考虑颗粒破碎的砂土高应力一维压缩特性颗粒流模拟

以Toyoura砂室内高应力一维压缩试验结果为基础,利用二维颗粒流方法中的接触黏结模型生成簇颗粒单元来模拟实际砂土的颗粒破碎特性。高应力一维压缩数值试验中,数值试样由887个簇颗粒单元组成。数值试验与室内试验结果对比表明:数值试验得到的压缩曲线形状及颗粒破碎屈服应力大小均与Toyoura砂室内试验结果一致,说明数值试验能够较好地再现实际砂土在高应力一维压缩条件下的颗粒破碎特性。与室内试验相比,利用数值试验不仅能得到宏观的颗粒破碎现象,而且还能通过分析内部接触力的变化和对黏结破裂位置的追踪来研究颗粒破碎的细观演化规律,从而可进一步探讨颗粒破碎的细观力学机制。最后,就细观参数、加荷速率、簇颗粒数量及试样平均粒径等因素变化对数值试验结果的影响进行了分析。     

沙壤土直剪试验的离散元数值模拟

基于离散元法,用不同尺寸的球体代表土壤颗粒,添加平行粘连模型模拟颗粒间的相互作用,对沙土直剪试验进行数值研究;为了校正和验证数值模型和输入参数,将剪切结果与标准直剪试验所得的抗剪强度进行对比,结论表明离散元数值模型的仿真结果和试验能够很好吻合;还详细讨论了剪切过程中土壤颗粒的运动情况,以及剪切盒形状、剪切速度、法向载荷对剪切曲线和颗粒料床孔隙率的影响。     

上海黏土一维压缩特性的试验研究

虽然上海黏土的压缩特性已得到了广泛研究,但是关于上海黏土的压缩特性特别是其长期压缩特性与国际上其他天然黏土的比较相对较少。采用取自上海浦西某基坑不同深度的原状土样进行一系列常规及长达70 d的长期一维压缩试验。主要目的是为了研究上海黏土的压缩特性尤其是其次压缩特性,并与国际上其他典型黏土进行比较。试验结果表明：上海黏土的压缩指数C_c相对较小,分布在0.43～0.50的范围之内。研究发现固结压力小于或接近前期固结压力时,次压缩系数C_??基本不变,然而当固结压力大于前期固结压力时,次压缩系数C_??随时间急剧减小。与其他典型黏土相比,上海黏土的C_??/C_c值略大于无机质黏土及粉土的下限值。按照Mesri (1973)提出的以次压缩系数为基础的土体划分标准,可以将上海黏土划分为低至中等次压缩性土体。     

考虑颗粒破碎的粗粒料数值试验研究

粗粒料在外力作用下易发生颗粒破碎,对其力学性质有较大影响。为了从细观层面上分析颗粒破碎影响粗粒料力学特性的机理、研究影响颗粒破碎的因素,在二维颗粒流软件(PFC2D)中引入"簇颗粒"模拟颗粒破碎,对古水筑坝料进行一系列物理试验与数值试验对比,发现数值模型能较好地体现颗粒破碎特性。在轴向应力达到屈服应力后,颗粒破碎逐渐开始发生,之后破碎速度持续增长,颗粒间接触力的改变是导致颗粒破碎的主要原因。试验围压、颗粒形状、细观参数等均对颗粒破碎有一定影响。     

粗粒土大型直剪试验的二维离散元模拟

通过一组强风化玄武岩粗粒土的室内大型直剪试验,获取其强度、变形等宏观参数。并基于颗粒离散元软件PFC2D,采用圆盘模拟土颗粒建立了考虑级配的二维直剪模型,结果表明：黏结半径因子为0．39时,剪应力一剪位移模拟值与试验值相符较好,垂直位移一剪位移模拟值与试验值之间存在一定的偏差;通过参数校正发现圆盘间摩擦系数随着垂直压力增加而增大,其值介于0．15—0．60;剪切过程造成了接触压力的偏转和集中,剪切缝附近圆盘呈不规则的涡状细观运动。     

非饱和土一维压缩试验及变形规律探讨

为研究非饱和土在侧限条件下的变形规律,进行了控制初始干密度和基质吸力的一维压缩试验,提出切线压缩系数和切线体积压缩系数的概念,发现切线压缩系数和切线体积压缩系数均随净竖向压力的增大呈指数衰减规律,建立了描述孔隙比–净竖向压力关系和竖向应变–净竖向压力关系的经验模型,结合国内外文献中的试验数据对模型的合理性及其对不同类别非饱和土的适用性进行了验证。提出的模型可用于计算任意压力间隔内非饱和土的平均压缩性指标,计算非饱和土由于浸水产生的一维湿化变形,还可用于描述非饱和土随基质吸力增大的一维收缩变形规律。     

一种基于离散元的模拟颗粒破碎方法

为模拟颗粒破碎对散体材料应力–应变特性产生的显著影响,提出了一种改进的基于离散元的模拟颗粒破碎的方法。首先将颗粒复杂的受力状态简化成颗粒球心附近的最大拉应力并假定颗粒破碎服从最大拉应力准则。当颗粒满足破碎条件时,将破碎颗粒的直径缩小。当由缩小颗粒直径导致的质量损失达到某一规定值时,向样本内的孔隙插入新颗粒。为模拟破碎产生碎片的颗粒级配,新生成的颗粒尺寸服从分形分布,同时,为考虑颗粒强度的变异性和尺寸效应,未破碎颗粒、已破碎颗粒和破碎产生的碎片的抗拉强度均服从Weibull分布。该方法满足质量守恒条件,且适用于能在超级计算机上并行运行的开源离散元软件。采用本文方法模拟了一维压缩和直剪试验并与室内试验结果进行对比,结果表明本文方法模拟颗粒破碎是可行的。     

土的压缩(固结)试验的对比研究

文中对常规固结试验和快速固结试验两种试验方法通过对比试验进行了比较,并对试验结果进行了分析.     

扰动土样粉砂的压缩试验的探讨

固结(压缩)试验是使试样在侧向不变形的条件下,受竖向力的作用,量测试样轴向变形速率和在每级荷载作用下的最终压缩量。土工试验是岩土工程勘察的重要工作内容,在土工试验室进行测试工作,可以取得土和岩石的物理力学性质指标,以供设计计算时使用。研究土工试验中扰动粉砂压缩试验注意的问题和土工实验成果的综合分析有十分重要的意义。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态研究

粗粒土的临界状态是构建本构模型的重要工具,目前考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态并不明确。通过大型三轴CD试验,研究了粗粒土在临界状态时的颗粒破碎规律和应力变形特性,探讨了颗粒破碎对粗粒土临界状态应力比和临界状态方程参数的影响。主要结论如下:①粗粒土的临界状态应力比M_c并不是定值,而是与围压之间呈现出非线性的关系;②初始孔隙比对于临界状态应力比M_c的影响则可以忽略;③初始级配相同,围压和初始孔隙比不同的粗粒土,其临界状态在e–(p/p_a)~ξ平面可以用同一条直线来描述,且直线的参数是与初始孔隙比和围压无关的常数。     

粗粒料颗粒破碎模型研究

结合三轴试验资料,对粗粒料在不同围压和应力水平下颗粒破碎进行了研究,结果表明,相对颗粒破碎率与围压的关系可以用反双曲函数拟合;一定围压下,相对颗粒破碎率随应力水平的增长呈非线性的指数关系.在试验分析基础上,借鉴湿化变形理论,认为处于某一应力状态下的粗粒料的破碎分别由球应力和偏应力两部分引起,偏应力部分从应力水平的角度加以研究,建立了适合于粗粒料颗粒破碎率的计算模型.探讨了粗粒料颗粒破碎模型参数与围压以及应力水平的关系,建议了相对破碎率计算经验公式,并结合有关试验结果拟合出了粗粒料的颗粒破碎模型参数.对比分析表明,拟合结果与试验成果吻合较好,说明了该模型的合理性.     

粗粒土路基的力学特性试验研究

以实际工程为依托,通过室内大型三轴试验研究了巨粒土的剪切特性.结果表明,水对巨粒土的剪切特性有重要影响;应力～应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要取决于围压的大小;粗粒土具有明显的剪胀和剪缩特性,抗剪强度随着应力水平变化,呈现出非线性特征.     

粗粒土路基工程性状试验研究

粗粒土在路基工程应用中优点众多,而目前对其工程性状的研究并不深入,无法有效指导工程施工。通过设计和开展室内试验,研究了粗粒土的击实曲线特征,以及不同粗粒含量情况下粗粒土最大干密度的变化规律,并深入分析了其根本机理,在此基础上,提出了相关的结论。同时,还提出了施工建议。     

隧道力学状态离散元模拟中的粒径效应

对于工程尺度的离散元隧道模型,颗粒尺寸是决定模型计算准确性以及效率的重要参数。引入隧道直径与平均粒径之比(特征长度比Ra=D/D₅₀)度量颗粒的相对尺寸,研究不同工况下相对粒径对离散元模型中应力、位移以及胶结破坏的影响。通过离散元结果与解析解对比和胶结破坏率分析,给出可获得高精度模拟结果的特征长度比范围。结果表明:无胶结破坏时,离散元径向应力误差略大于环向应力误差;相比于等压情况,不等压情况下平均位移误差将增大,当R_a>35,离散元应力、位移与解析解误差将收敛至10%以内;发生胶结破坏时,破坏域范围达到稳定;对测量圆大小的分析显示,当圆内颗粒数目大于150左右时可以有效减小相对粒径较大时的应力误差。     

压实系数对粗粒土剪切特性的影响

压实系数是控制填方体工程质量的重要指标,但目前关于压实系数对填料剪切特性的影响研究还不够深入。采集重庆江北机场扩建工程回填夯实的粗粒土制备不同压实系数的重塑试样,通过室内大型直剪试验,研究了粗粒土在不同压实系数下的剪切特性,结果表明:高法向应力,低压实系数时,粗粒土表现为应变硬化和剪缩现象;低法向应力,高压实系数时,则表现为应变软化和剪胀现象;粗粒土在剪切过程中表现出“结构性”和“摩擦性”,“结构性”发挥在先,“摩擦性”在后;压实系数对剪切强度有增大效应,但法向应力对这种增大效应有削弱作用;压实系数对粘聚力有增大效应,但对内摩擦角的影响不显著;剪切破坏面上遇到粗颗粒时所表现出的“饶石”、“穿石”、“夹石”现象会随粗颗粒的强度、尺寸以及法向应力等因素的变化而互相转换。     

粗粒土非线性强度切线参数的原理与确定

粗粒土的强度具有明显的非线性,本文在大型单剪仪的试验基础上分析了粗粒土非线性强度机理,认为强度非线性意味着强度参数的非线性,阐述了用切线参数描述强度非线性的原理,切线参数c_{σ、tanφσ都随法向应力σn变化。根据强度理论和数学原理提出了非线性强度的切线参数确定方法,针对某一法向应力的抗剪强度仍然可用线性库伦公式这一基本形式表达,而不用改变强度理论先前的运用原理。实例表明,切线参数的确定方法和非线性强度的计算不存在理论误差。虽然主要讨论粗粒土,但期望思路和方法可应用于具有强度非线性性质的其他土类。}     

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.     

堆石蠕变与颗粒破碎特性三轴试验

为分析堆石的蠕变规律和研究颗粒破碎与蠕变的关系,对某堆石料进行了不同应力水平和围压下的大型三轴排水蠕变试验.蠕变试验后通过筛分试验测量了堆石的颗粒破碎程度.结果表明堆石的蠕变变形与应力水平和围压有关;轴向蠕变和体积蠕变随应力水平的增大而增大,应力水平相同时则随围压增大而增大.堆石的应变-时间关系可用幂函数表示,轴向应变...