关于直剪试验若干问题的讨论

岩土体的抗剪强度是岩土工程实践中一个重要参数,而直剪试验是确定岩土体抗剪强度最常用的方法之一。基于数值模拟和室内试验探讨了直剪试验存在的若干问题。研究发现,剪切速率对直剪试验的影响主要表现在排水条件上;方形试样中剪切位移对剪切带有效面积的影响略小于圆形试样;剪切过程中,法向应力和剪应力的变化会引起应力在时空分布上的不均匀性,会导致试样内主应力发生偏转,并通过数值模拟验证了该结论。该研究结果对直剪试验的改进和修正提供了较好的依据。     

不同剪切速率下格栅–土界面循环剪切及其后直剪特性

 为了研究剪切速率对砂土与土工格栅界面剪切特性的影响,采用室内大型直剪仪对土工格栅加筋砂土试样分别进行不同剪切速率下的单调直剪试验、循环直剪试验,并在循环直剪试验结束后接着对试样进行单调直剪试验,研究了剪切速率对筋土界面剪切应力、剪切体变的影响,对比分析不同剪切速率下单调直剪试验的结果与经受过循环剪切后的单调直剪试验结果的差异。试验表明：剪切速率对单调直剪条件下筋土界面的剪切特性影响不大;循环剪切过程中,低剪切速率和高剪切速率下分别发生循环剪切软化和循环剪切硬化现象;剪切速率对循环剪切后的筋土界面直剪特性影响较明显,受循环剪切后筋土界面的抗剪强度比不受循环剪切作用的要低。     

断续节理直剪试验与PFC2D数值模拟分析

 在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。     

原位直剪试验测试强风化岩体强度参数的数值模拟

简述了某强风化岩的原位直剪试验,并采用数值模拟手段对试验进行模拟还原。结果表明,模拟得到的土体强度参数与试验值较为接近,在一定程度上证明了数值计算方法的准确性。而后对试样的应力变形特性进行了分析,试样剪应力云图大体呈现工字型分布,也即试样两端的剪应力较大,而中部的剪应力相对较小,试样在约束刚度较大的位置(如靠近铁质剪切盒)或具有一定凹角的接触面上(如剪切盒的边角处)存在明显的应力集中现象。通过数值模拟计算,一方面可以更为全面地展示原位直剪试验结果,揭示在试验中所无法获取的信息,另一方面,模拟结论也能够跟试验成果互为佐证,以便将其可靠地推广应用到滑坡的防治研究中。     

高速剪切条件下土的颗粒流模拟

 以高速环剪仪试验为原型,利用颗粒流模拟程序PFC建立无黏性土的环剪模型,进行在高速剪切条件下的环剪试验。通过将模拟试验结果与高速环剪仪所作砂土剪切试验结果进行对比,模拟试验和高速环剪试验试样的不均匀系数分别为1.64和1.45,2个试验的应力变化趋势相近,应力水平接近,模拟结果所反映的应力变化与物理试验的一致。模拟试验中代表土颗粒的球单元之间的接触模型采用的是线性接触模型,适合模拟无黏性土。模拟试验中发现剪切边界对剪切带的形成影响较大,对比墙、球环和球环+齿状结构3种剪切边界的剪切效果发展,球环+齿状结构的剪切边界可以保证剪切试样内外剪切速率的一致性。     

砂卵石土直剪试验的颗粒离散元模拟研究

砂卵石土作为一种粗粒土介质越来越受到研究者的重视。基于PFC3D颗粒离散元法,建立了砂卵石土直剪试验模型,进行了以强度和剪切变形为主的直剪试验模拟研究,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,模拟结果与试验结果较吻合,直剪试验初始阶段表现为剪缩现象,后续为剪胀现象,抗剪强度除了受表面摩擦力的影响外,还受剪切带区域起伏度的影响。     

宜兴抽水蓄能电站上库堆石料的新型现场直剪试验

介绍了一种适用于大颗粒堆石材料的新型现场直剪试验法。该试验法用链条张拉剪切框使试样受剪,克服了剪切框内壁摩擦对剪切面上正应力的影响,从而能精确地测定出试样的抗剪强度。该试验法在日本应用于多个工程,江苏宜兴抽水蓄能电站上库工程中属于国内首次应用,取得了满意的结果。     

土石混合体直剪试验的破坏特征及抗剪强度取值方法研究

在土石混合体直剪试验中,抗剪强度值的确定往往采用经验方法,较少考虑试验过程中剪应力-剪切位移关系曲线变化特征和剪切面破坏特征。基于此,特选取三峡库区典型土石混合体库岸边坡,现场采集试样,进行不同含水率的土石混合体大试样室内直剪试验,重点对剪应力-剪切位移关系曲线变化特征、剪切面破坏特征以及直剪试验中的剪切“跳跃”进行详细分析,并提出用临塑抗剪强度和极限抗剪强度来分析土石混合体的抗剪强度的方法。该方法具有较好的物理意义,比常规的取值方法更能反映土石混合体特殊的结构特征,值得工程设计计算参考借鉴。     

层状岩体剪切强度与破坏规律分析

对用类岩石材料自制的层状岩体试样,开展了一系列的直剪试验,研究了层理面倾角和层理面间距对岩体抗剪强度的影响,分析了层状岩体剪切破坏形态的规律.试验结果表明:层理面倾角为0°时,试样的抗剪强度最低;层理面倾角为30.时,试样的抗剪强度最高;层理面间距越大,试样的峰值抗剪强度也越高;层状岩体试样的剪切破坏形态,按其破坏机理...     

砂土直剪力学性状的非圆颗粒模拟与宏细观机理研究

基于PFC2D非圆颗粒单元的二次开发,对砂土直剪力学过程进行了非圆颗粒仿真模拟,分析了数值试样的应力–剪胀关系并与实际砂土进行对比,探讨了颗粒位移与颗粒旋转特征及其与剪切带演化的内在关联,研究了主应力与主应变增量的非共轴效应,揭示了细观组构各向异性的演化规律及其与宏观剪切强度之间的宏细观关联。研究结果表明,数值试验能够较好的模拟实际砂土的应力–剪胀关系和剪切过程主应力与主应变增量的非共轴效应;剪切带的演化与颗粒位移和颗粒旋转密切相关,颗粒形状影响剪切带的厚度;试样宏观的剪切强度主要受控于粒间法向接触力的分布及其各向异性演化;整个加荷过程中,剪切带内大主应力的偏转方向与法向接触力各向异性的主方向保持了良好的一致性。     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明:在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。     

Membrane forces acting on thin-walled box girders considering shear lag effect

A new method for the determination of membrane forces acting on box girder bridges considering shear lag effect is proposed in this paper. A box girder is divided into four thin plate elements: top plate, bottom plate, cantilever and web. Using the equilibrium conditions of the plates, the membrane force equation for each plate element is established. The analytical formulas for calculating the membrane normal, transverse and shear forces of each plate element considering shear lag effect are derived. The proposed method is easy to implement in the design of thin-walled box girders considering shear lag effect.Through examples using the high order finite strip element method and the experiment, the results obtained by the proposed method are examined and the accuracy of the proposed method is verified. The discussions on the shear lag effect on the membrane forces acting on cantilever box girders are given considering the variations of span to width ratio, width to height ratio and various loading conditions.     

剪力滞对超静定箱梁结构性能的影响分析

提出一种考虑梁弯曲与剪力滞变形耦合影响的分析箱梁剪力滞效应的有限元方法,导出相应的有限单元公式。在此基础上,首先分析简支静定箱梁的剪力滞系数和考虑剪力滞影响的梁的挠度,并与相应的变分法解析结果作对比,然后分析超静定连续箱梁的剪力滞系数,将其结果用叠加法和系数矩阵法结果进行验证。最后分析剪力滞对超静定多跨连续箱梁内力及变形的影响。结果表明:剪力滞对静定和超静定箱梁变形及截面应力重分布的影响较大;剪力滞对超静定箱梁内力重分布的影响很小,可以在设计计算中忽略不计。     

框架结构-箱形基础-地基土共同作用分析

采用空间有限元法 ,对框架结构 箱形基础和地基土的共同作用原理和性状进行了探讨和分析。空间框架采用考虑剪切变形的空间杆单元 ,箱形基础采用平板形壳体单元 ,地基采用改进的有限压缩层地基模型、运用程序 ,针对一典型算例进行了分析 ,并得出了一些对工程实践有益的结论。     

振动台土–箱结构模型动力特性及反应的解析分析

在振动台模型试验中,模型箱的设计直接影响到结果的准确性和可靠性。指出了叠层剪切型模型箱存在的主要问题有模型箱的附加质量、层间的摩阻力以及最大位移的限制。基于剪切梁法建立了土柱与模型箱相互作用的简化模型,在土体剪切模量均匀分布和沿高度指数分布的情况下,分别推导了其动力特性与反应的解析解,进而讨论了模型箱尺寸、材料对土体动力特性的影响。结果表明：与纯土柱相比,模型箱附加质量使土–箱系统自振频率减小;模型箱尺寸越大,土–箱结构自振频率误差越小;在相同尺寸下,铝合金模型箱的自振频率误差明显小于钢质模型箱。在此基础上建立了模型箱尺寸和材料应满足的公式。该方法可为设计合理的模型箱提供一定的参考。     

考虑剪力滞效应的简支箱梁自振特性

由于箱梁中剪力滞效应的存在,通常采用的一般梁理论计算简支箱梁的振动频率会产生较大的误差,对于宽跨比较大的简支箱梁振动计算误差尤其明显.在考虑了箱梁剪力滞效应的基础上,利用能量变分原理分析了简支箱梁的自由振动,得到了考虑剪力滞效应的简支箱梁自振基频的解析解.算例表明该法比一般梁理论计算精度有显著提高,且计算简单方便.最后,考虑剪力滞效应对箱形梁结构自振特性的影响进行了讨论,发现考虑剪力滞效应后简支箱梁的振动基频降低,且箱梁的宽跨比对其降低程度影响最为显著.     

变截面悬臂箱梁剪力滞效应的比拟杆分析方法

针对传统比拟杆法仅能分析等截面箱梁剪力滞效应的不足,重新推导变截面箱梁加劲杆等效面积及剪力滞效应微分方程,以有机玻璃悬臂梁模型的试验结果检验该文算法的正确性,讨论箱梁梁高、腹板厚度变化对悬臂箱梁剪力滞系数和正剪力滞区段长度的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律揭示变截面箱梁剪力滞效应弱化的原因。研究发现：悬臂箱梁梁高和腹板厚度的变化会减弱其剪力滞效应,且剪滞效应弱化的原因在于变截面箱梁腹板内剪应力水平的降低;箱梁顶板内水平剪力流沿跨长先增大后减小的变化导致了悬臂箱梁正、负剪力滞现象,同等跨径下变高度悬臂箱梁的正剪力滞区段长度会显著增加,但其剪滞系数将明显减小;工程设计中可以通过调整箱梁梁高和腹板厚度沿顺桥向的变化趋势,尽量让箱梁腹板剪力流水平沿桥跨方向保持不变,避免腹板剪力流水平变化过快以最大程度地减弱箱梁剪力滞效应。     

波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞效应研究

波形钢腹板组合箱梁由于其力学性能和经济性能比普通箱梁优越而正被广泛地使用,本文介绍了计算波形钢腹板组合箱梁桥剪力滞系数的能量变分法,用有限元分析软件ANSYS进行了波形钢腹板组合箱梁桥的建模,并采用能量变分法的结果加以验证。结果表明采用有限元法模拟波形钢腹板组合箱梁桥的剪力滞效应效果较好,分析了波形钢腹板组合箱梁桥横桥向和纵桥向剪力滞系数的变化规律。     

振动单剪仪的研制和调试

在我所1964年制成的静力单剪仪的基础上,研制了一种振动单剪仪。此仪器由剪切盒、静力加荷系统、电磁式激振器和电子测量系统组成。剪切盒由多个圆环迭成,圆环内有橡皮膜,在其中安装试样.垂直和水平荷重是用气压施加的,并且分别由两个调压阀控制。利用水平加荷设备,可以使试样在各种不同的初始剪应力下振动.激振力是由超低频讯号发生器发出的讯号,通过功率放大器放大,再输入激振器而产生的。最大激振力为120kg,常用的频率为每秒2周。利用这种仪器,可以测量不排水试样在各种振动过程中的动剪应力、孔隙压力和位移,并确定其动剪切模量、阻尼比或液化强度等。经过初步试验,证明其性能尚佳.此仪器结构简单,加工容易,电子仪器设备可用国内产品配套,进行试验时制备试样和操作都比较方便,是目前一种比较实用的研究土的动力性质的仪器.     

荷载横向变位下箱梁顶板与底板的剪滞效应分析

不同于以往荷载作用于箱梁的肋板处时剪力滞效应的研究,考虑当荷载不作用在箱梁的肋板处时顶板与底板位移及剪力滞效应的差异,对顶板与底板分设不同的纵向位移差函数,采用二次抛物线作为箱梁翼缘板的纵向位移沿梁宽分布函数,通过能量变分法,研究荷载在顶板横向变位下箱梁顶板与底板的位移,应力及剪力滞效应的变化,根据对于简支箱梁受均布荷载作用下跨中剪力滞效应的计算结果,随着作用在顶板的对称荷载从对称中心向肋板处移动,顶板将经历一个产生负剪力滞效应到无剪力滞效应,再到产生正剪力滞效应的过程。而与此同时底板的剪力滞效应规律受荷载的移动的影响很小,始终保持正剪力滞效应。计算结果与有限元数值模拟结果吻合较好,验证了理论的可靠性,同时也说明当荷载不作用在箱梁的肋板处时,对顶板与底板分设不同的纵向位移差函数的考虑是正确的。