水工沥青混凝土三轴试验的三维细观模拟

基于颗粒离散元理论,利用沥青混凝土三轴试验进行三维数值模拟,对水工沥青混凝土的细观性能研究具有重要意义。通过数值模拟发现:根据沥青混凝土的材料组成及特性,选择合适的材料单元间的接触本构模型以及合理的细观力学参数,使用颗粒流PFC3D软件可近似模拟沥青混凝土的室内三轴试验,并可再现试件剪切破坏的发展过程;数值模拟试验所得到的应力-应变曲线及体积应变-轴向应变曲线与室内三轴试验结果基本一致。     

锦屏大理岩卸荷流变变形特性试验

结合锦屏水电站引水隧洞的工程实际,采用TLW-2000岩石三轴蠕变试验机对锦屏大理岩试样进行了分级卸围压流变试验。详细分析了恒轴压分级卸围压应力路径下岩石试样的轴向及侧向应变随时间的变化规律,并探讨了卸荷流变过程中岩样的应力应变关系以及流变过程中对岩样不可恢复变形的变化规律。分析认为卸围压不仅影响岩样的瞬时变形而且对流变变形也有很大影响;与卸荷瞬时相比,流变过程中侧向不可恢复变形相对于轴向发展更快;岩样破坏前在侧向的反应要比轴向更为剧烈和明显。通过试验研究掌握了大理岩卸荷流变的基本规律,从而为进一步理论模型的研究提供了可靠的试验数据。     

纤维红黏土三轴试验与数值分析

对加入不同含量与长度的纤维红黏土压缩特性进行了三轴试验。试验结果表明,纤维红黏土强度与吸附应变能随纤维长度及含量的增加而提高,其应力应变关系曲线在某一应变水平下具有分段特性。基于上述特点,采用双曲线与直线组合表达纤维红黏土的应力应变关系。依据试验结果,通过线性与非线性拟合给出相关试验参数。基于ABAQUS有限元计算软件,建立了三轴试验的三维计算模型,并依据试验工况进行计算。数值计算结果可较好模拟试验结果,表明了所提出的纤维红黏土应力应变关系的正确性。     

天然软土一维固结压缩过程中的流变性状

试验研究表明,天然软土在一维固结压缩过程中的流变性状主要表现在三个方面:应力~应变关系的时间效应、恒定有效应力下的蠕变引起表观前期固结压力的增加和结构屈服应力应变率效应,通过对试验结果和模型计算成果的分析,详细阐述了这三个流变性状在软土一维固结压缩过程中的作用。     

堆石料流变试验的颗粒破碎研究

已有的研究成果表明堆石流变与颗粒破碎有关,但流变引起的净破碎率和流变之间的关系尚不明确。通过室内大型流变试验,分析了流变引起的颗粒破碎,发现破碎率与最终流变量之间存在线性函数关系,破碎率与轴压之间存在幂函数关系;轴向流变变形与时间之间的关系可以用对数函数表示,相应的流变参数与轴压之间呈良好的线性关系。     

丹巴水电站引水隧洞开挖期围岩流变分

依托丹巴水电站引水隧洞开挖工程,考虑隧洞不同深度围岩的受力特点将围岩进行分区,把加载流变试验和卸载流变试验参数分别赋入,计算得到了隧洞围岩衬砌的弯矩与轴力分布,可作为衬砌厚度及配筋设计等方面的参考要素。给出了80%、85%预留量条件下的衬砌所受轴力,各向同性与横观各向同性本构计算出的最危险工况内力叠加,以便在考虑流变条件下的衬砌厚度选取。     

丹巴水电站引水隧洞开挖期围岩流变分析

依托丹巴水电站引水隧洞开挖工程,考虑隧洞不同深度围岩的受力特点将围岩进行分区,把加载流变试验和卸载流变试验参数分别赋入,计算得到了隧洞围岩衬砌的弯矩与轴力分布,可作为衬砌厚度及配筋设计等方面的参考要素。给出了80%、85%预留量条件下的衬砌所受轴力,各向同性与横观各向同性本构计算出的最危险工况内力叠加,以便在考虑流变条件下的衬砌厚度选取。     

高围压岩石三轴流变试验仪研制

 TLW -2000型岩石三轴蠕变试验仪是经科技部资助对原流变试验设备进行技术升级与改造项目的主要成果,能自动稳压、自动记录并能进行高围压三轴流变试验。介绍了该仪器的升级改造、各项性能指标校准及通过三轴流变试验对设备进行测试的情况。该设备稳压系统升级改造采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组合,达到了良好的稳压效果。     

动态荷载作用下细砂岩流变损伤力学特性试验研究

选取软弱砂岩为研究对象,利用RLW-2000M型三轴流变试验机,测试砂岩试样的轴向应力-应变、轴向流变变形、径向流变变形,研究了动荷载频率和幅值对砂岩流变特性的影响;选取轴向应变为损伤变量,推导出损伤度的计算表达式,分析了各因素对损伤度的影响特性。研究结果表明:在动态荷载作用下,轴向与径向变形随着时间的推移而增大,滞回曲线会由稀疏变稠密;轴向、径向变形增量随动载幅值的增大而增大,而随着频率的增大呈减小的趋势;试样的损伤度在突变后趋于稳定,且随着动载幅值的增大而增大。研究结论为揭示动态荷载作用下细砂岩流变损伤演化规律提供科学依据。     

岩石统计损伤软化模型及其参数反演

为了反映岩石应变软化现象,基于岩石微元强度服从Weibull随机分布的假定,结合连续损伤理论,建立岩石统计损伤软化模型。该模型含有2个待定系数,其中一个可通过岩石应力-应变曲线的峰值点确定,另一个取决于微元强度参数。通过研究微元强度参数对所建模型的影响,采用优化反演分析法确定模型参数,克服传统方法求解模型参数精度较低的难点,并依据微元强度参数选取合理的强度准则。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行红层泥岩常规三轴压缩试验,对比试验曲线和理论曲线,验证了本文模型和方法的正确性与合理性。     

地下工程“智能连续”优化方法的实现(Ⅱ)：大型地下厂房空间分布优化研究

基于修正的Rabotnov损伤理论，建立了适合于依托工程岩体的非线性蠕变损伤本构模型，利用白云质灰岩室内三轴蠕变试验结果对本构方程进行了参数识别；同时，将非线性蠕变损伤模型编入到ABAQUS子程序进行二次开发，对变质灰岩室内三轴蠕变试验过程进行三维数值仿真，数值计算得到的流变时程曲线与试验曲线较为一致。将文章第Ⅰ部分实现的地下工程“智能连续”优化方法应用于四川大渡河猴子岩水电站地下厂房合理空间分布优化中，建立考虑围岩体流变特性、地下厂房分步开挖及其支护体系的参数化模型，通过优化分析得到适合于工程建设的最优空间分布施工方案，并将优化方案与设计方案计算结果进行对比，验证了优化方案的合理性。     

西安地区Q_3原状黄土蠕变特性试验研究

采用分组加卸载的方式,在SR-6型土体三轴流变试验机上进行蠕变试验,得到Q_3原状黄土的加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。根据试验结果,建立了能较好描述黄土蠕变第三阶段(加速蠕变阶段)的加速西原模型,解决了原有西原模型只能描述蠕变前两个阶段的问题,并根据长期强度的幂函数方程,确定了各项参数,得到了西安地区Q_3黄土的长期强度方程。     

软硬岩石卸荷应力规律研究

为了了解常规三轴卸荷作用下软、硬岩石应变规律,对软硬岩石分别进行三轴卸荷试验,得到岩石试件在不同围压下的应力应变曲线。通过对比软硬岩石的应力应变曲线,结合岩石岩性数据进行分析对比,比较两者在相同围压下的曲线规律并做出总结。结合有限元分析软件模拟三轴卸荷试验,通过软件模拟得出数据与试验结果进行对比验证。     

节理软岩卸荷流变力学特性试验研究

为了解节理软岩的卸荷流变力学特性,采用RLW-2000岩石三轴流变试验系统进行了恒轴压一次卸围压的流变试验,详细分析了相同轴压不同围压以及相同围压不同轴压条件下试样轴向及侧向流变随时间的变化规律。同时分析了试样流变速率随时间的变化规律及试验后试样的破坏形态。通过试验研究掌握了一些节理软岩的卸荷流变规律,为节理岩体的本构模型的进一步研究建立了基础。     

石英砂岩蠕变力学特性及长期强度研究

通过三轴压缩蠕变试验,分别以过渡蠕变法、等时应力-应变曲线法、稳态蠕变速率与应力关系法、残余应变法以及强度与破坏时间关系法研究石英砂岩的长期强度.结果表明,对于石英砂岩的长期强度,前4种方法得到的结果大体一致;过渡蠕变法、残余应变法只能根据应力梯度得到长期强度临界值,等时应力-应变曲线法取拐点的过程具有一定主观和随意性...     

基于分数阶微积分的岩石蠕变损伤本构模型

为了反映岩石蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行砂岩三轴压缩蠕变试验,基于岩石蠕变的阶段特征,提出通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。依据连续损伤理论对弹性体和分数阶黏塑性体进行改进,通过SN元件改进分数阶软体。利用综合改进后的考虑时效损伤的弹性体和基于分数阶微积分的非定常黏滞体和非定常黏塑性体,构建了新的三元件蠕变损伤本构模型,并用遗传算法得到了模型参数。对比试验曲线和模型拟合曲线,表明所建模型具有合理性和适用性,可为红层边坡流变特性的研究提供一定参考。     

粗粒料工程力学性质的细观模拟

以三维离散元颗粒流理论为基础,PFC3D_EV为工具,改进内置程序代码,对比粗粒料室内三轴固结排水试验结果,生成颗粒接触点数均匀、各向同性应力相同的三轴试验数值模型。引入clump颗粒提高了数值试样内部颗粒形状的复杂度,对比了不同围压下数值试验应力-应变曲线、变形曲线与室内试验的差异,并探讨了剪切带发展规律及颗粒形状对粗粒料强度、变形特性的影响。结果表明:颗粒形状是影响粗粒料工程力学特性的主要因素,提高试样内部颗粒形状的复杂性可获得与物理试验拟合较好的应力-应变曲线;数值模型暂无法实现颗粒破碎状态,造成大应变时剪胀偏大;位移场发展变化过程显示应变软化加速了剪切带的形成;高围压下剪切带明显,且围压越高厚度越薄。     

坝基软岩流变试验研究及其长期稳定性分析

为了解亭子口水利枢纽坝基泥质粉砂岩流变规律,采用RLW-2000三轴流变仪对泥质粉砂岩进行三轴压缩流变试验。试验结果表明:较低应力水平下,泥质粉砂岩轴向流变较侧向更为显著,随着应力水平升高,侧向流变发展迅速,试样破坏前侧向流变增幅为轴向的2倍左右。基于试验结果,得到流变速率与应力水平及围压的关系,分析流变破坏模式,掌握了泥质粉砂岩三轴流变基本力学特性。利用文献[6]中的非线性损伤流变模型进行流变力学参数辨识,并利用获得的流变力学参数模拟亭子口水利枢纽坝基蓄水后长期运营条件下的流变力学特性。     

低温沥青混凝土邓肯-张模型参数整理方法

鉴于沥青混凝土复杂的力学特性,为准确得到低温环境下邓肯-张模型参数K、n和Rf,本文采用两点法、全部法和分段法进行数据处理,利用计算结果反算应力应变曲线与试验曲线,并对其进行拟合分析。研究结果表明:分段法计算得到的拟合曲线最优,置信度达到0.9以上;由计算结果可知,选取60%~95%应力水平试验点参与计算的方法适用于低温环境下沥青混凝土静三轴试验模型参数的计算。     

土工建筑物动力真非线性分析的量化记忆模型

运用量化记忆模型，将土工建筑物的动力真非线性分析中滞回圈上任意点的塑性模量映射为简单的分段线性关系，通过量化记忆和插值计算无量纲距离δ，进而确定塑性模量，从而使土工建筑物的动力真非线性分析简单易行。量化记忆(以下简称SM)模型先以弹塑性理论为基础，将单调加载情况下的应力-应变曲线的非线性剪切模量映射为量化模量在几何空间上的分段线性分布，再以Masing准则为基础，在循环加载情况下，对这种简化的几何分布进行变化调整，使其生成非线性变化的剪切模量。将非线性问题转化为线性问题进行处理，大大简化了非线性计算的复杂性。通过对某筑坝爆破料动力三轴试验曲线的拟合，可以看出量化记忆模型能很好地模拟土的滞回特性。