的影响,对湿地湖泊相黏土原状样和重塑样进行三轴排水剪切试验,将试验后的原状样进行微观定性和定量分析,研究不同围压下结构性对土体剪切强度和变形特性的影响。结果表明:在土体结构屈服破坏前,结构性会提高原状土抗剪强度,减小剪切变形;当土体结构屈服破坏后,结构性会降低原状土抗剪强度,增大剪切变形。原状土的峰值结构强度随围压增大近似呈线性增加,而峰值结构体积应变随围压增大呈指数型趋势减小。在围压小于结构屈服应力时,剪切阶段由胶结联结和结构骨架承担荷载,孔隙压缩较小,颗粒和孔隙的形状和排列变化较小;当围压超过结构屈服应力后,在剪切阶段胶结联结和结构骨架逐渐破坏,孔隙受到压缩,颗粒和孔隙的形状趋向圆形,并向荷载优势方向调整排列。研究成果对于揭示湿地湖泊相黏土的结构破损机理及指导湖泊湿地地区的工程建设具有重要意义。     

一种基于土体率敏性的长期变形预测方法

土体长期变形的预测与控制是大量工程建设的关键性问题。常规方法是结合蠕变试验来预测土体变形,其存在耗时长、难以考虑复杂应力路径以及不便用于复杂有限元计算分析等缺点。考虑土体的率敏性特征,通过对饱和超固结土以及人工制备结构性土分别开展3种不同加载速率下的三轴剪切试验,获得了土体强度、变形以及率敏性指标,从而得到了基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型参数,并利用该模型成功预测了土体的率敏性和蠕变变形行为。结果表明:①结合土体率敏性试验来预测土体长期变形,仅较常规土三轴试验增加了几组不同加载速率的剪切试验,而不需增加额外的试验条件,试验效率高;②由土体率敏性试验确定的本构模型参数能正确预测土体的蠕变变形,试验结果与模型预测结果吻合良好;③基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型可用于复杂边值问题的有限元计算。结果表明提出的结合土体率敏性来预测土体长期变形的新方法将具有很好的工程应用价值。     

重塑黏性土及不同砂砾含量土体的起动试验研究

应用冲蚀函数测定仪开展了两种重塑黏土及其砂砾含量分别为20%、40%、60%条件下的起动试验,研究了黏聚力、干密度、砂砾粒径及掺量对土体起动应力的影响。试验结果表明:纯黏性土的起动应力与黏聚力呈线性关系,但两种黏土的斜率变化较大;两种黏性土的起动应力与干密度的关系可统一用指数型表达式确定;不同砂砾含量土体的起动应力与黏性土的黏聚力、砂砾粒径和掺量有关;砂砾粒径一定时,随着掺砂砾量的增加,混合体的起动应力呈先增加后降低的趋势,而砂砾含量一定时,起动应力随着砂砾粒径的增加而增加。最后,提出了重塑黏性土-砂砾混合土体的起动应力表达式。与试验结果的对照表明,该公式可较好地对黏性土-砂砾混合体的起动应力进行预测。     

结构性土模型及固液耦合弹塑性损伤动力分析

提出了结构性土的次塑性扰动状态模型和异步交叉迭代显式差分有限元解法，利用弹塑性损伤比奥动力固结有限元计算程序，对一简单饱和砂土地基进行了固液耦合的弹塑性损伤动力反应计算。     

两种重塑土样的结构性差异试验分析

结构性是土体的固有属性,对土体的物理力学和工程性质有强烈影响。天然黏土普遍具有结构性,重塑土样因为制样方法不同也具有不同程度的结构性。在结构性的试验研究中常常需要使用具有一定结构性的重塑土样。为了探讨制样方法对重塑土样结构性的影响,在实验室内制备了2种尺寸形状、土壤材料、干密度和含水率均相同,但饱和方法不同的重塑土样,并通过单轴压缩和加卸载试验分析和比较了2种土样在均匀性和结构性方面的差异。试验发现:未经真空抽气饱和的土样,其单轴压缩平行试验的重复性较好,土样的压缩曲线具有较明显的结构性特征;真空抽气饱和会对土样产生一定限度的随机扰动,使土样的均匀性变差、结构性变弱。     

结构性土的二元介质模型

本文在岩土破损力学的理论框架内,认为弹脆性元在破损以前的变形特性可以用理想的弹性材料描述,弹脆性元破损后转化成的弹塑性元的变形和破坏特性可以用修正的剑桥模型来描述,通过引入反映破损过程的结构参数(破损参数和应力比),建立了结构性土的二元介质模型。最后与人工制备结构性黏土的等向压缩试验和原状海积软土的三轴排水剪切试验进行对比,表明所建立的模型可以较好的描述结构性土的变形特性。     

大气作用下膨胀土边坡的动态响应数值模拟

采用热湿耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,通过考虑水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型,分析了在气候变化条件下,不同坡比和不同覆盖条件下非饱和膨胀土边坡的各种动态响应。计算结果表明,该模型能较好分析计算非饱和土表层的蒸发量及草皮对边坡土层含水率和变形的影响;采用分阶段变渗透系数的方法,能有效反映出降雨入渗和蒸发蒸腾过程中膨胀土所表现的不同渗透特性;而边坡的安全系数随气候变化而波动,降雨时边坡的稳定性比蒸发时低,蒸发可提高表层土体吸力,草皮覆盖亦有利于边坡的稳定性。     

层状土条件下混凝土衬砌渠道渗漏及土壤水分分布的数值模拟

基于我国西北干旱区石羊河流域复杂层状土条件下进行的混凝土衬砌渠道渗漏试验,建立了考虑混凝土衬砌层和层状渠床的饱和一非饱和有压土壤水入渗模型。采用HYDRUS-2D对渠道渗漏和土壤水分分布进行了数值模拟研究。模型模拟结果和实测渗漏量、实测渠道周边土壤含水率等吻合较好,表明该模型对于模拟复杂层状渠床情况下的渠道渗漏比较可靠。在此基础上,进一步模拟分析了渠道衬砌和土壤层状结构特性对渠道渗漏产生的影响,以及层状土和均质土在湿润峰行进方面的区别。结果表明渠道渗漏强度受渠道衬砌形式的影响最大,其次为渠床附近的弱渗透性土层,而层状渠床下强渗透性土层具有一定的减渗作用;均质土和层状土在渠道渗漏量相近情况下,土壤水分分布具有较大不同。     

分布式土壤风蚀模拟与应用

流域农业节水措施的大规模实施,直接影响到农田作物根系层含水率及其时空分布,而土壤水分是影响土壤风蚀的一个重要因子,农业节水是否会对流域土壤风蚀产生明显影响,已成为评估流域节水成效的重要指标.基于前期开发的分布式水资源分配与水循环模拟模型(WACM),本文开发土壤风蚀模拟功能,构建一个基于过程的、连续的、以日为时间尺度的...     

地震模拟振动台的数字仿真及其在龙江拱坝上的应用

通过对地震模拟振动台工作原理的模仿,用计算机技术实现了对地震模拟振动台的数字仿真。在这一“仿真模型”中,黏弹性边界被用来吸收外传的散射波,因此,计入了无限地基辐射阻尼的影响。利用该“仿真模型”计算了龙江拱坝的地震反应,计算结果表明:考虑无限地基辐射阻尼的影响,龙江拱坝的动拱梁应力与无质量地基模型比较均有较大幅度的降低,最大降幅约在40%~50%范围内,且导致正常蓄水位和死水位条件下,大坝静动综合的最大主拉、主压应力明显降低。     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

基于运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解,并通过实测资料对模型进行验证,结果表明计算值与实测值的相对误差最大不超过±17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。分析表明:百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞流作用。     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

本文采用一维运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行了数值求解,通过实测资料进行验证,计算值与实测值的相对误差最大不超过17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。通过分析表明：百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞后作用。     

土钉支护设计计算程序开发及应用

综合考虑土钉侧压力、土钉设计内力、土钉抗拔力及土钉墙稳定性等多方面因素,基于VB2005开发了土钉支护设计计算程序。对于土钉墙稳定性计算,分别评判原始边坡稳定性及支护后边坡稳定性,土钉抗拔力分布与所分土条数无关,考虑钉土相互作用后,最危险圆弧滑动面将有所变化,程序实现了支护后最危险圆弧滑动面的动态搜索。工程应用表明:程序涵盖了全面的土钉支护设计计算内容,计算完成的同时即可绘制图形,形象直观,操作简便,可应用于基坑和边坡工程。     

土壤中硝态氮迁移转化的数值模拟研究

为了揭示不同灌溉强度下土壤中硝态氮浓度的变化规律,选取常德市典型浅层土壤为研究对象,以动态土柱淋滤试验和静态反硝化试验为基础,运用HYDRUS-1D软件建立数值模型对不同灌溉强度下硝态氮浓度的变化进行模拟分析。结果表明:当灌溉强度大于4 cm/d时,灌溉强度超过土壤下渗能力,灌溉水按下渗能力下渗,多余的水会形成地面积水,进而形成地表径流,模拟10 d各组土壤中硝态氮的浓度差异不大;当灌溉强度小于等于4 cm/d时,灌溉水全部下渗到土壤中,模拟10 d后土壤中硝态氮的浓度随灌溉强度的增加而增大。