超固结土的广义塑性本构模型

鉴于目前超固结土本构模型不能较好地反映土体的实际变形,基于广义塑性理论并引入伏斯列夫面及超固结参数的概念,建立了一个可以反映超固结土变形特性的广义塑性本构模型,该模型采用能较好反映试验资料的Lagioia剪胀方程,在此基础上推导出超固结参数、塑性流动和加载方向张量,并构造了一个可以较好反映土体变形特性的塑性模量,且基于SMP变换应力法将模型三维化,使其能适用于一般应力状态。根据试验资料获得饱和Fujinomori粘土的本构模型参数,利用新的模型编制程序预测超固结土的变形特性,发现预测结果与试验数据吻合较好,表明新的模型可以合理地反映超固结土的变形特性。     

基于大型三轴试验的筑坝材料动力特性对比分析

堆石料和砂砾料在土石坝建设中应用广泛,研究堆石料和砂砾料的动力特性对坝体抗震安全评价有重要意义。基于WYS-2000大型多功能静动三轴试验机,开展了堆石料与砂砾料动弹模量和阻尼比试验,对比分析了围压和固结比对两种材料动模量和阻尼比的影响,并提出阻尼比计算方法。结果表明,围压和固结比的增大均使得两种材料的最大动弹模量和最大动剪切模量提高,围压和固结比相同时,砂砾料的最大动弹模量和最大动剪切模量均较堆石料的高,低围压作用时砂砾料的最大动模量比堆石料高13.4%～26.8%;两种材料动剪切模量比G_d/G_(dmax)-γ_r具有良好的归一性;随着固结比的增大,堆石料和砂砾料的最大阻尼比λ_(dmax)均在增大,在相同固结比作用下,堆石料的最大阻尼比λ_(dmax)比砂砾料高10%～13%。     

粗粒料水平循环单剪动力特性试验研究

针对利用动三轴试验设备进行粗粒料动力特性试验时存在试验成本高和工序复杂等问题,采用自主研发的水平向单剪试验仪,通过大型水平循环单剪试验,研究了粗粒料的动剪切模量和动阻尼比等动力特性。试验结果表明,粗粒料的动剪切模量、动阻尼比与水平剪应变、初始竖向应力、剪切速率和循环数等因素有关。水平剪应变越小,初始竖向应力越大,循环数越多,动剪切模量越大,动阻尼比越小,且动阻尼比随循环数的增多,其减小和增长速率均变小,最终达到收敛。试验结果与动三轴剪切试验结果规律类似,可见采用大型水平循环单剪仪进行粗粒料动力特性试验研究可行、合理。     

大梁水库大坝饱和砂砾料重塑土液化特性及应变发展模式分析

通过对大梁水库大坝砂砾料重塑土进行动三轴试验,分析了该重塑土在动荷载作用下的力学特性,发现在不同围压、不同固结应力比条件下砂砾料的动强度与振动周数之间均可用乘幂函数进行拟合。在等压固结时轴向应变在动荷载作用下存在一个"临界应变点",该点处的动孔压比约为0.8;而在偏压固结时,轴向应变的增长较平稳,无明显临界应变点。不同固结比条件下动剪应力比与动孔压比变化规律为等压固结时,动孔压比增长较快,且动孔压比能够达到1.0,而偏压固结时最大动孔压比仅能达到0.7左右。     

弹簧碰撞塑性应变及有限元分析材料模型选用研究

采用有限元软件仿真分析了弹簧碰撞塑性应变特性及材料模型对塑性应变和当量应力的影响。建立弹簧模型，假定弹簧材料不变，使用不同速度的撞击物撞击弹簧，撞击物模型分别选用刚体模型和动塑性模型，分析塑性应变的产生原因。仿真结果表明了刚性模型和动塑性模型对塑性应变及最大当量应力的影响，对碰撞仿真过程中材料模型的选取具有指导意义。     

基于硬化土模型的淤泥质海堤沉降计算参数取值及灵敏度分析

准确计算淤泥质海堤的工后沉降是保证海堤安全的关键。以长江口南岸某圈围大堤为例,通过土工试验并收集浦东沿海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究数据得到参考割线模量与参考切线模量、卸载—再加载模量取值的经验系数及比例关系,再结合该围堤工程现场实测数据,对硬化土模型在海堤沉降计算中的参数进行灵敏度分析。结果表明,硬化土模型中,对海堤工后沉降量影响最大的参数为E_(ur)~(ref)/E_(50)~(ref),其次为刚度应力参数值m,再次为粘聚力c和内摩擦角φ,参数E_(oed)~(ref)/E_(50)~(ref)及加卸载泊松比v_(ur)对计算结果几乎无影响,并对一些参数提出了相应的推荐值,研究成果可供类似工程参考。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明:砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大。     

考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求.为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大.     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层，上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂，结构松散，多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判．采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验，分析了其动强度、动力变形、动孔压特性，结果表明：砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小，随固结比的增大而增大；弹性模量随应变值的增大而减小，阻尼比随应变的增大而增本.     

膨胀土干湿循环作用下的动力特性试验研究

为研究干湿循环作用下膨胀土的动力特性,对干湿循环条件下膨胀土进行动三轴试验,研究了围压、干湿循环次数、振动次数对于膨胀土动弹模量、阻尼比的影响规律。试验结果表明,土体在动荷载作用下的变形分为稳定型和破坏型,稳定型土体的动弹模量随振动次数增加而略有增加,阻尼比则有减小趋势,破坏型土体在较少的振动次数下很快达到破坏应变。建立了膨胀土的累积变形预测模型,可用于分析土体的累积变形随振动次数的变化规律。不同动应力条件下,土体的滞回圈形态从稀疏到密集,面积逐渐减小,较大应力作用下滞回圈的高度随振动次数的增加逐渐降低。首次干湿循环后对土体的影响最为显著,随后影响趋势逐渐减弱,随着干湿次数的增加,相同应力条件下土体需更多的振动次数才能保持稳定。     

某核电厂软岩地基动态力学参数特征试验研究

  [目的]  循环荷载会影响岩石的强度和力学性质,目前核电工程中等风化砂岩的动态参数研究相对较少。  [方法]  以某核电厂软岩地基中等风化砂岩相关物理参数统计得出物理参数与深度的规律,随后利用MTS三轴试验机进行频率为1 Hz的不同应力幅值循环加、卸荷载试验,得出中等风化砂岩的动力学参数的规律。  [结果]  研究表明:90个中等风化砂岩的取样深度与波速呈幂函数关系,随着深度的增加,砂岩的波速也随之增加,砂岩的密度基本在2.50 g/cm3左右。不同应力幅值循环加、卸荷载试验给出了中等风化砂岩试样在单轴下的滞回环形态、轴应变、阻尼比及动弹模的变化规律:增加循环次数,试样轴应变增加,塑性变形不断增大,滞回环的面积逐渐增加,内部裂隙不断扩展发育,循环所消耗的能量逐渐增大。滞回环的形态皆为尖叶状,在应力减少或者增加的转折点处滞回曲线呈尖状而非圆状,说明试样对应力的变化反应迅速,在应力转折时试样的塑性应变较小。随着动应变增加,试样动弹性模量逐渐减少,阻尼比逐渐增加。动弹性模量、阻尼比与动应变呈线性关系。拟合曲线相关系数R在0.92以上,具有良好相关性。  [结论]  试验研究成果对核电厂软岩地基的动态参数测定和评价具有很好的工程参考意义。     

一种可以描述桩端位移累积的新型Q-z模型

海上风电属变形敏感结构,而导管架基础海上风电结构在服役期内下部桩基础会承受较大竖向循环荷载。在竖向受荷桩基的分析与计算中,采用ABAQUS分析桩端影响区域,依据动三轴实验中砂土的应变累积特性,提出一种新型Q-z模型。与传统Q-z模型比较,该模型能通过不同参数取值,模拟在轴向循环荷载下桩端的位移累积。结合有限元软件COMSOL进行二次开发,模拟单桩轴向循环加载工况,与离心机实验进行对比,验证了该Q-z模型的合理性。在数值计算中分别采用美国石油学会（API）规范系列桩土相互作用模型（p-y）、可考虑桩-土界面强度和刚度循环弱化效应的弹塑性t-z模型,可描述桩端位移累积的新型Q-z模型,分析海上升压站在循环荷载下的响应规律,为海上升压站设计提供相应的建议。     

非线性阻尼模型对重力坝地震响应的影响

阻尼对结构的振动反应有重要影响,目前重力坝设计阶段通常取阻尼比为常数,但不能真实反映结构的阻尼机理。为此,基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用混凝土损伤塑性模型分析了重力坝在地震荷载作用下的损伤发展和能量耗散,提出了重力坝结构非线性阻尼模型的表达式,分别采用非线性阻尼模型和常阻尼模型计算了重力坝在三向地震波作用下的响应,并对结果进行了对比。结果表明,采用非线性阻尼模型计算的结构响应较大,因此采用常阻尼比模型进行结构地震响应分析可能产生不安全的结果。     

Natural frequency degradation and permanent accumulated rotation for offshore wind turbine monopiles in clay

Offshore wind turbine (OWT) monopile foundations are subjected to cyclic loading from wind, waves, and operational loads from rotating blades. Lateral monopile capacity can be significantly affected by cyclic loading, causing failure at cyclic load amplitudes lower than the failure load under monotonic loading. For monopiles in clay, undrained clay behavior under short-term cyclic soil-pile loading (e.g. extreme storm conditions) typically includes plastic soil deformation resulting from reductions in soil modulus and undrained shear strength which occur as a function of pore pressure build-up. These impacts affect the assessment of the ultimate and serviceability limit states of OWTs via natural frequency degradation and accumulated permanent rotation at the mudline, respectively. This paper introduced novel combinations of existing p-y curve design methods and compared the impact of short-term cyclic loading on monopiles in soft, medium, and stiff clay. The results of this paper indicate that short-term cyclic loading from extreme storm conditions are unlikely to significantly affect natural frequency and permanent accumulated rotation for OWT monopiles in stiff clays, but monopiles in soft clay may experience significant degradation. Further consideration is required for medium clays, as load magnitude played a strong role in both natural frequency and permanent rotation estimation.     

海洋循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响研究

海上风电吸力桶基础在25年服役期内,海洋循环荷载作用下桩土相互作用与桩周土状态改变,导致其水平承载力改变。为了研究循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响,该文在砂土地基开展模型试验,介绍吸力桶基础和地基建模方法以及砂土地基的制备和测试。根据水平极限承载力试验结果和循环荷载参数设计循环加载试验,得到吸力桶基础的累积转角随循环次数的增加而增加,增速随之降低。通过对循环加载后的吸力桶基础开展水平单调加载试验,并与水平极限承载力对比。结果表明:循环荷载作用下桩周土趋于致密化,从而导致砂土地基中吸力桶基础的水平承载力增加;水平承载力随循环荷载幅值比和循环次数的增加而分别呈线性和指数增加,随循环荷载对称比的增加呈线性减小,并给出相应的归一化计算公式,为吸力桶基础工程设计提供不同循环荷载作用后的水平承载力计算方法。     

用于排架结构的铅剪切阻尼器试验及数值分析

为进一步促进铅阻尼器在工程中的应用,针对常见的排架结构,研制了一种铅剪切阻尼器,通过低周往复加载试验,逐个分析阻尼材料铅的有效剪切面积、受剪区厚度、剪切截面形式、加载位移幅值、加载频率、加载次数等因素对阻尼器耗能性能的影响。试验结果表明,设计的阻尼器的阻尼力—位移滞回曲线饱满,耗能性能良好,符合双线性力学模型,并对试验中两个典型型号的阻尼器进行了数值模拟分析,通过对比数模值和试验值,证明了数值计算模型的实用性,为阻尼器在结构体系中的减震应用奠定了基础。     

基于卸围压试验的砂岩卸荷本构模型及其应用

鉴于岩体本构模型受岩样应力路径、加卸载状态等因素的影响,为研究卸荷条件下砂岩的本构模型,采用RMT-150C岩石力学试验系统对宜昌砂岩岩样进行了升轴压峰前卸围压、轴压和围压等量减小两种应力路径下的卸围压试验。结果表明,卸荷应力路径不同时,卸荷变形阶段的应力—应变曲线形态有很大差异,但岩样变形模量随围压降低而劣化的规律一致;岩样卸荷破坏强度特征可用Hoek-Brown准则拟合。由此推导出增量形式的卸荷弹脆塑型本构模型,并以算例分析验证了该模型的正确性。