离散元模拟中颗粒材料剪切波速的剪切振动确定方法

砂土等颗粒材料的剪切波速是反映其工程性质的重要参数,离散元模拟中实现剪切波速实时测试对研究砂土材料力学性质变化的细观机理具有重要意义。本文基于软件 PFC^3D ,在试样模型中设置激发源和接收源,通过对激发源施加产生剪切振动的速度脉冲、在接收源监测扰动信号,实现了剪切波在颗粒材料中的传播模拟和信号监测,提出了利用激发和接收信号的互相关系数确定剪切波传播时间和评价剪切波传播质量的方法。系统分析了激发频率、激发幅值、激发源和接收源尺寸、阻尼等因素对剪切波速测定的影响,给出了合理的参数取值范围。研究结果得到了均匀颗粒试样理论解的验证。     

ZJU400 离心机研制及其振动台性能评价

土工离心机可以产生与原型相同的自重应力,保证模型破坏机制与原型一致,是解决岩土工程、水利工程和环境工程等领域复杂问题的理想试验模拟手段。搭配机载振动台系统,离心机还可以在原型应力条件下探讨地震引起的建构筑物变形和稳定特性。鉴于离心机振动台的科研价值,浙江大学建造了有效旋转半径为 4.5 m 、负载能力 400gt 的双吊篮臂式离心机,可开展 150g 重力加速度下的静态试验和 100g 重力加速度下的动态试验,吊篮尺寸达 1500 mm×1200 mm×1500 mm 。同时,离心机配置了最大振动幅值为 0.6 cm 、最大振动加速度为 40g 的振动台系统,可进行有效负重小于 500 kg 水平单向地震动响应模拟。静动力试验使用的刚性模型箱和层状剪切模型箱的最大尺寸分别为 1.2 m×1.0 m×1.0 m 和 600 mm × 350 mm × 449 mm 。通过饱和砂土地基建筑物震陷试验,初步检验了离心机振动台系统的整体性能。     

超重力离心模型试验土体弹性波速监测与表征#br#

压电陶瓷传感器在岩土体弹性波速测试方面具有独特的优势,已在常重力工况下得到了较多的应用。文章针对离心机模型试验的超重力环境对弹性波速测试所提出的严苛要求,研发压电弯曲元和压电压缩元传感器及相应的弹性波速测试技术,主要包括传感器微型化和高频响性能设计,电磁屏蔽和防水接地技术,接收信号的快速叠加和带通滤波处理方法,以及时域初达波法确定接收信号到达时间等。在60g离心加速度下开展一组水平黄土场地的超重力模型试验,重现降雨入渗过程中模型场地土体的软化过程,并利用所研发的弯曲元和压缩元实时监测土体的剪切波速和压缩波速。结合TDR技术监测到的土体密实度,获得土体剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性参数随着土体软化的变化过程,实现超重力环境下模型土体弹性参数的实时监测与表征。     

板式轨道–路基相互作用及荷载传递规律的物理模型试验研究

全面地介绍了一种全比尺路基动力试验装置,可用于轨道结构与路基之间的动力相互作用以及路基和地基长期变形等方面的试验研究,报告了前期试验中针对高速铁路板式轨道与路基的动力相互作用以及列车轮轴荷载在轨道结构和路基中传递规律的一些重要结果。首先,总结了试验中列车荷载传递到轨道板上的分布规律,通过与理论模型的对比分析,提出了一种简便可靠的荷载分布简化模式用于路基的动静力分析;其次,分析了轨道结构和路基的动力响应与加载频率之间的关联性,并通过集中质量模型讨论了共振发生机理和共振频率的确定方法,结果表明系统存在一个共振频率在16 Hz左右,此时系统的各项动力响应达到最大;最后,通过不同频率加载试验确定了路基中沿深度方向动力附加荷载的衰减特性与加载频率之间的相关性。作为研究高速铁路路基和地基的一种有力的综合试验装置,该设备产生的大量试验数据将为进一步研究高速铁路路基中的岩土工程问题提供重要的支撑作用。     

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中 2 根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型 p – y 曲线,通过引进 Poulos 循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型 p – y 曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范 p – y 曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的 p – y 曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。 建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响, 对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。     

大型风电机组群桩基础受荷特性及长期累积沉降控制

大型风电机组基础顶部的巨大倾覆弯矩是其承受的主要荷载,该倾覆弯矩将转化为单桩顶部的竖向作用力。由于风的周期性,作用在风电机组群桩基础顶部的荷载具有明显的循环特性。循环荷载作用下风电机组基础将产生不均匀沉降并倾斜,因而累积沉降控制是风电机组基础设计中的关键问题之一。分析了风电机组及其群桩基础的受荷特点,计算了典型风电机组的桩顶循环荷载谱。通过桩基循环模型试验发现桩顶循环荷载比小于临界值λmin时,桩顶无累积沉降发生,因而保证风电机组循环荷载比小于该临界值则可较好地控制风电机组基础的长期不均匀沉降。根据试验结果建立了偏压条件下桩基累积沉降与循环次数的关系,用于预测风电机组基础的长期附加不均匀沉降。     

考虑非线性吸附时污染物在半无限黏土中的一维扩散解

在考虑分段吸附等温模式的基础上,建立了污染物在黏土中的一维扩散模型。并得到了简化求解条件下的解析解。模型引入了移动边界以说明当污染物在黏土孔隙水中的浓度达到某一较高值后,阻滞因子将发生显著变化。通过该解分析了黏土颗粒对污染物的这种非线性吸附特征对其在黏土中扩散的影响。算例分析表明本文解得到的计算结果介于不考虑吸附情形和考虑线性吸附情形得到的结果之间。对于文中算例,考虑线性等温线得到的污染物击穿时间为按本文解得到的击穿时间的2.2倍。因此,在浓度较大时,采用线性吸附等温模线会得到偏不安全的结果。该解相对较简单,并可用于验证各种数值模型,拟合试验数据等。     

软黏土中某内支撑式深基坑稳定性安全系数分析

软黏土中深基坑稳定性安全系数是基坑设计的重要指标,目前基坑稳定性安全系数评估方法主要有传统经验公式法和有限元强度折减法。针对深厚软黏土中某倒塌内支撑式深基坑,采用传统经验公式法和有限元强度折减法对该基坑稳定性安全系数FS进行了计算分析,比较了不同土体强度指标计算结果的差异,结合其它学者的研究,对各计算方法及其所采用土体强度指标的合理性进行了评价。研究结果表明:无论是应用经验公式法还是有限元强度折减法,采用不排水抗剪强度指标su计算得到的基坑FS均比较接近1.0,而采用土体c,?强度指标得到基坑FS均远大于1.0。应用有限元强度折减法时,数值计算不收敛准则相对交点法得到基坑FS偏大。采用交点法与Terzaghi法得到基坑FS最接近1.0,与基坑处于极限平衡状态事实相符。     

重金属在某简易垃圾填埋场底部及周边土层扩散勘查与分析

为了掌握重金属在简易填埋场底部及周边天然土层扩散情况,选取淮南某简易填埋场开展现场勘查和室内测试分析。在填埋场内、外进行了钻孔勘探、取土样和水样、水位测试等工作,对取得的土样和水样中重金属（Cu,Pb,Cr和Zn）含量及其存在形态进行了测试分析,获得了重金属在土层中沿深度及水平方向的分布规律。测试结果表明：重金属Cu,Pb,Cr在该填埋场下卧土层中总含量未超过国家土壤质量二级标准,重金属Zn在浅部土层中含量超过二级标准,但未超过三级标准。该填埋场历时17 a,垃圾渗滤液中重金属Cu,Pb,Cr在填埋场下卧土层中扩散深度达2 m以上,已击穿了浅部渗透系数较大的耕植土层,Zn扩散深度达3 m以上。填埋场内与渗滤液充分接触的土层中可交换态重金属占总量百分比低于1%,有机态重金属所占百分比明显高于场外背景值,但随深度增加而显著降低,其分布规律与有机质含量测试结果类似。该填埋场深度2 m以下的粉质黏土和老黏土层渗透性低、厚度大,具有良好的阻碍重金属扩散性能。     

基坑开挖对抗拔桩极限承载力影响的模型试验研究

采用模型试验的方法研究了砂土地基中基坑开挖对抗拔桩极限承载力的影响,试验过程中考虑了基坑开挖直径、开挖深度及坑底以下有效桩长不同的情况,共进行19组试验。试验结果表明：开挖深度相同时,基坑开挖直径越大,抗拔桩极限承载力下降越多,开挖直径为30 cm（10d）时,抗拔桩极限承载力较开挖前有明显下降,随着开挖直径的继续增加,极限承载力继续下降,但下降幅度逐渐减小,并趋于一个稳定值;开挖深度相同时,坑底以下有效桩长越短,开挖后抗拔桩极限承载力损失比例越大;开挖卸荷后坑内土体处于超固结状态,抗拔桩极限承载力大于土体为正常固结状态时,开挖深度相同时,坑底以下抗拔桩长度越短,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力与土体正常固结状态相比增加比例越大;坑底以下有效桩长相同时,开挖深度越大,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力也越大。