碎屑流冲击柔性网的离散元仿真研究

柔性网和碎屑流相互作用包括碎屑流散体运动冲击和柔性网连续大变形两个复杂的力学过程。由于目前柔性网和碎屑流相互作用的力学理论计算方法尚不成熟,为此提出一种利用Hertz–Mindlin黏结接触模型模拟柔性结构,利用无滑移的Hertz–Mindlin模型模拟碎屑流的离散元仿真方法。选择有横向支撑锚索的沟道碎屑流防护结构进行模拟计算,并定义碎屑流动能变化率Wk和碎屑流死区质量与碎屑流总质量之比Fm来对比碎屑流冲击柔性网和刚性挡墙的动态响应过程。结果表明:与冲击刚性挡墙不同的是,碎屑流冲击柔性网时冲击荷载首先沿坡面方向冲击,使承力锚索在水平方向和竖直方向均产生较大的变形。随后冲击荷载作用方向逐渐转变为以水平冲击为主,使堆积区上部锚索的水平偏移值和碎屑流在水平向的堆积范围增大。利用经验公式求得的作用于刚性挡墙的最大法向冲击合力与数值计算结果较为一致,而利用经验公式求得的作用于柔性网的最大法向冲击合力比数值计算结果大45%以上,因此利用经验公式计算碎屑流作用于柔性网的最大法向冲击力时,需要重新确定动土压力系数CD和弗洛德数Fr之间的关系。     

振动冲击夯的力学模型及其解法的研究

振动冲击夯是一种小型夯实机械,具有体积小、重量轻、夯实效果好、适用范围广、机动灵活、操作方便、安全可靠等一系列优点。振动冲击夯的研制是一个具有较大难度的项目,据说原西德研制振动冲击夯用了10年时间,我国研制振动冲击夯,从60年代初至今已有30多年的历程。据介绍,我国振动冲击夯质量不过关主要表现在两方面:第一,工作弹簧质     

被动柔性防护网中减压环力学试验及有限元分析

 为研究被动柔性防护网中减压环力学模型和耗能计算公式,首先,分析减压环的作用机制,得到其受力性能的主要影响因素为：预紧力、铝套筒长度、钢管壁厚和钢管环径;接着,进行减压环力学试验及有限元分析,验证结果与试验结果吻合较好;然后,进一步研究主要影响因素下减压环的荷载–位移曲线及其耗能特点,并结合工程实例,对比分析有减压环和无减压环时被动柔性防护网在落石冲击下的动力响应。研究结果表明：(1) 减压环启动荷载随铝套筒长度的增大或钢管环径的减小而增加。其耗能在一定范围的铝套筒长度下变化较显著,而钢管环径对耗能的影响不大;(2) 减压环启动荷载及耗能随着预紧力或钢管壁厚的增大而增加;(3) 减压环的荷载–位移曲线满足三阶段变化规律,提出的三折线分析模型能够很好地反映减压环荷载–位移曲线特点,给出的耗能计算公式便于减压环的设计及工程应用;(4) 减压环能使被动柔性防护网的柔性增强,冲击作用时间延长,并能降低与减压环连接的拉锚绳、支撑绳等构件的耗能。     

冲击荷载作用下饱和砂土孔压特性的简化力学模型与分析

利用离散模型数值模拟了饱和砂土落地冲击实验引起砂样内动孔隙水压力的周期变化 ,指出了出现负压截断的原因 ,给出了孔隙水压力的周期与装砂结构固有频率的关系以及冲击载荷 (对应于实验中的砂土下落高度 )对孔压的影响     

柔性网主动防护系统锚杆抗剪计算模型的改进

讨论了采用非预应力锚杆的钢丝绳网主动防护系统的设计方法,在对该类型柔性网主动防护系统设计方法总结分析的基础上,结合葛修润等对锚固岩体的受力模式的研究成果,对其中锚杆的抗剪计算模型做了局部改进,从而对柔性网主动防护系统研究奠定了基础。     

碎屑流冲击刚性挡墙的力学模型研究

山体滑坡或山体崩塌所产生的碎屑流常对拦挡结构造成严重的危害,通过室内模型试验研究刚性挡墙抗碎屑流冲击的力学模型。根据64组试验的碎屑流冲击过程,建立冲击力力学模型,计算出法向冲击力、切向冲击力及冲击力的作用高度。并将试验结果中的最大冲击力及残余力,与Ashwood模型、Adel模型及所提模型进行比较。结果表明,所提模型计算出的冲击力与试验结果更加吻合,Ashwood模型计算出的冲击力相比试验结果偏小,Adel模型的结果相比试验结果也较接近。在假设基底反作用力的位置为堆积区长度的2/3的条件下,冲击力作用高度与试验结果最接近。最大的法向力与切向力都随着基底摩擦角的增大而不同程度的增大,挡墙摩擦角只对切向力有明显影响。研究结果可为滑坡或崩塌碎屑流的防灾减灾设计提供参考依据。     

竖向荷载下柔性接口管道的纵向力学计算

探讨了柔性接口管道在竖向荷载作用下的竖向位移计算方法和计算模型。据此对管道的竖向位移，转角，弯矩，剪力等纵向力学性状进行了计算，通过与工程测试结果比较，验证了该计算方法与计算模型的合理性，为给排水管道的合理优化设计，施工及运行管理等提供了一定的理论基础。     

岩体在冲击载荷作用下的各向异性损伤模型及其应用

建立了一个各向异性的损伤模型，用于描述岩土工程中预留岩体在冲击载荷下的损伤演化特征。以二阶张量为损伤变量，推导了依赖于损伤变量的弹性模量表达式，利用一个等价状态，建立损伤岩体的本构关系。为了反映冲击载荷下岩石材料的应变率敏感性，对损伤的门槛值进行粘性调整。研究结果表明，该损伤模型能够模拟岩石材料在冲击载荷下的损伤特征，可以为岩土工程中经历过冲击扰动作用的岩体的稳定性分析提供理论依据。     

被动柔性防护网结构的累计抗冲击性能研究

针对被动柔性防护网在实际工程中承受累计冲击的现状,开展标称能级为1 500 kJ的防护网结构足尺落石试验,在无修复状态下进行连续累加冲击;基于LS-DYNA的显式算法,对试验进行全过程模拟;进而采用数值分析开展标称能级为750,3 000和5 000 kJ系统的累计冲击模拟。结合试验与数值仿真研究累计冲击作用下,结构的传力机制、变形特征、耗能分布。结果表明:中跨已成功拦截1 500 kJ落石冲击的被动柔性防护网,仍具有继续承受左跨750 kJ、右跨750 kJ和中跨1 500 kJ共4次连续冲击能力。系统的冲击力学行为具有明显的三阶段特征,随着累计冲击的开展,系统的主要耗能由第二阶段转换为第三阶段;减压环的耗能比例降低,网片的耗能比例提高;结合各工况的性能曲线,建立系统的能量储备系数与各阶段能量比例的相关计算公式,采用该公式可对系统的能量储备进行预估,研究结果为被动柔性防护网结构的设计提供理论基础。     

含水量对沉积岩力学性质及其冲击倾向性的影响

 通过试验和统计分析系统研究不同含水条件下煤系沉积岩石力学性质及其冲击倾向性,建立岩石力学性质及其冲击倾向性与含水量之间的相关关系和模型,揭示含水量对岩石力学性质及其冲击倾向性的控制机制。研究表明：岩石单轴抗压强度和弹性模量值随含水量的增加而降低;不同岩性岩石单轴抗压强度和弹性模量值受含水量的影响程度不同,降低的速率受岩性所控制。在干燥或较少含水量情况下,应力–应变曲线在峰值强度后岩石表现为脆性和剪切破坏,具有明显的应变软化特性,且随着含水量的增加,峰值强度后岩石主要为塑性破坏,应变软化特性不明显。随着含水量的增加,岩石脆性指标修正值(BIM)逐渐增加,弹性变形指数逐渐减小,岩石在受力过程中储存的弹性应变能随含水量的增加而急剧减少,而消耗的塑性永久变形能相对增加,即岩石的冲击倾向性随含水量的增加而显著降低。     

冲击载荷下新型炮眼堵塞器的力学特征研究

针对煤矿井下炮眼堵塞大量采用粘土炮泥存在运输量大、装填费时以及劳动强度大等问题,开发研制出一套堵塞密实、装填快捷、运输方便的新型炮眼堵塞器。利用电液伺服试验机和改进SHPB试验系统分别对堵塞器和粘土炮泥进行静载、冲击试验,检验其堵塞效果。结果表明:堵塞器和粘土炮泥在静载条件下的峰值荷载分别为18.8 kN、4.3 kN,与粘土炮泥相比,堵塞器提高了340%;在相同冲击入射能条件下,采用堵塞器比粘土炮泥压缩变形量减小22%～66%,在孔内运动时间延长14%～63%。研究结果表明,该堵塞器能够实现多级压紧缓冲胀裂,改善炮眼堵塞效果,为炮孔爆破堵塞提供了一种新方法。     

泵送柔性换向控制技术在降低冲击方面的应用

本文针对超高压、大流量混凝土泵在泵送过程中系统压力冲击大,且采用常规降冲击方法效果不明显等问题,分析在超过压、大流量的特殊环境下,影响泵送换向冲击大的主要因素,提出了采用泵送柔性换向控制技术降低冲击,为超高压、大流量液压系统设计提供了依据。     

冲击荷载下半柔性道面材料的本构关系研究

对半柔性道面特性分析后发现,半柔性道面材料能够适用于混凝土非线性弹性本构模型。在非线弹性本构模型的基础上引入损伤因子对本构方程进行优化,最终确定了冲击荷载下半柔性道面材料的动态本构方程。对3种不同空隙率的半柔性道面材料的试验数据进行拟合,发现优化后的方程可以较好地描述半柔性道面材料在冲击荷载下的动态力学性能。     

花管与潜水面相交下的冲击试验模型研究

针对潜水井中的冲击试验,在花管与潜水面相交的情况下,由于注入井中的水分潜水面上、下两个部分流入含水层中,造成模型由线性变成非线性的问题,建立新的潜水井中的冲击试验计算模型,给出模型的解析解,并运用溶质浓度示踪技术,算出从潜水面以下部分流走的的水量,最终得到含水层渗透系数。而这与传统研究中,仅通过对测井的有效半径进行修正,来解决这一问题的方法不同。以西藏江雄水库库区一潜水完整井为例,进行现场试验,运用建立的模型,计算出含水层的渗透系数,并将其与Bouwer-Rice潜水井冲击试验模型的计算结果、以及抽水试验的结果进行对比,试验结果表明,建立的模型能够真实地反映地层的渗透特性。对冲击试验标准水头恢复曲线特征进行分析得出：当曲线以较慢速率下降时,才真正反映含水层的渗透特性。     

冲击载荷作用下含孔洞大理岩动态力学破坏特性试验研究

 利用一种大理岩试件加工制备含圆形和椭圆形孔洞的板状试样,试样尺寸为60 mm×60 mm×15 mm,使用75 mm杆径的分离式霍普金森压杆(SHPB)进行冲击压缩试验,通过超动态应变仪监测入射杆和透射杆的应变信号,利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程,分析冲击载荷作用下预制孔洞试样的动态抗压强度、破坏模式和裂纹扩展特性。研究发现,孔洞大小、形状和空间位置对岩石的动态抗压强度都有一定影响,孔洞的存在降低了大理岩试样的动态抗压强度。在冲击载荷作用下,预制中心孔洞的大理岩试样在孔洞周边产生平行于轴向加载方向的初始拉伸裂纹和类X型初始剪切裂纹,在试件破坏中起主导作用。圆形孔洞试样中,随着孔径增大,剪切裂纹扩展速度随之增大,而拉伸裂纹扩展速度则减小;椭圆形孔洞的长短轴比、长轴与加载方向的夹角均是影响裂纹扩展速度和动态抗压强度的因素。在30～45 s－1的加载应变率范围内,大理岩孔洞试样的平均裂纹扩展速度为100～450 m/s。     

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁力学特性数值研究

为研究RC梁在冲击荷载作用下的力学特性,以混凝土强度、纵筋与箍筋配筋率、冲击体的冲击速度以及RC梁的跨度为主要参数对RC梁在冲击作用下的力学性能进行了数值分析,通过与已有试验结果对数值模型进行标定,获取了冲击力时程曲线、位移时程曲线以及破坏形态,验证了数值结果的正确性。分析结果表明,混凝土强度主要影响RC梁的破坏形态;纵筋配筋率对RC梁跨中位移影响较大;冲击体速度会同时对RC梁的破坏区域和跨中位移产生影响;RC梁跨度不仅会改变梁跨中位移也会改变梁的振动频率与反弹速度。     

软土地区长短桩支护结构简化力学模型研究

长短桩支护结构不但能够节约工程造价,而且节省了工期,但目前仍缺少合理的设计计算方法。针对软土地区长短U型钢板桩,提出其等效力学模型,基于杆系有限元增量法计算单支点长短桩桩体位移,通过三维有限元模拟桩身变形,并分析绕流破坏条件下长短U型钢板桩合理的配比数,证明该力学模型及杆系有限元增量法是可行的。     

应用煤岩组合模型方法评价煤岩冲击倾向性探证

在大量实验室试验的基础上，总结、分析了煤岩组合模型的冲击倾向性，并与单一煤模型的冲击倾向性进行了对比分析。研究结果表明，采用煤岩组合模型测得的冲击倾向性指标均高于单一煤模型；同时考虑到实际煤岩层结构特点与覆存特性，建议采用组合模型来评价煤岩冲击倾向性。     

三维静载与循环冲击组合作用下砂岩动态力学特性研究

 利用动静组合加载试验装置,对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验,研究砂岩抵抗循环冲击载荷能力的变化特性,并重点讨论围压和轴压对砂岩动态疲劳力学特性的影响。围压分别设置为4,8,10和12 MPa四个系列,轴向静载荷分别设置为49,84,105和125 MPa四个系列,入射杆上的入射波大小相等,入射能大小为230 J。结果表明,相同围压下,总循环冲击次数随轴压的增大而减小;相同轴压下,随围压的增加,岩石承受的总循环冲击次数增加。随循环冲击次数的增加,岩石动态峰值应力、加载段的变形模量和弹性应变逐渐减小,动态峰值应变和残余应变逐渐增加。动态峰值应力和平均应变率具有良好的负线性关系;相同围压情况下,随轴压的递增,动态峰值应力和平均应变率拟合直线斜率的绝对值越来越大;相同轴压情况下,随着围压的增加,拟合直线斜率的绝对值越来越小。三维静应力情况下,减小轴压或增加围压有利于提高岩石抵抗外部循环冲击的能力。     

基于界面牛顿力测量的双体灾变力学模型研究

 地震和滑坡灾害是人类面临的2种主要地质灾害,严重威胁人类社会的安全。这两类地质灾害的本质是相同的,通常与沿着构造带(面)两侧块体的相对运动有关。然而,常规监测方法主要针对位移、水位等进行监测,这些参数是产生灾变的必要条件,而非充分条件,不能作为灾变预测的主要依据。通过实验室模拟研究,首先发现“牛顿力突降,灾变发生”的实验现象,证明2个块体相对运动的核心问题是构造带(面)上的牛顿力变化;其次,在此基础上建立基于牛顿力变化测量的双体灾变力学模型和数学表达,并提出牛顿力的测量方法;最后,利用自主研发的牛顿力变化远程监测预警系统,通过滑坡现场监测,证实“牛顿力突降,滑坡发生”的科学现象。