水‑力作用下黏土孔隙结构演化规律研究进展∗

黏土的微结构直接决定宏观水?力学特性，然而现阶段绝大多数模型都是基于宏观参数所建立，由于缺乏微观机制的支撑，己经难以满足科研和工程需求。因此开展孔隙结构演化研究可以加深对非饱和土复杂水?力学特性的认识。在详细阐述黏土的孔径分布特征及双孔模型的基础上，全面回顾和总结了近年来水?力作用下黏土孔隙结构演化规律的研究成果与最新进展，并进行了相关讨论。结果表明：考虑颗粒集聚体的双孔模型（集聚体间孔隙与集聚体内孔隙）可以更好地解释黏土复杂的水?力学特性。水?力作用对黏土孔隙结构的影响机制不同，根据文献试验数据和理论分析初步总结出水?力作用下土孔隙结构的演化规律。外力荷载只显著影响集聚体间孔隙，对集聚体内孔隙基本不影响；含水率变化会改变土颗粒相对位置，继而影响这两类孔隙结构，但是土水相互作用复杂，导致含水率变化对土孔隙结构影响机制仍不清晰，并且没有统一认识。鉴于此，在研究土水相互作用对微观孔隙影响时应充分考虑物理?化学作用，并构建微观孔隙结构演化与宏观变形的定量关系，这也是今后需要深入研究的方向。     

化学溶蚀及冻融循环作用下砂岩的力学特性研究∗

选取云南的砂岩作为试验岩样,研究砂岩经过化学溶蚀及冻融循环作用下的力学特性。通过对砂岩在3种水化环境(PH=3的HCl溶液、PH=7的水溶液、PH=12的NaOH溶液)作用后分别进行循环冻融试验,并在不同冻融循环温度 (-20 ℃、-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃)作用下对试样进行单轴压缩试验和三点弯曲试验。结果表明：砂岩经过化学溶蚀和冻融循环作用下的劣化损伤模式主要受冻融循环温度及不同水溶液影响,在不同的水溶液中,单轴抗压强度、弹性模量、应力峰值和断裂韧度均随着冻融循环温度的降低而逐渐降低;HCl溶液浸泡后的砂岩损伤变量最大,而在对砂岩有修补作用的NaOH溶液中出现了负损伤的变化。     

软岩地基下AP1000核电屏蔽厂房结构地震响应研究

以AP1000核电屏蔽厂房结构为研究对象,进行考虑土-结构相互作用的地震响应分析,探讨不同厚度和不同地表倾斜角度软岩场地对屏蔽厂房结构地震响应的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了软岩层厚度分别为25、30、35、40m以及地表倾斜角度分别为0°、3°和6°的土-结构相互作用模型,实现了地震动输入。对计算所得楼层响应谱进行对比分析可知,软岩层较硬岩层对地震传播有一定的放大效应,软岩层厚度的增加会使峰值频率往低频方向移动;倾斜场地对楼层响应谱高频部分有一定的放大效应。该研究结果对软岩场地下核电厂抗震安全评价具有一定参考意义。     

内压作用下纤维混凝土预应力安全壳破坏机理研究∗

核电厂安全壳作为防止核放射性物质泄漏的最后一道屏障,提升安全壳的承载力尤为重要。大量研究显示纤维混凝土在力学性能、耐久性等方面具有显著优势,为了探究纤维混凝土在安全壳结构上的适用性并准确描述内压作用下纤维混凝土预应力安全壳的破坏机理,利用ABAQUS 有限元软件,建立钢纤维、钢聚丙烯纤维、钢聚乙烯醇纤维增强安全壳精细化模型,施加内压荷载进行有限元分析。结果表明：(1) 纤维混凝土安全壳破坏机理及变形规律与普通混凝土安全壳类似,混凝土中不同纤维的掺入均能有效延缓混凝土裂缝出现的时间,抑制裂缝开展的速度,减少钢衬里塑性损伤,大幅提升安全壳的极限内压。(2) 钢纤维具有最佳的增强效果,但恶劣的服役环境下混杂纤维值得优先考虑。(3) 局部替换纤维混凝土尤其是洞口区域附近,更有利于保持安全壳结构经济性与安全性的平衡。     

风荷载作用下的土-结构动力特性分析

结构的动力特性直接影响到动力荷载的作用效应。动力特性分析中,土体的影响不可忽视。与地震荷载不同,动风荷载自结构向土体传播,土体的惯性力可以忽略。无质量地基法可以满足针对风荷载的土-结构动力分析的要求。本文首先推导土-结构动力相互作用的运动方程,在此基础上,以剪力墙箱型基础结构为基本分析对象,确定有限地基域的范围,分析土-结构整体动力特性。认为:足够的基础埋深,可以有效控制建筑物的摆动;为控制建筑物的动力特性,可以采取措施适当使地基土增加一定的刚度;如何在上部结构的质量和刚度之间建立对应关系以控制土-结构系统的动力特性,有待进一步研究。     

温度作用下膨胀土的胀缩特性及微观机理北大核心CSCD

温度场作为外部环境要素场之一,对膨胀土的水-力学性质具有显著影响。为研究温度对膨胀土胀缩特性的影响规律及微观机理,以南宁膨胀土为对象,开展了不同温度(5~45℃)下膨胀土的浸水膨胀和失水收缩试验,结果表明膨胀土的胀缩特性具有显著的温度效应,其膨胀率随温度升高而增大,温度越高其增大效果越明显;收缩率随温度升高则呈现出先增大后减小的变化规律,存在临界温度“T_(c)=35℃”。在此基础上,基于不同温度(5~45℃)下的吸附结合水试验,从土-水作用角度阐释了膨胀土胀缩特性温度效应的微观机理;随着温度的升高,土中结合水量减小,水膜厚度变薄,从而引起两方面的结果:①土颗粒间的吸力减弱而斥力增加,宏观表现为土体的膨胀性增加;②土颗粒间距变小,促进了土颗粒骨架由松散状态向紧密状态转化,颗粒排列更紧密,收缩性增加,而达到一定温度后,水分蒸发时间较短,土-水作用加剧使得土体骨架没有充足的时间向紧密状态转化,是造成土体收缩性减小的主要原因。     

强震作用下超高层建筑结构MSCSS的响应特性研究

笔者根据超高层巨型建筑结构体系的构造特点,论述了将结构振动控制原理融入巨型结构本身构造之中的构造新结构体系的方法,并采用这一方法提出了巨子型有控结构体系MSCSS(Mega-sub controlled structural system),分析了MSCSS的构造原则及控制理论背景,研究了MSCSS在罕遇地震及超罕遇地震(加速度峰值达到1000g)时的结构响应控制特性、塑性铰发生规律及结构灾变情况。通过与巨型框架结构的灾变情况相比,表明了MSCSS抵御地震作用的高可靠性及良好的经济性,也表明了将结构振动控制原理融入结构自身的构造之中、通过结构自身的功能单元实现结构响应控制的方法是合适的,是研究超高层建筑结构新体系的有效途径之一。     

冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析∗

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨?正十四烷复合相变材料（EG?C₁₄）改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同 EG?C₁₄掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验,探究冻融作用下不同 EG?C₁₄掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明：EG?C₁₄减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化,进而有效抑制了土体的胀缩变形;同时,EG?C₁₄降低了冻融循环对土体微观结构的损伤,与素黄土相比,多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少,颗粒骨架也更为密实,进而增强了土体的力学性能;此外,EG?C₁₄ 改良黄土的力学性能随 EG?C₁₄掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定,且掺量为 4% 时改良效果最佳。     

降雨作用下浅层碎石土滑坡解体破坏机理研究

为了揭示浅层碎石土滑坡的变形解体破坏机理,通过资料搜集整理与分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用数理统计分析方法、不平衡推力法和不分离接触弹塑性有限元强度折减法,获得了滑坡的整体稳定性系数;运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论,分析了该类型滑坡的变形解体破坏过程,揭示了强降雨作用下浅层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机理和一般的力学机理。结果表明,浅层碎石土滑坡的解体破坏过程中,滑体位移、滑体沿滑面滑动状态和塑性应变的发展以及滑面上摩擦应力的发挥程度是不一致的;强降雨是浅层碎石土滑坡体发生失稳的主要触发因素;采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程,为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

近断层滑冲型地震动作用下框架-剪力墙-高层结构的IDA研究

近断层滑冲型地震动是一类特殊的长周期地震动,针对这一类地震动,现行抗震规范并未出台相应的条文,且有关单独考虑近断层滑冲型地震动作用下高层结构动力响应的研究成果很少。基于15条可靠的近断层滑冲型地震动,利用Perform-3D非线性分析软件进行建模,对一个30层框架-剪力墙高层结构进行了增量动力分析(IDA)。结果表明,近断层滑冲型地震动频率成分集中在0～2Hz范围段内,且其反应谱谱值在中、长周期段内明显大于普通地震动的。将最大层间位移角作为结构需求,得到正常使用(NO)、立即占用(IO)、生命安全(LS)、防止倒塌(CP)性能水平的量化指标限值依次为1/1 160、1/575、1/361、1/55。依据现行规范设计的框架-剪力墙高层结构,在近断层滑冲型地震动强度相当于多遇地震时,结构能够满足"小震不坏"的抗震设防目标;在相当于罕遇地震时,结构不能满足第三性能水准"大震不倒"的要求。     

高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究

利用自行研制的岩石高温装置和RMT-150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200~700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58.92%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。     

基于细观结构的压实黄土抗剪特性试验研究∗

压实度是填方工程质量验收的主要控制项目之一,较高压实度对改善黄土力学性能效果显著。为全面系统分析压实对黄土抗剪特性的影响规律,更好地揭示较高压实度提高黄土抗剪能力的内在原因,利用室内三轴剪切试验和电镜扫描试验,基于 4 种不同压实度,对甘肃省临夏市北塬地区压实黄土的抗剪特性和细观结构进行了研究。研究表明：压实黄土应力—应变满足双曲线形式,较高压实度对提高黄土体抗剪强度和剪切模量作用显著;较高压实度通过改变土体颗粒之间的接触形式以改善黄土体抗剪特性,主要表现为压实黄土颗粒之间的接触形式随着压实度的增加由棱边接触、支架镶嵌向面接触逐渐过渡;较高压实度通过改变土体孔隙尺度特征和形态分布以改善土体抗剪特性,主要表现为随着压实度的增加孔隙分布范围内微、小孔隙的含量增加,中、大、特大孔隙含量减小,孔隙形状也相对变得圆滑。     

滑坡灾害孕育-激发过程中的水-岩相互作用

降雨造成的地下水与斜城岩土体之间的复杂作用--水-岩相互作用不仅是滑城灾害的主要激发因素,它的滑坡孕育过程中也发挥着重要作用.以往的相关研究主要集中在滑城激发有关的突隙水压力效应的滑城临界降雨量、地下水富集斜坡的稳定性评价、水-力耦合及地下水对岩石的软化效应等方面.孕育过程在滑城研究中居于重要的基础性地位.以流-固耦合等理论为基础对岩体进行时效变形预测,对于斜坡研究中居于重要的,但是,由于大多数滑城的孕育都是在近地表的侵蚀性地球化学环境中进行的,与深埋地下空间的开挖问题存在明显区别.作为水-岩相互作用主要类型之一的水-岩化学作用是造成这种差别的主要因素.深入开展滑城灾害孕育过程中的水-岩化学作用研究不仅对斜城维护、加固及滑城预报是重要的，而且可以促进水-力双重耦合、水-热-力及水-热-力-化学多重耦合等复杂理论的发展.     

Rayleigh波入射下建筑群-隧道群相互作用特性研究∗

采用一种高精度间接边界元方法(IBEM),研究了 Rayleigh 波入射下地上建筑群?地铁隧道群的动力响应。研究发现：地上建筑群与邻近地铁隧道群之间存在显著的相互作用,系统响应规律与入射波的频率、建筑物的数量与高度、隧道数量和位置等因素密切相关。参数分析表明：考虑不同因素影响后,地面运动幅值最大可放大约 25%。 当入射波频率较低时,地上建筑群结构顶部位移幅值会较单一建筑顶部位移幅值显著降低,这尤其体现在位于建筑群中部的建筑响应中,最大可降低约 88%;当入射波频率较大时,这一现象变得不再明显。高频入射波作用下, 地上建筑群与地铁隧道群的相互作用会使隧道衬砌产生较大环向应力,其峰值可较单一地上建筑的情况放大约 60%。     

动床条件下泥石流运动参数变化特征实验研究∗

泥石流运动参数变化特征与泥石流流量、沟床纵坡和沟床物源物质组成等紧密相关,准确确定泥石流运动参数变化特征对于进行流域风险评估和防治工程规划设计具有重要意义。通过室内水槽实验探索了不同来流流量、 沟床纵坡和物源细粒含量条件下,沟槽观测点处泥石流流深、流速和容重的变化情况。结果表明：来流流量和沟床纵坡越大,物源细粒含量越小时,泥石流冲刷能力越强;相同实验条件下,流体流深与来流流量间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流深受来流流量的影响大于细粒含量;流体流速与来流流量和沟床纵坡间呈正相关关系,与细粒含量间呈负相关关系,且流速受沟床纵坡的影响最大,受细粒含量的影响最小;流体容重与来流流量和细粒含量间呈负相关关系,与沟床纵坡间呈正相关关系,且容重受沟床纵坡和细粒含量的影响大于来流流量。 通过水槽实验数据对泥石流流量进行拟合,采用流量拟合式对锅圈岩沟 2013 年“7·26”泥石流峰值流量进行计算, 与野外实测值对比精度高于 80%。     

中国西南地区时雨量分布特征与时月变化

利用2005-2017年夏半年国家大监站的逐小时降水量资料,14个要素被设计来进行多角度分析。多数要素与地形高度有良好的负相关关系。时段雨量最大值主要集中地是四川盆地西部,其次是贵州南部,云南南部边缘地带有少许站点,云贵高原主体及其与青藏高原交接带内没有最大值出现。多个要素在9到12时出现日变化最高峰。月际变化一般在7月出现最大值。随月份推进,强降水区会在贵州西南部、云南南部边缘出现后,跳跃到川渝地区出现。时段累积雨量最大值随时间增加而增加,多个要素的时间增加一倍时雨量增大10%到20%。以小时而言,西南地区降水几率平均为1/10,最多的可以达到1/4,最少的不到1/14。6月份降水时数最多,10月的雨时数仅次于6月,4月最少。连续时段与标准日界时段雨量的显著差异出现在川渝地区;白天12 h降水与夜间12 h降水的显著差异也出现在川渝地区。总体而言,连续时段的累积雨量大于标准日界的相同时间长度的累积雨量,白天降水量大于夜间降水量。     

云南近百年来温度雨量的变化特征分析

用气候倾向率、Morlet小波方法,对云南10个站1901-2007年的年降水和平均温度资料分析表明:100年来云南平均增温速率为0.031℃/10a。近50年来全省平均增温速率为0.242℃/10a,略高于全国的增温,增温最大的是滇中的昆明、滇南的普洱,分别为0.442℃/10a和0.409℃/10a,并且西部明显高于东部。100年来云南年降水呈减少趋势,平均速率为7.288mm/10a,近50年来,年降水量减少平均速率为6.66mm/10a。但云南降水的区域分异非常明显,云南的东部、中部降水减少;而滇西北和滇东南地区降水增加。云南气温明显的年代际变化是32年,发生了3次突变。年降水呈明显的年代际及年际振荡,具有16～32年、4～8年周期。     

干湿循环作用下吹填固化轻质土蠕变特性研究∗

采用新型固化技术对高含水率吹填土进行固化处理,通过三轴流变仪,考虑干湿循环次数、围压和初始静偏应力等因素研究其对吹填固化轻质土蠕变变形和抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明：吹填固化轻质土具有密度小、质量轻及强度高等优点。在一定程度上,增大围压可有效缓解吹填固化轻质土的蠕变变形,而初始静偏应力对其影响较小,前7 次干湿循环对土体破坏应力的影响最大,而后基本保持不变。抗剪强度指标c、φ 值均随初始静偏应力的增加而逐渐降低,随干湿循环次数的增加呈现出先减小而后逐渐稳定的趋势,且前7 次干湿循环,二者均呈指数函数降低;7 次以后,变化均较小并逐渐稳定。基于c、φ 值与时间关系曲线,分别构建了不同偏应力作用下吹填固化轻质土c、φ 值的预测公式。根据蠕变曲线发展态势,通过回归分析,引入围压、初始静偏应力和干湿循环次数等因素,建立了吹填固化轻质土蠕变变形预测模型,并验证了其可行性。研究结果可为实际工程场地提供理论依据。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。