基于PFC2D的土体缓冲落石冲击能力研究

常用的拦石墙、棚洞等落石防护措施均需布置土体来缓冲落石造成的冲击力,其缓冲能力在进行防护措施结构设计时应合理考虑。颗粒流程序PFC2D(Two-dimensional Particle Flow Code)可有效模拟落石冲击土体和结构的动态过程,用来分析不考虑土体缓冲效应下的落石冲击力,结果与瑞士算法基本一致,略大于日本算法。进一步地,取不同厚度的素填土、粉质黏土和砂质粉土3种缓冲土层,分析不同坠落高度条件下落石经过土体缓冲后对结构的冲击力,发现土体的缓冲能力与土层厚度、缓冲能力与坠落高度均大致呈指数函数关系;坠落高度对缓冲能力的影响基本不随缓冲土体选材改变而变化;同样厚度条件下粉质黏土缓冲能力最大,素填土次之,砂质粉土最小。研究成果表明实际工程中缓冲土层厚度宜设定为2~3 m。     

无锡阳山落石冲击力计算及灾害治理设计研究

以无锡市阳山北侧废弃采石宕口崩塌地质灾害治理工程为例,对常见落石冲击力计算方法,即路基手册法、隧道手册法和杨其新法,进行比选,并结合计算结果进行防护工程设计。通过对3种方法的比较分析,发现路基手册法中参数容易确定,计算结果相对可靠;隧道手册法中缓冲土层设计厚度不可直接用于计算,当缓冲土层厚度大于0.3 m时,计算所得冲击历时过长,与实际情况不符;杨其新法计算结果与路基手册法接近,结算结果稍微偏小。考虑到工程的安全性和可靠性,推荐路基规范法进行冲击力计算,采用缓冲土层加拦石墙的组合形式进行崩塌落石地质灾害治理。     

落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应

针对影响预应力钢筒混凝土管(PCCP)安全运行的落石冲击问题,以实际工程为原型,利用有限元理论建立了球形落石冲击埋地PCCP的“石-土-管”模型,在完成静力荷载工况计算的基础上,模拟落石冲击埋地PCCP的过程。通过改变落石半径、落石高度,分析不同落石冲击荷载作用下管道的应力和塑性应变规律。研究结果表明:落石冲击对PCCP的破坏主要为环向受拉塑性破坏;相比于落石高度,落石半径的改变对PCCP的影响更大;10 m的悬空高度下,半径超过1.4 m的落石将会使混凝土管芯产生超过16.0×10^-4的塑性应变,砂浆产生超过9.1×10^-4的塑性应变,导致材料出现可见裂缝;冲击荷载对PCCP各部件的破坏顺序是混凝土管芯、砂浆、钢筒和预应力钢丝,且在混凝土管芯开裂后,钢筒和预应力钢丝的Mises应力将会迅速增大并屈服破坏。     

波流耦合荷载作用下村镇建筑破坏机理研究

基于洪涝灾害下村镇建筑结构破坏机理研究及水深、流速等对建筑结构影响研究较少,对波流耦合荷载作用下村镇建筑破坏机理和影响因素进行研究,为蓄滞洪区村镇建筑的结构设计和防洪抗洪措施提供依据。利用ANSYS建立砌体结构分离式模型,分析5种水深、5种流速和3种波高共75种荷载工况下,砌体结构在动水压力、静压力和波浪力的共同作用下的破坏过程、应力和变形情况,并研究水深、流速、波高对其破坏和变形的影响。数值模拟结果表明:结构的破坏位置主要集中在窗口上侧以及门窗之间的墙体,破坏最先发生在窗口上侧,其次是门窗之间墙体,且随着荷载的增大破坏程度愈加明显;结构位移随水深增加呈显著非线性增长,随流速增大呈不显著非线性增长,随波高增长位移变化最小。     

碾压混凝土重力坝破坏机理研究

碾压混凝土重力坝采用大仓面薄层连续浇筑，其层面是一个薄弱环节，这是一常规混凝土坝的主要区别之一。“八五”期间结合仿真模型试验和非线性有限元法计算，对碾压混凝土重力坝体层间破坏的形状、位置、发生条件及其影响因素进行了研究，为设计碾压混凝土重力坝提供科学依据。     

混凝土破坏机理的研究现状及评述

通过对混凝土的破坏过程进行分析和总结,从混凝土破坏的两个过程：宏观层次和微观层次上总结混凝土破坏机理的研究状况,比较了各种研究模型的优劣,并对在实际工程中混凝土的破坏提出了一些新建议。     

碾压混凝土重力坝失稳破坏机理研究

采用非线性有限元法，对碾压混凝土重力坝的应力分布和稳定性进行了分析计算，着重研究了在考虑和不考虑碾压混凝土层面影响的情况下碾压混凝土重力坝的失稳破坏机理。     

层状岩体边坡顺层破坏机理研究

李家峡水电站坝址和近坝库区，无论是自然边坡或人工边坡，其破坏机理和破坏类型，均与层间挤压带的分布和它们与其他结构面或与临空面的组合关系密切相关。通过工程实践，将层状岩体边坡顺层破坏机理归纳为三方面的问题，即：平面旋转滑动、解体滑动和渐进破坏。并对这种边坡的治理原则提出了看法和认识。     

强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究

为探究强地震作用下肋拱式渡槽结构的损伤破坏演化过程，以长岗坡渡槽为例，建立肋拱式渡槽结构三维非线性有限元模型，采用黏弹性人工边界方法来实现无限域地基的精准模拟，引入混凝土塑性损伤本构模型，开展不同地震强度作用下肋拱式渡槽结构的动力响应分析及损伤破坏模式的研究。研究结果表明：渡槽结构的动力响应随地震强度增大而增大；地震作用下，基于塑性损伤本构模型，通过模拟得到渡槽结构的峰值位移、峰值加速度响应均较线弹性本构模型模拟结果大，主要是因地震波的持续作用使结构出现塑性损伤，致使刚度退化；反之，峰值应力较线弹性模型结果小，主要是因结构出现的塑性损伤会导致结构阻尼增大，耗散能增大。渡槽整体结构损伤严重的部位为顺槽向靠近支墩位置的槽体、跨中肋柱以及支墩、肋拱、肋柱交界处，明晰了槽体、小腹拱、支墩等构件的损伤演化破坏演化过程，揭示了其主要是由结构受力不均而引发的混凝土受拉损伤破坏的损伤破坏机制。研究成果明晰了渡槽结构的抗震薄弱部位，可为类似渡槽结构的抗震设计及加固处理提供理论基础。     

预制桩的破坏机理

预制桩在工程实践应用中，因桩身质量有保证而比现场灌注桩有优势，但不少工程实例说明，在某种地质条件及施工环境下，预制桩往往受到破坏，其静载试验结果具有一定的相似性。     

锻锤冲击下地基土的疲劳损伤研究

根据锻锤基础及其地基土所承受的重复冲击载荷的特性，将连续损伤力学理论应用于锻锤基础系统的疲劳损伤问题，分析了地基土在重复冲击荷载作用下的疲劳损伤特性。通过研究发现，振幅随离基础中心距离增大而衰减，随离基础中心垂直深度的增大而衰减。同时，锻锤锻打引起的损伤增长对地基土表面或地基土深度上各点的最大振幅比都有极大影响。文中得出的结论具有一定的理论价值和工程实用意义。     

冲击作用下混凝土板-缓冲层组合结构动力响应

钢筋混凝土板-缓冲层组合结构常用于落石灾害防治。为研究此类结构在落石冲击作用下的动态响应,基于ABAQUS有限元,以缓冲层厚度、落石冲击速度为参变量,开展了冲击力、缓冲效果、钢筋混凝土板损伤的数值模型研究。结果表明：冲击过程中,落石与缓冲层表面的名义冲击力远大于缓冲层与混凝土表面的真实冲击力,在缓冲层为0.6 m,冲击速度分别为20,15,10 m/s时,冲击力衰减率分别为42.0%,42.0%,40.0%;与目前典型冲击力计算模型对比分析发现,在不同冲击速度下,冲击力与冲击速度呈正相关。研究结果与日本公式及隧道手册计算公式的基本一致。对混凝土板位移分析表明：在一定的缓冲层厚度下,随冲击速度的增大,永久变形增大,回弹量占总变形比例较小;最大损伤范围与缓冲层厚度关系不明显。在缓冲层厚度相同的情况下,冲击中心对应的板面与损伤外边缘连线形成的损伤锥锥角介于30°~ 45°。冲击速度很大程度上影响损伤程度和损伤范围。研究结论对落石防护结构的合理设计具有重要指导意义。     

滚石的运动速度与冲击力关系的试验研究

研究滚石运动速度与冲击力之间的关系,对于滚石灾害的预防和整治有着重要的意义。滚石冲击力的影响因素众多,其中滚石运动速度的影响较大。通过室内滚石撞击试验,即大理石圆球分别撞击3种不同材料的长方体面板,然后以传感器记录滚石撞击时的冲击力,以摄像机记录滚石运动过程,从而计算得到撞击时滚石的瞬间运动速度,然后观察试验现象并获得相关数据,分析二者的相互作用关系并研究其变化规律,发现滚石运动速度V越大,滚石冲击力F也越大。根据试验结果和数据的拟合,得出两者呈幂函数关系,即F与V的1.35次方成正比例。     

蓄水条件下库岸滑坡形成机制研究

以九甸峡库区燕子坪滑坡为例,采用GPS对滑坡外部进行变形监测的方法确定滑坡的变形特征。结合库水位变化及降雨等影响因素,定量研究蓄水条件下库岸滑坡的水力触发因素及形成机制,并采用极限平衡法对分析规律进行验证。结果表明:(1)库岸滑坡的变形破坏是一个蠕变破坏过程,主要因素是较大蓄水速率的加剧条件下短时间发生的,次要因素是强降雨;(2)燕子坪滑坡主要是由于库水位上升和开挖公路的共同作用导致了滑坡体中部及前缘牵引后部滑坡体滑动。     

再生混凝土疲劳损伤机理的数值模拟

基于再生混凝土内部细观结构的数字图像,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型。首先,对弯折疲劳破坏后的再生混凝士弯折疲劳试件进行机械切割并对切割后的表面使用数码相机拍摄,获得截面数字图像。然后,对所获得的数字图像进行处理并对骨料和砂浆部分进行边缘检测,获得骨料和砂浆的边缘坐标,将其导入有限元分析软件,获得实体模型。最后,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型,研究了再生混凝土在疲劳荷载作用下的损伤分布和应力分布的变化规律。     

华山花岗岩热力损伤特性及机理研究

为研究花岗岩的热力损伤特性及机理, 借助超声检测分析仪与钨灯丝扫描电镜, 分析了不同温度作用后岩石纵波波速衰减规律、损伤演化模型及细观机理。结果表明:温度低于500 ℃时, 花岗岩试样纵波波速随处理温度升高而缓慢降低, 当温度接近573 ℃, 纵波波速呈迅速下降状态, 最终渐趋于稳定; 随着加热温度的升高, 岩样的超声波波幅锐减, “拍”的长度变短; 花岗岩内部热损伤与所经历的温度之间符合logistic曲线模型; 温度在20~500 ℃范围内, 花岗岩试样中主要产生晶间裂纹, 裂纹数量随温度升高而增加; 加温至700 ℃时, 岩样中产生晶内裂纹或穿晶裂纹, 温度达到900 ℃时, 岩样出现宏观分岔裂隙。     

水压循环作用下砂岩损伤本构模型研究

针对三峡库区水位反复升降作用下岩体质量劣化易致边坡及地基失稳的问题,以三峡库区典型砂岩为研究对象,利用岩石全自动多功能三轴流变仪开展了不同水压循环作用次数下砂岩力学特性试验研究。结果表明:水压循环次数越多对砂岩试样造成的损伤越大;根据水压循环过程中岩体的应力应变关系曲线特征,借助损伤理论及Weibull概率密度函数,建立了考虑砂岩损伤效应的损伤统计本构模型。对比分析表明:该模型与试验曲线符合较好,能够较好的反映水压循环作用对砂岩的损伤效应;随着水压循环作用次数的增加,Weibull分布参数F和m均逐渐减小; F与围压之间呈指数关系,而m与围压之间呈负指数关系,揭示了水压循环作用下岩样宏观强度逐渐降低的特性。研究成果对库区边坡及地基在水压循环作用下的稳定分析具有一定的参考价值。     

城市河道的景观生态破坏机理及协调途径探讨

针对当前城市河道的景观生态问题,运用景观整体性原理,通过分析城市化建设对河道景观生态破坏的机理,阐明了城市化建设所引起的河道系统整体性破坏,是导致流域水灾加重、水质恶化及人居环境质量下降的主要原因。运用景观规划原理,探讨了维护城市河道景观生态特征的协调途径及方法。     

混凝土碱－硅酸反应破坏机理及其进程影响研究进展

碱－硅酸反应（Alkali-silicareaction,ASR）作为一种混凝土中所含碱与骨料中碱活性成分在一定湿度条件下发生的物理化学反应,在混凝土内部生成凝胶产物,进而引起混凝土发生变形、开裂、强度下降等病变行为,严重时将威胁结构物长期运行的功能性和安全性。随着非活性骨料的日益减少以及混凝土种类的不断改进和创新,ASR及其相伴的工程隐患和危害等问题的探究和防范应更加予以重视。在对混凝土工程ASR病害典型案例进行剖析的基础上,综述了ASR产生机理以及“吸水膨胀”和“渗透压”两种ASR诱发破坏假说的研究现状;从内部骨料特征和外部环境两个视角,论述了骨料活性、骨料粒径、骨料含量与级配以及环境温度和环境相对湿度等因素对ASR进程的影响;从完善ASR诊断方法与病害评估体系的目标出发,提出了混凝土ASR破坏机理及其进程影响研究方面亟待攻克和值得进一步关注的问题。     

考虑强震持续时间的混凝土重力坝损伤累积研究

利用混凝土塑性损伤模型和塑性损伤力学的方法分析了混凝土重力坝在不同强震持续时间(强震持时)作用下的非线性损伤累积破坏效应,并根据大坝局部损伤评价指标和整体损伤评价指标对大坝损伤累积破坏程度进行了评价。分析结果表明:地震动强震持续时间对混凝土大坝损伤累积破坏有重要的影响,地震动强震持续时间越长,混凝土大坝损伤累积破坏越大;根据局部损伤评价指标可以有效地判定大坝抗震薄弱部位在大坝中上部,并且大坝整体损伤累积破坏指数可以反映地震动作用下大坝的整体损伤累积破坏程度,从而有效评价混凝土大坝的抗震性能,为混凝土大坝的抗震设计提供科学依据。