冲击荷载下饱和粘土孔压增长与消散规律

冲击荷载作用下,孔压的增长与消散规律是研究强夯法加固饱和软土地基的基础与理论支持,就此问题进行了冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长与消散规律的一维模型试验,试验中考虑了不同击数N和不同冲击能WH的影响,得出了一些有益的结果。     

冲击荷载作用下钢框架动力响应及损伤倒塌研究

冲击荷载作用下,多层钢框架的动力响应是一个复杂的非线性过程。运用ABAQUS/CAE建立两层两跨钢框架三维有限元模型,对冲击荷载作用下钢框架的动力响应和损伤倒塌进行研究。采取多点积分算法,控制沙漏,确保结果可靠。以冲击块分别碰撞钢框架的边柱及中柱,研究了冲击速度、冲击质量、柱顶轴压力等参数对钢框架在冲击作用下的动力响应的影响,对框架在冲击后的损伤及倒塌进行了分析。结果表明:冲击速度、冲击质量、柱顶轴压力的增加都会加剧钢框架的动力响应;相同冲击动能下,冲击边柱产生的水平位移较大;冲击后,钢框架的变形主要表现为翼缘的扭转和腹板屈曲,以及冲击接触面"刺入式"凹陷变形;根据冲击过程中梁转角的大小将钢框架倒塌发展分为三个阶段:弹性阶段、塑性和悬链线阶段、悬锁机构阶段,钢框架最终由于梁转角过大和柱失效而倒塌。     

福建省花岗岩残积土边坡的破坏特点

本文在对福建省花岗岩残积土工程特性系统分析、总结的基础上,对该类边坡的破坏形式、特点、形成机制等进行了分析,进而提出了该类边坡的设计、施工要点.研究表明:福建省花岗岩残积土具有众多的结构面和软弱岩脉风化而成的软弱夹层,结构面充填物和软弱夹层富含高岭土,具有强度低、水稳定性差的工程特性.花岗岩残积土的上述特性和开挖卸荷是导致边坡开挖后崩塌、滑坡频发的关键内因和外因;边坡的设计、施工必须针对它的工程特性,采用减少开挖卸荷对边坡稳定性不利影响的工程措施.     

基于量纲分析的冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长模型研究

基于量纲分析法并结合广州南沙某石化仓储软基处理工程,确定静动力排水固结法软基处理中影响孔隙水压力的主要因素,并确定冲击荷载作用下饱和软粘土孔压增长模型,以供该地基加固方法前期参数确定及后期沉降计算作参考。     

冲击荷载作用下钢结构表面涂层的接触损伤

针对内蒙古中西部地区钢结构涂层长期遭受风沙颗粒冲击损伤的问题,采用自动球压冲击仪研究了钢结构聚氨酯涂层与氟碳涂层在冲击荷载下的损伤行为,并应用体式显微镜和超景深三维显微镜研究了钢结构涂层的冲击损伤形貌.结果表明:随着冲击高度的增加,钢结构涂层的冲击荷载峰值增大,二次冲击荷载峰值增大,二次冲击的时间间隔延长;氟碳涂层冲击荷载峰值与二次冲击荷载峰值均小于聚氨酯涂层,氟碳涂层抗冲击能力优于聚氨酯涂层;氟碳涂层的压痕尺寸的增长速率小于聚氨酯涂层,所承受的极限荷载值却大于聚氨酯涂层;冲击荷载下氟碳涂层未出现材料的堆积隆起,无明显的环向裂纹,径向裂纹较聚氨酯涂层少,裂纹宽度较细;相同冲击高度(34cm)下,氟碳涂层冲击压痕深度较聚氨酯涂层下降76%,压痕宽度明显小于聚氨酯涂层.     

滚石冲击荷载作用下土体屈服特性研究

 滚石冲击压力是滚石防护结构设计的重要参数,当不考虑被冲击材料的弹塑性特性时,获得的冲击压力非常大,几乎不能用于工程设计。而实际岩土材料均为弹塑性体,在滚石冲击压力下,会产生很大的塑性变形,为此,必须研究土体的初始屈服压力作为判断土体是否开始进入屈服的条件。以Hertz接触力学为基础,假设土体服从莫尔–库仑屈服准则,研究土体在滚石冲击荷载作用下的初始屈服压力和初始屈服冲击速度。研究结果表明：土体初始屈服冲击速度非常小,其中黏聚力对其有较大影响,而内摩擦角对其影响相对较小。     

随机地震荷载作用下黄土的液化特性

 以场地未来50 a超越概率10%的地震波作为输入激振波,对取自宁夏南部西吉县夏家大路喜家湾滑坡后壁的黄土开展动三轴试验,研究随机地震荷载作用下黄土中孔隙水压力的增长基本特性、影响效应及孔隙水压力增长规律。由试验结果可知,在随机地震荷载作用下,孔隙水压力对输入动荷载的响应具有明显的滞后性,其增长主要集中在地震荷载的有效持时范围内。输入地震荷载的幅值、有效持时以及固结压力对黄土的液化特性有较大的影响,幅值较大、持时较长、固结压力较小时,更有利于孔隙水压力的发展。由于孔隙水压力的增长是源于孔隙的压缩引起的,因此,可以将孔隙水压力比表示为残余应变的函数,据此,可得地震荷载作用下,黄土不同变形情况时孔隙水压力的发展水平及液化程度。     

不同干密度花岗岩残积土的三维孔隙结构特征

为了研究不同干密度花岗岩残积土的孔隙结构特征,首先采用高分辨率三维X射线显微镜采集花岗岩残积土CT图像,再利用Avizo软件重构花岗岩残积土孔隙三维结构,定量分析了3种干密度花岗岩残积土的孔隙连通性、孔隙曲折度、孔径分布、孔隙方向、分形维数等孔隙结构特征。结果表明:通过三维重构方法可以完整而精准地表征花岗岩残积土的孔隙结构特征;随着花岗岩残积土干密度增大,孔隙度减小、孔隙曲折度增大、连通性减弱、孔隙方向越接近水平方向;压实花岗岩残积土的孔隙主要由较大等效直径的孔隙提供。     

地震荷载作用下海底管线的动力反应分析

 地震荷载作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而在目前的海床动力响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应,同时也没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理。为此,基于Biot动力固结理论建立海床–管线相互作用的计算模型,以大型有限元软件ADINA为平台对El Centro地震波作用下的海底管线的动力响应以及管线周围土体的孔隙水压力变化规律进行分析,讨论不同的管线半径、管线壁厚和土性参数对计算结果的影响。在数值计算过程中引入黏弹性人工边界,有效地模拟散射波由有限域到无限域的传播,较为实际地反映在地震波作用下海底管线的动力响应问题。     

云母对花岗岩残积土力学性能影响的机理

本文对云母质残积土开展了微观结构测试与物理力学试验,分析了云母的结构特征及含量对花岗岩残积土物理力学特性的影响,并提出其微观作用机理。结果表明：云母的加入导致残积土的级配组成更粗,界限含水率和渗透性增加,但可塑性减小;高云母含量的残积土具有较差的力学性能,表现为较高压缩性和回弹性、以及较低的抗压强度。云母对花岗岩残积土力学性能的不利影响源于云母本身的固有性质和云母与矿物聚集体的接触形式,这是因为云母以片状层叠的形式存在于残积土中,形成具有高压缩性和回弹性的海绵状结构,层间孔隙使土壤具有高吸水性;同时颗粒排列形成的桥接和有序效应产生大量孔隙,增加了土壤的渗透性;云母板插入黏土基质后,土的强度和破坏类型也发生改变。     

动载作用下煤体损伤特性的电磁显现特征

电磁是煤岩动力灾害预测的重要手段,掌握电磁信号特征与煤体损伤程度间的关系是灾害预测的关键。通过原煤SHPB试验及瞬变电磁监测,分析煤体冲击破裂过程中的电磁信号(0~3 k Hz频段)特征,从破裂耗能及破碎程度两方面分析试件损伤特性,并探求电磁信号特征(幅值、能量)与煤体破裂损伤特性间的关系,研究发现:(1)分形维数与最终破裂程度规律相似,利用分形维数来定量评价煤体破裂程度是可行的;(2)煤岩冲击破裂电磁信号呈瞬时脉冲状,持续时间仅为微秒级,信号幅值及能量总体随着破碎程度的增大而增大;(3)煤岩冲击破裂电磁信号的幅值及能量与其损伤程度(分形维数)符合较好的线性关系,利用电磁信号特征监测煤岩损伤程度是可行的;(4)受煤岩材料固有缺陷的不确定性及共振破坏现象的影响,煤岩的损伤程度与冲击耗散能间的相关性较弱。研究成果对于利用电磁信号特征评价煤体损伤程度进而预测动力灾害的发生具有重要意义。     

循环荷载下高温冻土的变形和强度特性

对-1℃的冻土试样在频率为3,5,8 Hz的循环荷载下进行了单轴压缩试验,探讨了冻土在循环荷载下的累积变形和动强度。结果表明：循环荷载作用下冻土的累积变形大小由加载的最大动应力大小决定,同一频率下加载的最大动应力越大,相同循环次数时的累积应变越大;根据加载的最大动应力的大小,累积应变与循环次数的关系曲线可表现为破坏型、稳定型和过渡型3种形态之一。加载频率对冻土累积应变的影响规律复杂,且受加载的最大动应力影响;当最大动应力较小时,频率的影响不明显;当最大动应力比较适中时,大体上频率越高,累积应变越大;当最大动应力比较大时,频率越高,累积应变越小。在3%,5%和10%的破坏应变下,频率为8 Hz时冻土的动强度最大,而3 Hz和5 Hz的动强度比较接近。     

实时温度下花岗岩动态压缩破坏特性试验与数值研究

为了研究黑云母花岗岩热动力学性能,对不同实时温度(20℃,100℃,200℃)下的花岗岩试样力学响应和破坏过程进行了室内试验和数值模拟分析。结果表明:在所研究的温度范围内,20℃时岩样的抗压强度和弹性模量值最大,100℃时最小,且100℃下岩样的破碎程度比20℃和200℃的明显偏大;随着加载速率的提高,应力–应变曲线上的峰值应力和峰值应变增加,岩样内部裂纹演化及破坏程度也随之增大;低加载率时试样周边易萌生裂纹,高加载率下试样内部裂纹在加载初期甚至也可被激活;所提出的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型参数确定方法是可行的,数值模拟能较好地描述热处理岩样在冲击荷载作用下力学特性;HJC模型与相关失效准则相结合,能逼真地展现岩样动态压缩破裂过程及其形破坏态变化。     

分级加载下冻土动弹性模量的试验研究

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明：在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。     

Crack dynamic propagation properties and arrest mechanism under impact loading

Crack dynamic propagation and arrest behaviors have received extensive attention over the years. However, there still remain many questions, e.g. under what conditions will a running crack come to arrest? In this paper, drop weight impact (DWI) tests were conducted to investigate crack arrest mechanism using single cleavage triangle (SCT) rock specimens. Green sandstone was selected to prepare the SCT specimens. Dynamic stress intensity factors (DSIFs) were calculated by ABAQUS code, and the critical DSIFs were determined by crack propagation speeds and fracture time measured by crack propagation gauges (CPGs). The test results show that the critical DSIF at propagation decreases with crack propagation speed. Numerical simulation for SCT specimens under different loading waves was performed using AUTODYN code. The reflected compressive wave from the incident and transmitted plates can induce crack arrests during propagation, and the number of arrest times increases with the wave length. In order to eliminate the effect of the incident and transmitted plates, models consisting of only one SCT specimen without incident and transmitted plates were established, and the same trapezoid-shaped loading wave was applied to the SCT specimen. The results show that for the SCT specimen with transmitted boundary (analogous to an infinite plate), the trapezoid-shaped loading wave cannot induce crack arrest anymore. The numerical results can well describe the occurrence of crack arrest in the experiments.     

煤矿特大动力突水动力冲破带形成机理研究

由于地下开采活动，致使在整体块状结构坚硬岩层中产生弹性能积聚，当弹性能积聚到一定程度时，坚硬岩层产生动力失稳，瞬间释放巨大动能，致使在坚硬岩层附近的含水层中产生超高水压，并在含水层与采掘临空面之间，产生瞬间冲破导水通道，产生动力突水。以海孜煤矿为例，通过现场勘查和数值模拟分析了离层产生的地质条件和主要因素，测试了坚硬岩层的冲击倾向性指标（t _D ，W _ET ，K _E ），并设计和实施了冲击动力作用下反应超静水压力大小的试验，在此基础上基于爆炸力学的理论初步研究了动力冲破带的形成机理。     

循环荷载下软黏土强度弱化研究及其动力计算应用

滨海软黏土在波浪循环荷载作用下会发生强度弱化,从而降低软黏土地基承载力,影响结构稳定性。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,以围压、初始静偏应力、循环动应力和循环次数为试验变量,分析不同应力组合作用下的淤泥质粉质黏土的孔压发展规律和不排水抗剪强度弱化规律。根据孔压发展规律拟合出软黏土双曲孔压计算模型,同时利用等效超固结比理论,将得到的孔压模型和强度规律结合起来,提出了综合考虑围压、静偏应力、动应力和循环次数适用于整个动态循环过程的不排水抗剪强度弱化公式,并通过试验对公式进行了验证。最后将公式应用于烟台港防波堤数值模型的动力计算中。从试验到数模,比较完整地提出了一套便于应用于工程实践的考虑地基土体循环弱化效应的动力计算方法。     

循环荷载后原状与重塑饱和粉质黏土不排水强度性状研究

为研究循环荷载作用后原状土与重塑土不排水强度发展规律,针对天津典型粉质黏土做了一系列动、静力三轴试验。结果表明,振后原状土样不排水抗剪强度会发生衰减,当振后轴向应变大于 3% 时,衰减度 β 随动轴向应变增加呈现先增大后稳定的趋势;最大孔压比处于 0.5 ～ 0.7 之间时,不排水强度衰减较小,最大孔压比高于 0.7 时,振后强度开始迅速衰减;振后饱和粉质黏土不排水剪应力路径表现出超固结性质,随着 β 的增加,应力路径由正常固结向轻似超固结,再向重似超固结发展。对于重塑土,循环荷载作用后其不排水抗剪强度变化较小。     

中高应变率下花岗岩动力特性三轴试验研究

利用改进的霍普金森压杆对不同围压、不同应变率下的岩样进行了试验研究,分析了其在中高应变率下的冲击响应特征与破坏模式。基于试验结果发现在围压一定情况下,岩石的动态抗压强度和峰值应变随应变率的增大而增大,其中抗压强度随应变率呈对数增长;弹性模量对围压和应变率不敏感,且应变率越大岩石破碎现象越严重。其次,在应变率相近情况下,花岗岩的动态抗压强度随围压呈增大趋势,其破坏模式由低围压下的轴向劈裂转向高围压下的压剪破坏;高围压下花岗岩应力–应变曲线出现屈服平台,具有明显的脆—延性转化特征。最后,检验了莫尔–库仑准则和霍克–布朗准则的适用性,指出此花岗岩更符合莫尔–库仑准则,其动态强度增大主要由黏聚力的应变率效应引起。