砂土直剪试验离散元数值模拟与细观变形机理研究

基于离散元法进行砂土直剪试验模拟与剪切宏细观响应研究。采用试样分条带法研究砂土剪切过程中的变形发育情况;记录应力-位移关系,分析砂土剪切应力、应变特性与剪胀特性。通过分析接触力链、接触组构分布、配位数及滑动接触百分比等细观行为演化研究颗粒细观接触状态演变;基于局部孔隙率变化分析颗粒细观分布状态演变;采用颗粒累积转动量和速度场分析颗粒细观运动状态及剪切带发育的细观机制;对离散元软件PFC^2D进行二次开发,实现主应力的可视化。研究表明应变局部化集中于颗粒转动、接触滑动、体胀明显的剪切带内,剪切带内外颗粒不同的运动状态导致细观参量的变化,剪切带厚度为(10~15)d₅₀;力链网络、接触组构和主应力场本质上是一致的,三者主方向在剪切过程中发生了近似一致的偏转。     

砂土沉积物中甲烷水合物降压分解渗流阵面实验

地层渗流特性是天然气水合物（以下简称水合物）开采评价的重要内容之一,但是目前与水合物地层渗流特性密切相关的孔隙压力演化数据积累明显不足。为此,进行了砂土沉积物中甲烷水合物降压分解实验。首先进行了实验设计,并标定检验了实验系统测量仪器（压力传感器、温度探头和气体流量计）;按照设计的实验步骤,进行了3次降压分解实验,根据实验获得的孔隙压力等重要数据,分析了孔隙压力演化和渗流阵面传播的规律以及影响因素,探讨了孔隙压力演化曲线出现波动段和平稳段的原因。基于实验的基本条件,得到如下结论：①砂土沉积物中渗流阵面传播距离与时间的平方根成近似线性关系,绝对渗透率相近时,初始水合物饱和度越高,渗流阵面传播速度越慢;②甲烷水合物分解导致砂土沉积物的孔隙压力演化曲线存在明显的波动段和平稳段,波动可能是由于样品渗流通道堵塞、贯通交替进行或者气液饱和度交替增大所引起的,平稳段应该是砂土沉积物中等效轴向渗流通道内甲烷水合物分解产气与气体渗流达到动态平衡的间接反映。     

循环加荷条件下饱和砂土液化细观数值模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(particle flow code in 2-dimension,PFC2D),通过对双轴数值试样施加循环等幅应变且控制加荷过程中试样体积(面积)不变的方法,模拟了循环加荷条件下饱和砂土的液化特性。在得到试样液化宏观力学响应的同时,分析了液化过程中内部平均接触数的变化规律。进一步研究了应变幅值、围压对数值试样液化特性的影响,并与室内试验规律进行了对比。结果表明,数值模拟能够定性地反映饱和砂土振动液化的一般规律,数值模拟得到的应变幅值、围压对试样抗液化强度的影响规律符合实际砂土室内试验规律。     

饱和砂土流固耦合细观数值模型及其在液化分析中的应用

在饱和砂土连续力学模型的基础上,建立了一个饱和砂土固相颗粒和液相流体耦合的细观力学模型,固相颗粒采用离散元的颗粒流理论模拟,液相流体通过求解平均Navier-stokes方程的计算流体动力学技术计算。该细观模型用二维渗流问题进行了验证,并将其应用于饱和砂土的液化分析。数值模拟结果显示,采用的模型可以描述从低雷诺流到高雷诺流范围很大的流体运动。液化分析表明：液化首先在试样的表层产生,接着向深部发展;而超孔隙水压力则从底部开始消散,然后逐渐向上发展,直至完全消散。砂土液化过程中土体孔隙率不断变化,渗透系数也随之改变。     

挤密砂石桩在南水北调焦作渠道液化砂土段的应用

文章以南水北调焦作1段第II施工标渠道液化砂土段成功使用挤密砂石桩处理为例,介绍了软弱地基处理的一种方法。挤密砂石桩主要靠桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围土体的密度增大,从而使地基的承载能力提高,压缩性降低;当被加固土为液化地基时,由于土的空隙比减小、密实度提高,可有效消除土体的液化现象。     

挤密砂桩在南水北调工程砂土液化地基处理中的应用

南水北调中线工程渠道沿线穿越地震液化段累计长度约占渠线总长的67％,地震液化对工程的安全运行产生严重危害。文章阐述了砂土液化机理,通过对比不同方案,提出最常用的处理砂土液化的方法一挤密砂桩,最后结合工程实例,以事实为依据对挤密砂桩的处理效果进行了分析。     

饱和砂土吸力基础沉贯过程中渗流场分布

针对不同长径比的传统吸力基础及裙式吸力基础,采用有限元数值模拟的方法,研究其在饱和砂土内吸力沉贯过程中的土体渗流场分布规律。研究结果表明:传统吸力基础在沉贯过程中,土中渗流场均呈现层状分布,水头等值线密集分布于主桶内部土体,相对比较平缓;而主桶外部水头等值线变化较小且分布比较稀疏。裙式吸力基础渗流场主要存在于主桶内部和裙结构内部,并向外扩散至部分土体。吸力沉贯过程中土体的水头损失主要集中在主桶内部和裙结构内部,土体中的孔压分布和传统吸力基础规律一致,即成层状分布并未出现泡状的孔压分布形式。研究成果对揭示吸力基础沉贯机理有理论指导意义。     

颗粒级配对砂土剪切特性的影响及细观机理研究

为了探索砂土颗粒级配对其剪切特性的影响,以标准砂为基本材料,制备4种不同人工级配砂进行室内直接剪切试验;同时建立了和4种人工制备砂土相同级配的离散元数值试样进行数值剪切试验。直剪试验结果表明,颗粒级配对砂土内摩擦角影响比较明显,总体表现为内摩擦角随不均匀系数的增大而增大,随曲率系数的增大而减小。离散元数值模拟表明,砂土初始级配对孔隙率、颗粒配位数以及颗粒滑动率的影响都比较显著;砂土试样的破坏是与颗粒级配有关的渐进破坏过程;剪胀系数均随d_(10),d_(30)和d_(60)的增大而先减小后增大。     

无填料振冲挤密法在粉砂土地基处理中的应用——以钱江闸站枢纽工程为例

为消除粉砂土地基液化、减小建筑物地基不均匀沉降、提高地基承载力,可采用无填料振冲挤密法对基础范围内的粉砂土进行加密,使振冲后的地基达到中密至密实状态。结合钱江闸站枢纽工程实例,介绍无填料振冲挤密法在粉砂土地基处理中的应用情况,从设计、施工、质量控制和检测4个方面分析了该地基的处理效果。工程实践表明,只要采用正确的施工工艺和技术参数,用此种方法加固粉砂土地基效果明显,能满足工程质量和施工进度控制要求。     

辽东湾绥中区砂土液化的预测

本文依据大量的土质调查资料,对该海区的浅层砂性土,在地震和波浪荷载作用下,进行了液化可能性的预测。结果表明:该海区在地震烈度为7度的情况下,海底20 m以上砂性土不会发生液化现象,在8、9度条件下可发生轻微至中等液化;在50年一遇的风浪荷载作用下,海底20 m以上砂性土不会发生液化。故在进行海中建筑物地基基础设计时,应以地震力引起的地基土液化为控制标准。