慢速往复荷载下饱和砂土变形特性试验研究

慢速往复荷载作用下土变形特性的研究不多见 ,但实际工程中土受到慢速往复荷载作用的例子很多。本文在先进的GDS应力路径三轴仪上对饱和砂土进行等围压不同周期的慢速往复荷载排水三轴试验。根据试验结果分析了饱和砂土在慢速往复荷载下的应力应变特性 ,并对饱和砂土的新特性 -卸载体缩特性进行了探讨 ,得到一些有益的结论     

饱和砂土在往复荷载作用下有侧限的本构关系实验研究

为了得到往复荷载作用下有测限的饱和砂土的本构关系,反映非线性和滞回特性并能方便地应用于发生液化的情况,进行了系列实验。实验材料包括4种不同松密程度的细砂,加、卸载路径包括等幅的及不等幅的情况。根据实验数据,得到了以双曲线形式表达的砂土应力-应变关系,包括加载曲线和卸载曲线。     

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟Ⅰ：松砂试验结果

采用颗粒流方法模拟不同排水条件下砂土的双轴试验，研究了循环荷载作用下松砂渐进破坏过程中配位数、接触方向、粒间接触力的演化规律，应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性，探讨了饱和砂土液化、状态转换面产生的微细观机理。研究表明：宏观的液化对应于细观组构上配位数的连续累积丧失和粒间接触力的不断减小，其根本原因在于循环荷载往返过程中，组构各向异性与应力各向异性发展的不匹配。研究成果对于揭示砂土变形的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有意义。     

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟I:松砂试验结果

采用颗粒流方法模拟不同排水条件下砂土的双轴试验,研究了循环荷载作用下松砂渐进破坏过程中配位数、接触方向、粒间接触力的演化规律,应用表征上述量的组构参数研究了砂土的诱发各向异性,探讨了饱和砂土液化、状态转换面产生的微细观机理。研究表明:宏观的液化对应于细观组构上配位数的连续累积丧失和粒间接触力的不断减小,其根本原因在于循环荷载往返过程中,组构各向异性与应力各向异性发展的不匹配。研究成果对于揭示砂土变形的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有意义。     

砂土的细观参数对宏观特性的影响研究

基于颗粒流理论,对砂土的室内双轴试验进行了数值模拟,在前人的基础上对颗粒形状和边界条件做了一些改进,采用不规则颗粒代替纯圆形颗粒,用柔性的颗粒边界代替刚性的墙边界.研究了颗粒形状、摩擦系数、孔隙率等细观参数变化对宏观特性的影响.并对计算模型中颗粒单元的性质进行了多组试样的参数比较研究,建立了宏观参数和细观参数的定量对应关系.对研究土体的本构模型具有一定的应用价值.     

往复荷载下预应力混凝土结构的数值模拟

现阶段,预应力技术得到广泛应用,深入研究预应力混凝土结构或构件的抗震性能有着重要的工程意义。在往复荷载下,预应力混凝土结构或构件的材料和力学行为复杂,需要借助数值模型加以准确模拟。本文基于杆件结构纤维模型程序,编制了预应力混凝土杆系结构及构件的数值分析模型。利用该模型,本文对往复荷载下的一榀有粘结预应力混凝土框架试件和一榀无粘结预应力混凝土框架试件,以及一根无粘结预应力混凝土柱试件进行了数值模拟。计算结果与试验结果的对比表明,由于采用了合理而准确的材料滞回模型并合理考虑了预应力的影响,本文开发的杆系有限元数值分析模型能够准确预测往复荷载下预应力混凝土杆系结构或构件的滞回特性,可以用于预应力混凝土实际结构的计算分析及其受力机理的探讨。     

板件在单轴往复荷载作用下非线性屈曲分析的有限元法

本文根据板壳非线性有限元的基本理论，考虑几何和材料双重非线性，导出了分析板壳非线性问题的曲壳有限元法，并编制了计算程序。文中考虑了初始缺陷的影响，对板件在往复荷载作用下屈曲后性能和全过程性状进行了计算分析，并与试验结果进行了比较。     

垂向荷载作用下饱和砂土的液化分析

 博士学位论文摘要　在对近40 a 来关于饱和砂土液化的研究工作调研的基础上, 就垂向荷载作用下饱和砂土液化问题, 进行了一维应变分析, 得到了垂向荷载作用下, 饱和砂土液化的发展过程以及砂土液化区域的扩展过程这两方面的特性。首先, 在固结仪上对往复荷载作用下有侧限的饱和砂土的本构关系进行了系列实验。实验材料包括松散细砂、密实细砂、松散粗砂(分别代表不同密实度和不同颗粒粒径构成的砂土) 。实验过程中, 加卸载路径有等幅的情况, 也有任意的情况。根据实验数据给出了用双曲线表述的应力2应变关系。这种形式的表述, 既避免了用切线模量形式表述的困难, 又解决了用对数形式表述的不能用于有效应力接近于零的问题; 而且形式简单, 又便于应用。接着, 考虑到砂土液化是孔隙水和骨架相互作用的结果, 将饱和砂土作为固液两相连续介质, 建立了垂向荷载作用时饱和砂土的一维应变动力学模型。该模型考虑了孔隙率的变化, 将骨架作为弹塑性材料, 且将渗透率与孔隙率的变化相联系, 使其与实际情况尽可能符合; 同时考虑在一般振动条件下的压力范围内, 可以忽略颗粒和孔隙水的压缩性, 使模型更简洁。然后, 在上述本构及动力学模型的基础上, 对饱和砂土的变形和液化发展进行了数值模拟。模拟结果表明, 垂向振动对饱和砂土的液化发展有显著的影响。在垂向振动作用下, 砂土首先在外载作用端产生局部区域的液化, 然后液化区逐渐向远处扩展, 且由于阻力的影响, 扩展速度随着液化区厚度的不断增长而逐渐减小。砂土骨架的可压缩性越大, 即砂土的初始切线模量越小、初始极限应变越大以及初始孔隙率越大, 则砂土的液化发展越快; 外载强度越高, 即外载幅值和频率越大, 砂土的液化发展越快; 砂土的渗流性越小, 排水越困难, 即初始渗透率越小, 砂土的液化发展越快。由此可认识到, 饱和砂土液化实际上是骨架和孔隙水相互作用的结果; 骨架为了抵抗外部扰动将产生压缩趋势, 从而挤压孔隙水, 力图使孔隙水排出,如果孔隙水难以排出, 两种介质的变形就出现不协调; 这就会导致骨架结构破坏、失去承载能力, 即饱和砂土发生液化。这些结果表明, 垂向荷载对饱和砂土液化的影响不可忽略。     

不规则荷载下饱和砂土孔压模型研究

提出一个适合分析不规则荷载作用效果的孔压模型,该模型以等幅荷载液化试验及孔压模型为基础,基于残余孔压累积原理,利用微分法和叠加法分别构造并进行优选。利用等幅荷载液化试验、人工调制不规则荷载液化试验以及地震波输入动三轴液化试验对所提模型进行检验,结果显示:(1)模型可以较好模拟等幅荷载液化试验;(2)模型可以较好描述人工调制不规则荷载液化试验结果;(3)模型可以模拟不规则地震荷载作用下的孔压增长规律,且对不同地震波型导致的孔压增长规律也有较好复现;(4)模型参数少,能实现孔压实时分析,运用方便。     

往复荷载作用下的圆钢管混凝土柱有限元分析

在选取合理的材料本构模型、单元类型、接触设置和网格划分等关键参数的基础上,利用ABAQUS建立了圆钢管混凝土柱计算模型,对其进行了往复荷载下的有限元分析,得到了圆钢管混凝土柱的滞回曲线。将计算结果与试验结果进行对比得知两者的滞回曲线吻合较好,验证了模型的正确性,因此,提出一些关键参数选取的建议,可为相似问题的圆钢管混凝土柱有限元分析提供参考。     

隔层耗能桁架式抗侧力体系及其低周往复荷载作用性能研究

基于停车需要,提出了隔层耗能桁架抗侧式立体停车结构,并用有限元法对其中隔层耗能桁架式抗侧力体系在低周往复荷载作用下的性能进行了研究,分析了桁架耗能梁段长度对抗侧力体系的刚度、承载力、延性、耗能性能等的影响。结果表明:随着耗能梁段长度的不断增大,隔层耗能桁架式抗侧力体系的刚度、承载力、延性和耗能性能都存在一定程度的减小和退化;剪切屈服型隔层耗能桁架式抗侧力体系的耗能性能比弯曲屈服型的要好,但剪切屈服型的耗能梁段也不能设计得太短,否则会影响体系耗能性能的充分发挥。     

屈曲约束支撑的耗能性能分析

基于ANSYS有限元软件,对屈曲约束支撑的滞回性能进行了分析,并与普通支撑的滞回性能进行对比.采用两种地震波研究钢框架的地震响应,结果表明：相对于普通支撑而言,屈曲约束支撑能进一步提高钢框架的后期刚度和耗能能力.     

循环荷载下胶凝砂砾石材料的滞后及阻尼效应

为探求胶凝砂砾石(CSG)材料在动荷载下的力学特性,通过大型动三轴仪进行了等幅循环加载试验,分析了CSG材料的非线性滞后特性和阻尼比的演化规律.结果表明:加卸载过程中阻尼效应的差异引起了应力-应变曲线的不同步,在加载阶段,应变相位可能超前于或滞后于应力相位,两者相位差与循环次数有关;卸载阶段的应变相位始终滞后于应力相位;整个循环过程始终存在残余变形,从而使滞回环表现为下部不闭合的新月形;随着循环次数的增加,应变相位滞后于应力相位的程度和残余变形均呈大—小—大的趋势.基于新月形滞回环不闭合的特点,根据能量原理讨论了阻尼比的计算方法和演化规律,发现阻尼比的大小取决于残余变形和滞回环面积的大小,演化曲线呈U形.     

开孔Q460高强钢在大应变循环拉伸下的力学性能

对36个Q460高强钢试件进行单调拉伸与循环拉伸下的力学性能试验,探讨开孔数量、开孔位置和加载制度对Q460高强钢试件破坏特征、极限抗拉强度、应力循环特征和耗能能力的影响规律.结果表明:孔洞对Q460高强钢试件的力学性能具有显著影响;开孔试件在孔洞周围出现明显的应力集中现象;未开孔试件的应力-应变曲线更为饱满,且未开孔试件的耗能能力和断后伸长率远大于开孔试件;相较于沿试件长轴方向的孔洞,沿试件短轴方向的孔洞对试件力学性能的影响更为显著;对于相同开孔数量和开孔位置的试件,其耗能能力随加载应变幅值增量的增大而减小.     

泥石流软基消能排导槽流速与消能特性试验研究

排导槽内泥石流流速是排导槽设计时需要考虑的重要参数之一。使用泥石流原样进行室内模型实验,探究了不同泥石流重度、肋槛间距、排导槽坡度下泥石流在排导槽内流速的变化规律和排导槽肋槛对泥石流的消能规律。研究得到如下结论:试验条件下,泥石流排导槽对泥石流流速的降低率随泥石流重度变化不大;泥石流在排导槽内平均流动速度随泥石流重度的增加而减少,随泥石流排导槽坡度的增大而增大,随肋槛间距的增加而增加;泥石流在排导槽内消能率呈现如下规律:单个肋槛平均消能率随泥石流重度的增大而增大,随排导槽坡度的增大而增大。不同肋槛间距下,泥石流在排导槽内整体消能率随肋槛间距的增大而降低,单个肋槛平均消能率随肋槛间距的增大而增大。根据本文研究相关成果,在进行泥石流排导槽设计时,通过合理设计排导槽横断面、坡度、肋槛等参数,能有效控制泥石流流速,达到降低泥石流冲击破坏的目的。     

循环载荷作用下周期充水岩石变形规律的研究

针对三峡库区所面临的周期蓄、排水而带来的重大工程实际和理论问题,在综合阐述国内外在有关循环载荷作用下岩石疲劳变形损伤破坏研究成果的基础上,从岩石变形全过程曲线的4个基本阶段及其相应3个特征点角度,提出了探讨循环载荷作用下周期充水岩石变形损伤演化规律的研究思路和基本方法,为正确认识岩体在周期性荷载作用下的破坏机理进而科学地评价工程岩体的长期稳定性奠定了理论基础。     

单轴压缩条件下含双圆孔类岩石试样力学特性的细观研究

圆孔作为一种典型的岩石缺陷,对岩石的力学特性具有重要影响。采用室内试验及PFC2D程序,构建含双圆孔类岩石试样并对其进行单轴压缩试验,研究其不同圆孔间距、倾角组合条件下的强度、裂纹模式及破裂孕育演化特征。研究表明:(1)当间距不变时,随倾角的增大,试样单轴抗压强度呈先减小后增大的趋势,且在倾角为45°~60°时达到最低单轴抗压强度;当倾角为90°恒定时,随间距的增大,试样单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势,且在间距为40 mm左右时达到最大单轴抗压强度。(2)试样产生的裂纹类型可分为I型(张拉型)裂纹、II型(剪切型)裂纹、III型(混合型)裂纹等三类。当孔距较近时,随倾角的增大,圆孔间裂纹类型逐渐由III型裂纹转变为II型裂纹,两圆孔靠近加载端部一侧的孔壁逐渐产生I型裂纹,靠近试样两侧边界处的孔壁始终会产生II型裂纹。当倾角为90°恒定时,随间距的增大,两孔间相互作用减弱,但两圆孔靠近加载端部一侧及靠近试样两侧边界处的孔壁,始终分别产生I型裂纹和II型裂纹。(3)两孔间岩桥连线上的II型裂纹首先产生,其次在圆孔靠近加载端部一侧的孔壁产生I型裂纹,最后在圆孔靠近试样两侧边界处的孔壁产生II型裂纹。通常构成II型裂纹的声发射事件破裂强度,高于构成I型裂纹的声发射事件破裂强度。     

循环荷载下混凝土应力-应变全曲线研究

利用三峡大学自行研发的大型多功能静动力三轴仪对混凝土试件进行了不同加载速率下的循环加卸载试验。通过对混凝土循环加卸载曲线的包络线与共同点轨迹线进行比较分析,发现共同点轨迹线与包络线形状大体相似,并且可以通过包络线峰值点与共同点轨迹对应值,以及包络线方程,可推断出共同点轨迹线。基于试验数据和对混凝土循环加卸载全曲线的理解,分析了循环加卸载中单个加载和卸载曲线的变化特征,构建了循环加卸载下混凝土应力-应变全曲线方程数学模型,结果表明:所建立模型能够很好地描述循环加卸载下混凝土的应力-应变变化规律。     

加载速率对岩石材料力学行为的影响

 加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在塑性向脆性转变的临界速率。在颗粒流程序下,通过Fish语言编程,虚拟实现岩石数值试件,并进行0.000 5,0.001 0,0.005 0,0.050 0 m/s四个加载速率下的单轴压缩数值试验。分析加载速率对岩石破裂形态、裂纹数量和扩展、应力–应变曲线和能量转换的影响。发现：加载速率的增加破坏优势剪切带的发展,使得剪切带等速发展,材料呈现锥形破坏;加载速率的增加使得材料的力学性能表现出极大的伪增强,材料更破碎,能量损失增大,这与材料吸收和破坏消散能量的能力有关。