考虑温—压耦合影响的水合物沉积物宏细观Duncan-Chang损伤模型

为了反映温—压环境对水合物沉积物力学特性的影响,定义新的温—压状态参数. 从温—压环境对沉积物细观结构的作用机制出发,采用三相球模型提出考虑温—压环境对水合物沉积物细观各组分和各组分间接触界面影响的多尺度弹性参数预测模型. 基于传统Duncan-Chang模型与统计损伤理论,引入极限损伤值,建立Duncan-Chang统计损伤模型. 对比在不同温—压环境条件下水合物沉积物的三轴试验结果与模型预测结果,验证所提模型的有效性和合理性. 结果表明：该模型能够考虑水合物饱和度、温—压环境以及沉积物骨架的粒径级配影响,能够较好地模拟水合物沉积物在不同温—压环境下应力—应变全过程.     

疏浚淤泥EPS颗粒轻质混合土本构模型研究

不同配比的EPS颗粒轻质混合土的等向压缩试验和固结排水剪切试验结果表明，轻质混合土的力学特性，取决于试样的胶结结构强度及试验所选择的围压．基于殷宗泽建立的双屈服面模型，通过引入能反映轻质混合土胶结结构强弱的参数β，及反映其胶结结构逐渐破损的参数ω，建立了考虑轻质混合土结构性的弹塑性本构模型．模型试验结果表明，改进模型能反映不同配比EPS颗粒轻质混合土变形的基本规律．     

土石混合体细观力学参数对宏观力学特性影响研究

为了系统地研究土石混合体细观力学参数对其宏观力学特性的影响,首先在不规则块石体三维离散元模型的基础上,建立了符合宏观统计规律的含石量为50%的土石混合体三维离散元模型;然后进行了不同石-土颗粒法向刚度的比值、不同石-土颗粒法切向刚度比的比值、不同石-土颗粒摩擦系数的比值和不同石-土颗粒间黏结强度与土-土颗粒间黏结强度的比值等情形下的土石混合体大三轴试验三维颗粒流数值模拟,分析了各种情形下土石混合体的宏观力学响应;最后从微裂纹演化、摩擦功、块石颗粒转动特征等多个角度对各细观力学参数影响的细观机理进行了揭示.结果表明:随着石-土颗粒法向刚度比值的增大,试样初始模量增大,破坏应变和峰值强度均减小;石-土颗粒法切向刚度比的比值和石-土颗粒间黏结强度与土-土颗粒间黏结强度的比值对土石混合体的宏观力学行为影响不显著;石-土颗粒摩擦系数的比值越大,峰值强度和残余强度越大.     

型钢高强高性能混凝土框架节点P-Δ恢复力模型

为了解地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁柱节点的滞回性能和恢复力特性,进行了5榀1∶4比例不同混凝土强度等级、不同轴压比的框架中节点低周反复加载试验。在试验所获得的滞回曲线和骨架曲线的基础上建立了适合于型钢高强高性能混凝土框架节点的考虑刚度退化的三线型恢复力模型。该恢复力模型包括一条基于计算的三折线骨架曲线模型、刚度退化规律以及基于试验现象的滞回规则。所提出的恢复力模型能较好地反映试件的滞回性能,可供型钢高强高性能混凝土框架节点及其结构在进行弹塑性地震反应分析时参考。     

基于3维离散元颗粒流的土石混合体大型直剪试验模拟分析

为能更好的揭示土石混合体的剪切特性与力学行为,以新疆博乐地区某土石坝心墙料为研究对象,选取了3种不同含石量的室内混合料试样,通过导入随机多面体模板建立真实块体颗粒模型,并进行了不同含石量在不同围压下的的三维颗粒流土石混合体室内大型直剪试验模拟,研究了含石量对试样抗剪强度的影响,分析了土石混合体在剪切过程中的体积变化以及不同含石量下土石混合体的力链网络分布。结果表明：模拟结果与室内试验的拟合度较好,二者具有良好的一致性;含石量对土石混合体的剪切特性有显著影响,含石量越高,土石混合体的抗剪强度越大;在相同法向应力下,试样的剪胀量随着含石量的增加而增大,低含石量试样表现出一定的“软化特性”,高含石量试样表现出“硬化特性”;不同含石量的土石混合体力链网络分布表现为各向异性,随着含石量的增加,强力链数目增多,分布更加集中,试样整体较为稳定,土石混合体在宏观上表现出更高的剪切强度。该研究可以更好的理解土石混合体的细观力学机理,可为相关岩土力学模拟提供参考依据。     

粉土抗液化特性的试验研究

本文对不同干重度，含粘粒不同的重塑粉土样进行了系统的振动三轴试验，研究得出：（１）含天然粘土颗粒的粉土剪应力比随粘粒含量呈抛物线形变化，最低点在粘粒含量为９％左右。２）粉土抗液化强度随干重度增大，抗液化强度增强；反之，粉土抗液化强度降低，为今后阐明粉土液化机理奠定了基础。     

砂土的应力路径损伤本构模型

在工程荷栽范围内,不计砂土骨架颗粒的变形,骨架的变形实际是颗粒接触面变形的总和.骨架的变形主要受土颗粒之间的联结方式控制,论文将土颗粒之间的联结方式分为完善联结和滑动联结.在弹性变形阶段,颗粒之间的联结为完善联结,随剪应力的增大,骨架中一部分完善联结逐渐变成滑动联结,这种转变即为损伤的演化.骨架的损伤和破坏遵循Mohr-Coulomb准则,在p-q平面中以应力点到初始损伤线和破坏线的相对距离表示损伤比,论文给出了一种描述骨架损伤和计算损伤演化的方法,进而提出了一种描述砂土变形行为的损伤本构模型.模型中的参数可根据常规三轴剪切和等应力比固结两种应力路径试验确定,模型的形式简单,可适用于复杂的应力路径情况.对试验结果的拟合表明该模型能较好地反映砂土的主要变形特征--非线性、弹塑性和剪胀性.     

加筋粗粒土大型三轴试验研究

采用大型三轴剪切仪,对粗粒土,加筋粗粒土强度变形特性进行了实验研究。试验结果表明不同围压条件下粗粒土和加筋粗粒土剪切的应力-应变关系类似,应力应变关系表现为应变硬化型;当轴向应变较小时,加筋效果不明显,随着轴向应变的逐渐增大,加筋效果逐渐发挥;粗粒土加筋后的内聚力c有明显增加,但是内摩擦角φ基本不变,侧向变形减小,体积变形增大;对邓肯-张模型的适用性进行分析,表明邓肯-张模型中切线弹性模量能很好适用于加筋粗粒土,但不能很好地反映加筋粗粒土变形特性;在试验的基础上提出了轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立了粗粒土的体积应变与轴向应变的函数方程,并对粗粒土以及加筋粗粒土的三轴试验体积应变数据进行了预测。     

基于滑车碰撞试验的轿车座椅骨架轻量化研究

为获得某款轿车轻量化座椅骨架的滑车碰撞性能参数,并在该参数基础上对座椅骨架进行优化设计,根据滑车碰撞试验方法建立座椅骨架动态特性仿真模型,利用Ls-Dyna软件进行座椅骨架滑车碰撞试验仿真,得到轻量化座椅骨架的滑车碰撞性能参数和优化设计参数.结果表明,该轻量化座椅骨架完全满足滑车碰撞试验的强度要求,且经过优化设计进一步减重8.4%,为座椅轻量化及滑车碰撞试验提供了参考依据.     

垂直管内水合物浆液流动特性的CFD-PBM数值模拟

深海天然气水合物在固态开采过程中,当温度、压力平衡被打破时,开采管路中的水合物浆液由液固(水合物颗粒、海水)两相变为气液固(天然气、水合物颗粒、海水)三相的流动。以水合物浆液的气相为主要研究对象,采用CFD-PBM模型对气泡行为变化进行Fluent模拟,并对该模型进行了验证,模拟结果与实验值吻合度较高。结果表明,PBM模型模拟的浆液流态分布较为均匀,气泡的大小在流动过程中主要从小气泡到大气泡;气泡的初始速度对管道水利提升速度影响较大;在浆液湍动能为0.5 m2/s3、气含率为0.3时,气泡会出现二次聚并破碎。通过CFD-PBM计算得到水合物浆液体系中气泡大小分布能够较好的预测水合物颗粒分解出气相后的浆液流动特性。     

复杂应力条件下土的结构性本构关系

结合陕西杨凌非饱和黄土不同条件下的三轴试验资料，将作者提出的一种新的土结构性定量化参数（应变型综合结构势）引入土的强度变形特性分析，发现在同一围压下土结构性参数对不同影响因素下的应力应变曲线均具有较好的归一化作用。基于归一化曲线所表现出的双曲线特征，用类似邓肯一张模型的处理手法构造了非饱和黄土的结构性本构关系，本构模型的参数均可由试验确定。由于本文提出的土结构性本构关系引入了能够反映复杂应力状态的土结构性参数并且与邓肯一张模型形式相同，因而具有应用范围广泛和便于程序分析的潜力。试验验证表明，结构性本构关系可以较好地反映非饱和黄土的强度变形关系。     

考虑冻融效应的岩石损伤统计强度准则研究

从岩石微元强度服从Weibull分布的角度出发,运用损伤力学理论,考虑冻融与荷载的耦合作用,建立了岩石总损伤模型,并开展红砂岩冻融循环力学特性试验,验证了模型的合理性.在此基础上,根据岩石应力应变曲线的极值特性,利用多元函数全微分的方法建立了考虑冻融效应的岩石强度准则.研究表明:模型参数与岩石变形破坏参量的理论关系,可反映冻融损伤的内在机制与所选物理量的一般变化规律,增强了准则的适应性;所建强度准则的理论曲线与试验曲线吻合度较高,并能够反映岩石强度莫尔包络线的曲线特征,且考虑了岩石的损伤特性;与其它强度准则相比,该强度准则能反映不同冻融次数下各极限状态的应力应变与岩石参数之间的关系,可为寒区岩土工程结构稳定性评价提供一定的参考.     

块石颗粒形状对碎石土渗流特性影响研究

碎石土是由不同形状的块石颗粒组成,块石颗粒形状不仅会影响碎石土内部的细观结构,也 会影响其渗流特性．基于碎石土细观结构模型,将不同形状的块石颗粒简化为圆形、正方形、正六边 形和正八边形,分析块石形状对碎石土的渗流特性影响．发现不同形状块石组成的碎石土中水的渗 流量不同,随着孔隙率增大,块石形状对其渗流特性的影响越明显．常水头渗流试验表明：不同形状 块石,渗透系数差异明显,其中规则块石（近似正方体）渗透系数最大,泥岩颗粒（近似多面体）渗透 系数最小．数值模拟试验结果与常水头试验结果二者的规律吻合,说明数值模拟试验结果可靠．     

非饱和橡胶粉土土水特征曲线及颗粒接触状态

将废旧轮胎与土混合作为建筑材料应用于土木工程领域是处理废旧轮胎最有前景的措施之一。为了研究废旧轮胎橡胶颗粒改良粉土的效果,以橡胶颗粒与粉土的混合土为研究对象,采用滤纸法测定橡胶粉土的土水特征曲线,分析含水率、橡胶含量对土水特征曲线的影响。结果表明：同一橡胶含量下,混合土的基质吸力随含水率增大非线性减少,呈现出典型的3阶段特征;在同一含水率下,基质吸力随橡胶颗粒含量呈先增大后减少的趋势,当橡胶含量为20%时,混合土的基质吸力最大;基于Van Genuchten模型建立混合土的土水特征曲线模式;基于颗粒接触理论,考虑颗粒比重不同,建立混合土的接触状态模式,构建骨架孔隙比描述混合土的非饱和特性,混合土的基质吸力随着骨架孔隙比的增加呈先增加后减小的趋势。     

基于骨架构建药剂真空预压法加固超软土试验

针对温州某工程中的高含水率超软土,通过添加不同药剂结合真空预压开展模型桶试验,对真空度、排水速率和含水率进行测试;选取工程实际中可行性较高的药剂开展模型池现场试验,探究不同药剂对土颗粒粒径及渗透性的影响.从两种试验可以得到如下结论：1）模型试验中,经固化剂或絮凝剂+固化剂结合真空预压处理废浆可以获得较好的加固效果.2）加入固化剂能够快速改变土体的界限含水率和抗压性能,通过胶结力生成骨架结构而增加了超软土渗透性,使真空排水阶段含水率降低120%.3）絮凝剂通过长链“架桥”吸附土颗粒生成链状体,絮凝脱水效果好,絮体含水率直接降低80%,但在真空阶段时渗透性较差,排水速率较慢;絮凝剂和固化剂组合添加不仅可以得到好的絮凝效果,而且由于固化剂的骨架构建作用使其在真空预压阶段具有良好的渗透特性.研究表明,基于骨架构建的药剂真空预压法加固超软土的效果十分显著.     

颗粒物料在回转窑内的运动特性模型

为了研究颗粒物料在回转窑内的运动特性，通过试验方法研究了操作条件（如回转窑转速、倾角、给料速率等）对颗粒物料在回转窑内停留时间等运动特性的影响，利用散体颗粒理论和矢量分析的方法建立了反映颗粒物料在回转窑内的运动特性的颗粒随机轨迹运动模型.该模型引入了在回转窑低填充率（小于10%)条件下给料速率对窑内物料运动特性的影响，可以更准确地预测固体颗粒状物料在回转窑内的平均停留时间.通过与试验数据的对比，证明随机颗粒轨迹模型是一种预测回转窑内颗粒物料运动平均停留时间和平均体积流率的有效工具.     

考虑温度效应的路基粗粒填料亚塑性模型

为了研究温度效应对路基粗粒填料静力剪切特性的影响,对GDS大三轴试验系统进行温控模块升级,采用循环流体加热模式实现对试样温度的精准控制. 选取浙江省某路基采石场碎石填料进行饱和排水剪切试验,分析不同温度下低围压路基填料静力剪切特性. 基于试验数据,建立剪胀指数与围压之间的关系,对von Wolffersdorff亚塑性模型进行改进以反映路基填料在低围压下的剪胀性. 在此基础上,提出温度对粗粒填料剪胀性及强度影响的本构关系式,建立考虑温度效应的路基填料亚塑性模型. 研究表明,温度升高使密实路基填料表现出软化现象,峰值强度随温度升高而降低;路基填料围压越高,峰值强度随温度的衰减越明显;残余强度基本不受温度变化影响. 所建立的模型能够模拟低围压填料强度与围压的非线性关系,准确反映不同温度下密实路基填料的剪切特性,可以作为温度效应下粗粒土剪切特性模拟的有效工具.     

不同颗粒强度人工模拟粗粒土三轴试验研究

通过制备不同强度水泥球形颗粒,并以一定级配制成人工模拟粗粒土,以此进行三轴固结排水剪试验,研究了颗粒强度对粗粒土强度及变形特性的影响。试验结果表明:颗粒强度对粗粒土强度和变形特性均有明显影响,颗粒强度的提高引起抗剪强度的增大以及体积变形的减小。低围压下,高颗粒强度的粗粒土表现为应变软化,低颗粒强度的粗粒土则表现为应变硬化,体积变形均为剪胀;高围压下各种颗粒强度的土均表现为应变硬化,体变表现为剪缩。线性强度指标c、φ和邓肯E-B模型参数K、K_b与模拟料颗粒强度的关系均可用直线表示,非线性指标φ₀、φ与颗粒强度关系则近似用二次曲线表示。峰值摩擦角φ_f与粗粒土颗粒强度也呈线性关系,颗粒强度每增大1 MPa,峰值摩擦角φ_f增大0.066 5°。     

基于Weibull分布的土-结构接触面统计损伤软化本构模型

以法向应力为0.8-1.0 MPa条件下的土-结构接触面剪切力学特性及变形性态为依据,从土-结构接触面抗剪强度的随机性出发,将接触面上的整体剪切破坏视为有限个微元的剪切破坏的组合,提出了基于平面应变条件下Mohr-Coulomb屈服准则的土-结构接触面微元强度表达式,在假定微元强度或微元破坏服从双参数Weibull分布的基础上,建立了土-结构接触面统计损伤软化本构模型.结果表明,模型能够较好地反映土-结构接触面变形破坏的全过程,尤其是剪切过程中所表现出的应变软化特性,其模拟与试验结果曲线的相关系数达0.99以上.     

粗粒土三轴试验的细观模拟

对排土场粗粒土进行室内三轴固结排水试验,以此试验结果为基础,基于三维离散元颗粒流理论,从细观角度出发,以PFC3D为工具,通过自编程序并引入接触黏结模型,得到按级配生成的粗粒土三轴试验三维颗粒流模型.对比了不同围压下颗粒流模型与三轴试验的应力应变关系.分析了颗粒细观参数对粗粒土强度的影响.结果表明:按级配曲线得到的PFC数值模型的应力应变曲线的变化趋势与试验值一致,但强度值略低于试验值.粗粒土强度随颗粒间摩擦系数、接触处黏结强度的增大而提高;颗粒形状对材料的抗剪强度影响显著.研究意义在于从细观角度揭示影响粗粒土强度的因素,突破了常规三轴试验的局限性.