邓肯—张模型在FLAC~(3D)中的实现及工程应用

应用VC.net编译平台,开发了邓肯-张模型的DLL动态链接库文件,通过FLAC3D程序的预留接口导入程序.介绍了邓肯-张模型的基本原理及其在FLAC3D程序中实现的关键技术和具体实现方法.通过对三轴加卸载试验的仿真模拟,分析了试样的Z向和Y,向位移变化形态和规律,研究了(σ1-σ3)-εa关系曲线的变化形态,及其在极限情况下曲线的发展规律.从而验证了邓肯-张本构模型在有限差分程序中的准确性和适用性.另外,对一个基坑开挖及其支护过程进行了模拟分析,并通过基坑壁水平位移计算值和监测值的对比,验证了编译的邓肯-张(E-B)模型对工程的适用性,以及应用于其他类似问题的通用性,解决了FLAC2D程序中邓肯-张本构模型(E-B)的应力敏感性及其不能应用于实际工程等问题.     

考虑温度的软黏土邓肯-张模型参数试验研究

为了获得宁波地区典型软黏土在温度荷载作用下的邓肯-张模型参数,在不同的温度和围压下,对宁波某工地现场的软黏土土样分别进行三轴固结不排水试验。通过分析软黏土的应力-应变曲线的特点,得到了相应的邓肯-张模型参数值,并归纳总结了各参数在温度荷载作用下的变化规律。试验结果表明,随着温度升高,软黏土邓肯-张模型参数中的黏聚力c、内摩擦角φ、试验参数K值呈减小的趋势,试验参数n和破坏比Rf值则呈增大趋势。试验所得的参数值可作为宁波地区岩土工程中软黏土分析计算的参考值。     

改进邓肯—张模型在基坑减载土体中的应用

通过三轴试验模拟基坑开挖过程中侧向减载土体的应力路径,针对武汉地区具有代表性的粉质粘土,进行了一系列真三轴和普通三轴排水固结剪切试验。根据试验结果,对邓肯—张模型进行研究,用基坑开挖侧向卸荷过程中的变形模量计算公式代替邓肯—张模型中基于σ3=常数推导出的切线模量公式,并将该模型应用于平面应变情况,针对Duncan-Chang模型不能反映中主应力的影响,对邓肯-张模型进行了改进,确定了模型中的参数,并用理论计算所得应力-应变关系曲线和试验所得应力-应变关系曲线进行对比分析,验证了该模型对于卸荷工程这类特殊应力路径的适应性。     

铜矿尾砂强度特性的粒度效应研究

有压作用下铜矿尾砂强度的粒度效应对其处治和应用具有重要意义。首先基于固结不排水(CU)三轴试验,研究了不同围压下不同粒径铜矿尾砂的强度特性,并确定了相应的邓肯-张模型参数,进而讨论了不同粒径对邓肯-张模型参数的影响规律,结果表明:(1)偏应力峰值(σ_1-σ_3)随着围压的升高而增大,其中中砂的主应力差峰值相对提高了37.3%、34.4%,但粗砂和极细砂的增长量相对不均匀;(2)100 k Pa围压中砂试样的主应力差峰值极差为94.5 k Pa,较极细砂增大了97%,而围压为200 k Pa时,极差为96.9 k Pa,较极细砂增大了61%,围压为300 k Pa时,极差为158.1 k Pa,较极细砂增大了85%。(3)中砂的抗剪强度和极限抗剪承载力明显高于其他3种粒径砂,且其邓肯-张模型切线变形模量相对较强,但抗剪强度与极限偏差应力间差值较大,表明中砂对邓肯-张模型具有良好的适应性。研究结果为铜矿尾砂的应用提供了参考。     

残积红粘土的力学特性试验研究

通过对某建筑工地地基土的单轴固结压缩和固结不排水三轴剪切试验研究,得出了其地基土—残积红粘土的固结压缩特性,以及原状土和重塑土在不同围压下的破坏形式的变化,主应力差(σ1-3σ)和有效应力比(1σ′/σ3′)与轴向应变ε之间的关系,原状土和重塑土的孔隙水压力和轴向应变ε的关系等一系列的力学特性。     

压实黏土拉压组合三轴试验和扩展邓肯张模型

采用研制的卧式三轴拉压试验仪对糯扎渡和双江口心墙堆石坝心墙土料进行了常规三轴压缩试验、三轴拉伸(伸长)试验和三轴压缩–拉伸组合试验。根据试验结果,研究了压实黏土在三轴压缩、拉伸以及从压缩到反向拉伸状态下的应力应变特性。在此基础上,对邓肯张EB模型的应用范围进行了扩展,扩展后的模型可描述压实黏土从压缩到反向拉伸过程的变形特性,可用于进行土体张拉裂缝扩展问题的模拟计算。     

球应力和偏应力对粗粒土变形影响的真三轴试验研究

为了研究p,q,θσ单独变化对粗粒土变形的影响,使用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土进行了等q等b(b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))试验,等p等b试验和等p等q试验,试验结果表明:q,b保持不变,p单独减小时,初期几乎不产生偏应变,但会产生膨胀的体积应变,随着p的减小,体积膨胀增大,偏应变也逐渐增大,但偏应变数值上比体积应变小,到后期体积应变和偏应变都加速发展,直至破坏;p的减小直接引起体积膨胀,体积膨胀后颗粒结构松动,进而导致偏应变的产生;p,b保持不变,q单独增大时,初期几乎不产生体积膨胀,但会产生偏应变,随着q的增大,偏应变增大,体积膨胀也逐渐增大,但体积应变数值上比偏应变小,到后期体积应变和偏应变都加速发展,直至破坏;q的增大直接产生偏应变,偏应变使得颗粒之间产生错动,进而导致体积膨胀的产生;p,q保持不变,应力罗德角θσ单独变化会产生不可恢复的体积应变和偏应变,但数值上很小。引入参数sp(sp=(p/q-p0/q0)/(1/Mf-p0/q0))和sq(sp=(q/p-q0/p0)/(Mf-q0/p0)),p0,q0分别为初始球应力和偏应力,Mf为破坏应力比,发现q,b保持不变,p单独减小时,dεv/dp与1/(1-sp)1/2-1成正比例关系,dεs/dp与-sp[1/(1-sp)1/2-1]成正比例关系,应力–剪胀方程为dεv/dεs=-1/sp;p,b保持不变,q单独增大时,dεs/dq与1/(1-sq)1/2-1成正比例关系,dεv/dq与-sq[1/(1-sq)1/2-1]成正比例关系,应力–剪胀方程为dεv/dεs=-sq。最后根据本文试验结果对粗粒土柔度矩阵元素的特性进行了分析。     

预应力筋-锚具组装件静力性能要求刍议(续)

3.4 后张组装件效率系数计算公式 3.4.1 预应力筋效率系数 (1)当σp＞fpy后σp-εp按线性关系     

预应力筋-锚具组装件静力性能要求刍议(续)

<正>3.4后张组装件效率系数计算公式3.4.1预应力筋效率系数(1)当σp>fpy后σp-εp按线性关系εpt,min基于前述的近似假定和束各项性能符合正态分布的条件下,     

高土石坝筑坝料本构模型参数研究

对某高土石坝(最大坝高258 m)的8种筑坝料进行了系统的试验研究,通过大三轴试验分析高应力状态下它们的应力-应变-强度特性。结果表明:堆石料的粘聚力c确实存在,而以往认为c=0,所以建议工程中适当取值;坝料抗剪强度呈现明显的非线性;各种坝料变形性质较协调;据邓肯-张模型参数的物理意义,改变传统的取值方法,取不同坐标范围的轴应变εa(如εa=20%,5%,3%,1%)绘图,在尽可能小的εa处求取a(或Ei),在较大的εa范围内求取b。克服了传统方法在一条直线上同时确定2个物理意义完全不同的参数a和b,而无法满足精度要求的缺陷。得到不同坐标范围的邓肯-张模量参数a(或Ei)和b及对应k,n和Rf值,并与常规方法取值综合比较,提出模型参数建议值,通过回归证明拟合较好,为该工程设计计算提供力学参数,为类似工程特别是高土石坝的本构模型参数整理提供了思路。     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。     

不同幅值和频率的交通荷载下黏土变形特性研究

采用GDS空心圆柱扭剪仪对南京河西地区软黏土施加不同循环动应力比(CSR)和不同频率的模拟交通荷载,分析研究土体在交通荷载下的动力特征。试验结果表明:应变曲线随CSR的变化可分为稳定型、临界型和破坏型;在不同频率下,可用频率折减系数对广义剪应变开展进行预测;在较低的CSR(小于0.23)下土体逐渐达到准二次平衡状态,孔压趋于稳定;在较高的CSR下,土体由于结构改变无法达到准二次平衡状态,孔压逐渐上升;不同频率下的孔压变化是由塑性体积应变开展程度和单位时间内塑性体积应变累计“次数”共同作用的;土体的割线弹性(剪切)模量E_d(G_d)与循环正(剪)应变幅值ε_m(γ_m)的关系可以用Hardin-Drnevich模型来描述,发现1/E_d~ε_m或1/G_d~γ_m的斜率与CSR成负线性相关,而频率对土体割线模量几乎没有影响;通过计算土体的总体等效阻尼比,发现土体破坏时其值约为0.018,且该值大小随频率变化影响不大,同时相比于CSR,荷载频率对总体等效阻尼比影响较小。     

柱状节理岩体侧向变形特性单轴压缩试验研究

由于柱状节理网络的存在,柱状节理岩体在单轴压缩下沿柱状节理的滑移、松弛或局部破裂将产生较大的外观侧向变形,相应的侧向应变与轴向应变之比(以下简称侧向应变比)将大大超出连续介质泊松比上限值0.5。正确把握柱状节理岩体较大侧向变形特性,是地下洞室等大型柱状节理岩体工程设计需要解决的关键问题之一. 为此,以石膏混合材料制作柱体与σ₁具有不同夹角β的模拟柱状节理岩体试件,通过单轴压缩试验得到了模拟柱状节理岩体侧向应变比ν_r随β的变化曲线,曲线近似为倒“U”型,并在β=30°时取得最大值,在此基础上根据模拟柱状节理岩体的破坏模式对其侧向变形力学机理进行了分析。最后,参照Ramamurthy各向异性经验模型构建了预测柱状节理岩体侧向应变随夹角β变化的经验公式,将经验预测值与试验实测值进行比较发现两者吻合较好,该经验公式可以较好地预测侧向应变随夹角β的变化趋势。     

基于三维应力状态的静止侧压力系数研究

为研究土体静止侧压力系数K₀,基于土的压缩变形特性,设计制作了一种能够测算K₀的圆筒模型试验装置,对天津地区浅层砂土进行了一维加卸载压缩试验。采用三维土压力盒测试了各方向土压力,得到了深度分别为20、70、120 cm处土体的三维应力状态。基于比值形式的K₀计算公式,揭示了K₀在不同深度处的变化规律,进行了同一深度水平方向x和y上K₀大小的对比分析。结果表明:经过加载、卸载和稳定3个阶段,不同深度的正应力σ_x、σ_y和σ_z均随测试时间先增大再减小后平稳,其中竖向应力值沿深度增加明显减小; 不同深度的K₀变化趋势基本一致,加载前期K₀突变是合理的,且120 cm处的稳定值满足设计规范要求; 加卸载条件下K₀值随深度增加而增大,同一深度处K0x和K0y稳定值的差值在0.04～0.07之间,这与轴对称受力条件和土的各向异性相吻合; 通过传统经验方法得到的K₀值为0.416,处于试验测算得到的K₀稳定值范围内; 该试验装置结构具有稳定性和系统性,操作简单方便,测试结果准确可靠,研究结果可为各种土的K₀研究提供参考。     

花岗岩巷道岩爆声发射振铃计数波动规律研究

开展室内岩爆模拟试验,利用声发射仪监测岩爆过程。分析了岩爆过程声发射振铃计数波动变化规律,运用散点数据差分求导的计算方法,提出一个刻画振铃计数波动特征的指标——振铃计数变化率ξ,基于统计学原理,分析了岩爆过程ξ值的异常变化特征,捕捉岩爆发生前兆。研究表明:岩爆发生前声发射振铃计数会连续出现大幅度波动,声发射ξ值超出稳定阶段波动范围。将稳定阶段声发射ξ值波动范围作为岩爆预警阈值ξ₀,提取ξ>ξ₀时声发射信号作为岩爆前兆信息,进行岩爆灾害预警。水平应力越大,岩爆预警阈值ξ₀越大,岩爆前兆响应系数σ越小。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点有效分布宽度

为研究PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点应力分布规律及其有效分布宽度,采用ABAQUS软件建立42个矩形空钢管、钢管混凝土及PBL加劲型矩形钢管混凝土节点有限元模型并进行位移加载;根据有限元计算结果拟合得到矩形空钢管、钢管混凝土及PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的有效分布宽度表达式,将拟合公式计算值与CIDECT规范计算值和有限元计算值进行对比。结果表明:在节点受力全过程中,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点相对于矩形空钢管节点和钢管混凝土节点的应力分布不均匀性减小;当加载位移达到3%b₀（b₀为主管宽度）时,PBL加劲型节点的有效分布宽度更大,具有更好的受力性能,支板应力分布效率ξ随主管宽厚比2γ与支主管厚度比τ的增大而减小,其中τ对ξ的影响更大;支板应力分布效率ξ随支主管宽度比β变化较小,且呈抛物线变化;拟合公式计算值与CIDECT规范计算值及有限元计算值吻合良好,验证了公式的正确性     

红黏土在不同应力路径下的力学特性试验研究

采用应力-应变控制式三轴仪对贵阳市某基坑内的原状和重塑红黏土进行了等压固结和K₀固结条件下的增p剪切、减p剪切、等p剪切应力路径室内试验,以研究在不同应力路径下红黏土的力学特性。研究结果表明,不同应力路径下红黏土的力学特性有较大的差异,红黏土对应力路径的敏感性与其自身的结构性有很大关系,初始固结条件和应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要表现在对粘聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小。应力路径是孔隙水压力变化特征的决定因素之一。排水条件对红黏土的变形影响较小,对其强度值影响明显。对等压固结和K₀固结剪切结果进行比较,认为其在两种固结条件下的变形和强度上均存在较大差异。     

洱海泥炭质土动剪切模量和阻尼比试验研究

为探究洱海地域泥炭质土动力学特性,利用GDS动三轴仪对重塑土样进行循环加载试验,得到了一系列围压、固结比、频率控制条件下的泥炭质土动应力-应变关系曲线,分析了不同围压、固结比、频率对土体动剪切模量G_d、动剪切模量比G_d/G_dmax和阻尼比λ的影响规律。结果表明:动剪切模量G_d随剪应变γ_d增大而减小,γ_d较小时,衰减速率较小,随着γ_d继续增大,衰减速率先增大后减小;在同一剪应变下,G_d随围压、固结比增大而增大,G_d对频率变化表现不敏感;采用Hardin-Drnevich双曲线模型(H-D模型)对重塑泥炭质土动应力-应变曲线拟合效果较好,动剪切模量比G_d/G_dmax随剪应变γ_d增大而减小,围压、固结比和频率对G_d/G_dmax的衰减规律无明显的倾向性;阻尼比λ随剪应变γ_d增大而增大,围压对λ变化规律影响较复杂,γ_d较小时,λ随围压增大而减小,γ_d较大时,λ随围压增大而增大;固结比越大,λ越大,频率越大,λ越小,λ对频率变化表现更敏感,体现了循环加载下泥炭质土的速率效应。     

Bearing and uplift capacities of under-reamed piles in soft clay underlaid by stiff clay using lower-bound finite element limit analysis

Ensuring a safe foundation design in soft clay is always a challenging task to engineers. In the present study, the effectiveness of under-reamed piles in soft clay underlaid by stiff clay is numerically studied using the lower-bound finite element limit analysis (LB FELA). The bearing and uplift capacities of under-reamed piles are estimated through non-dimensional factors N_cul and F_cul, respectively. These factors increased remarkably and marginally compared to N_cul and F_cul of the piles without bulbs when the bulb is placed in stiff and soft clay, respectively. For a given ratio of undrained cohesion of stiff to soft clay (c₂/c₁), the factors N_cul and F_cul moderately increased with the increase in the length-to-shaft-diameter ratio (L_u/D) and adhesion factors in soft clay (α_s1) and stiff clay (α_s2). The variation of radial stress along the pile–soil interface, distribution of axial force in the under-reamed piles, and state of plastic shear failure in the soil are also studied under axial compression and tension. The results of this study are expected to be useful for the estimation of the bearing and uplift capacities of under-reamed piles in uniform clay and soft clay underlaid by stiff clay.     

堆积体湿化试验及其状态相关弹塑性模型模拟

通过双线法大型三轴湿化试验,研究了较密与较松两种密实度的土石混合堆积体,在不同围压σ₃下湿化前后力学特性的变化规律,分析了湿化对土石混合堆积体的割线模量E₅₀、临界状态摩擦角、峰值状态摩擦角以及临界状态线位置的影响。结果表明,湿化作用会引起堆积体的割线模量E₅₀、临界状态摩擦角与峰值状态摩擦角的衰减,明确了土石混合堆积体湿化前后的等向固结线(ICL)与临界状态线(CSL)的变化趋势。基于无黏性土的状态相关本构模型,对湿化前后的堆积体应力应变关系进行了模拟,与试验结果对比,发现该模型较好地反映了堆积体湿化前后的剪胀特性变化。