岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型北大核心CSCD

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

基于三轴压缩试验的盐岩损伤与体应变关系理论研究

基于三轴压缩试验,分析三轴压缩过程中盐岩的应变变化特点,定义压缩扩容边界点为最大体应变点。根据岩石内部裂隙发展演化情况,分析与其相应的盐岩内部特征量,得出孔隙率的改变是导致盐岩应变变化的内部原因。根据这一分析成果,定义不同应力状态下的孔隙率为损伤变量,得出不同损伤状态下盐岩孔隙率的变化情况,得到盐岩损伤与体应变关系式。该关系式定量表达了盐岩损伤与体应变之间的关系,为进一步研究盐岩在不同损伤状态下的气体渗透规律提供了理论基础。     

颗粒材料在三轴试验中滞滑现象的研究∗

球形玻璃砂和不锈钢珠是两种典型的颗粒材料,采用这两种材料进行不同围压下的常规三轴排水和不排水试验,研究颗粒材料在三轴试验中的滞滑现象。研究工作表明,两种材料在三轴排水试验中都存在明显的滞滑现象,围压大小会直接影响滞滑时应力值跌落的幅度,但两种材料在滞滑中的表现却有明显不同,并且玻璃砂样中的滞滑现象随着玻璃砂样的重复使用而减弱至基本消失,表明玻璃砂试样的制备历史对其滞滑现象的发展具有重要影响。玻璃砂和钢珠不同的表面特征是影响两种材料滞滑现象差异性的一个重要因素。重复使用的玻璃砂颗粒表面特征会发生明显改变,这是其滞滑现象逐渐减弱的重要原因。试验结果对玻璃砂和钢珠等颗粒材料滞滑现象发生机制的深入研究提供一定参考,为滞滑演变规律的微观机制探究提供思考方向。     

动剪切模量与阻尼比的共振柱和动三轴对比试验研究∗

利用 GCTS 共振柱试验仪和循环三轴试验仪分别对砂土和黏土进行了动剪切模量和阻尼比试验,研究了共振柱和动三轴试验得到的规准化动剪切模量比 G/G_max和阻尼比 λ 随剪应变 γ 变化的规律,并考虑了土样类别以及深度对两种方法测得的 G/G_max和 λ 的影响。试验结果表明,共振柱和动三轴两种试验得到的土体 G/G_max和 λ 具有良好的一致性,且与土样的深度和类别无关,可将两种试验方法结合起来共同测定土体 10^-6~10^-2 应变范围内的 G/G_max和 λ,从而为重大工程场地地震效应分析提供宽应变范围内的 G/Gmax和 λ 曲线。     

非塑性细粒粒径与含量对饱和砂类土强度的影响∗

松散状态下的饱和砂类土受剪切后出现静态液化现象,且受到细粒含量、颗粒级配、固结围压等因素的影响。而目前对于中密状态下砂类土的相关研究鲜有报道,特别对于细粒粒径的影响研究尚少。采用福建标准砂与三种不同粒径的石英粉进行混合,开展了一系列三轴不排水压缩试验。试验中保持所有土样的相对密度相同,相对密度控制为 50%,同时还考虑了细粒含量(FC = 10%,20%,30%)、围压(50,100,200 kPa)等因素的影响。试验结果表明:相同细粒含量下随着标准砂平均粒径与石英粉平均粒径比 R_d的增大(Rd = 10~65.76),最大孔隙比和最小孔隙比均有增大趋势;在细粒含量较低时(FC = 10% 和 20%),峰值偏应力随着 R_d的增大呈现近似线性递减关系,而在细粒含量较高时(FC =30%),峰值偏应力在 R_d达到某个临界值迅速下降,而后基本保持不变或者缓慢下降;中等密实状态的砂类土在高细粒含量的情况下可发生静态液化,且平均粒径比 R_d越大静态液化越容易发生,因此,评估饱和砂类土的强度需要考虑非塑性细粒粒径的不利影响。     

堆石料强度和变形性质的大型三轴试验及模型对比研究

在饱和试样大型三轴试验成果基础上,对两种堆石料(垫层料、次堆石)的变形与强度特性变化规律进行了总结。认为围压是影响堆石料强度和变形特性的最重要因素;堆石料的非线性应力应变关系用邓肯张模型和指数模型来拟合都基本令人满意,但指数模型会高估初始剪切模量;堆石料的径向应变与轴向应变关系可以分成两段,并能够依次用双曲线和直线来模拟;随着围压的升高,堆石料的剪胀性会急速降低,颗粒破碎可能性会增加,因此相应的最大主应力比和内摩擦角会随之发生明显的减小,并且可以用幂函数关系很好的拟合它们与围压的关系。     

锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验与本构关系模型∗

为了研究揭示锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压特性,基于36组锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获得了不同锈蚀程度箍筋约束混凝土的应力—应变曲线试验数据,分析了箍筋质量锈损率对约束混凝土的峰值应力、峰值点应变、极限应变以及破坏形态的影响规律,并分别建立相应的计算模型,进而研究提出了锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压本构关系模型。结果表明:随着箍筋质量锈损率的增加,约束混凝土的峰值应力、峰值点应变和极限应变逐渐降低;箍筋体积配箍率越小,箍筋质量锈损率对峰值应力和极限应变的影响越显著;当箍筋质量锈损率分别超过15%、10%和30%左右时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂;锈蚀箍筋约束混凝土单轴受压本构关系模型的计算值与试验数据吻合较好,说明该模型能够合理描述箍筋锈蚀程度对约束混凝土单轴受压应力—应变曲线的影响规律。     

6061‑T6铝合金材料的冲击压缩力学性能实验与数值模拟∗

为了探究 6061?T6 铝合金的冲击力学性能和在防护结构上的应用前景,采用实验与数值模拟相结合的方法开展分析研究。根据多组准静态压缩及冲击压缩实验数据,对 Johnson?Cook 本构模型的相应参数进行了拟合;再进行数值模拟分析,并把数值模拟的结果与实验结果对比分析。最终,得到了 6061?T6 铝合金在常温下的屈服强度、峰值应力等力学参数;拟合出了 6061?T6 铝合金 J?C 模型的相应参数;研究表明 6061?T6 铝合金是一种应变率敏感材料,其屈服强度、流动应力峰值随着应变率的提高而提高,同时材料对冲击荷载的能量吸收也越来越多;当应变率为 1 600 s^-1 时,相对于准静态,其屈服强度和极限承载力分别提高了 30%、78%;数值模拟结果与实验结果吻合较好,表明拟合的 J?C 模型能够较好地表现出 6061?T6 铝合金在高应变率下的应力流动行为。研究成果可为 6061?T6 铝合金材料冲击动力学分析和在抗爆结构上的应用提供依据和参考,其在防护工程,防灾减灾工程领域上应用前景广阔。     

软土等向固结与K_0固结条件下的三轴试验研究

对某软土重塑样分别进行等向固结和K0固结条件下的三轴试验,研究了不同固结条件、不同围压下软土的强度和应力应变特性,并对试验结果进行了分析和对比。结果表明:低围压下,等向固结三轴压缩试验和K0固结三轴压缩试验土样破坏时的主应力差差别不大,随着围压增大,K0固结条件下试验土体的主应力差要明显大于等向固结条件下的试验土体;与等向固结相比,K0固结条件下的土体粘聚力c值减小,而内摩擦角增大;土体呈现剪缩特性。运用等向固结三轴压缩试验确定的邓肯模型参数模拟K0固结条件下土体的试验曲线,吻合较好,初步验证了邓肯模型参数对K0固结土体的适用性。     

波浪-地震联合作用下跨海斜拉桥横向减振控制研究∗

为研究波浪?地震联合作用下跨海斜拉桥的横向减振控制方法,以某主跨 400 m 的跨海斜拉桥为工程背景,考虑桥梁下部结构高桩承台群桩基础的波浪荷载,并基于辐射波浪理论求解地震动水力附加质量,建立了波浪-地震联合作用下考虑水?结构相互作用的全桥有限元模型。在此基础上,采用黏滞阻尼器构建横向减振体系,分别探讨了波浪单独作用和波浪?地震联合作用下黏滞阻尼器的减振控制效果。结果表明：在波浪单独作用下,仅在辅助墩墩顶设置黏滞阻尼器的横向阻尼体系减振效果较好,能有效抑制波浪荷载引起的主梁横向位移;在波浪?地震联合作用下,比选出的横向阻尼体系依旧表现出很好的减振效果,且阻尼器参数变化对减振性能的影响规律基本一致;为兼具减振与减震功能,推荐阻尼指数 α 取 0.8,阻尼常数 C 宜控制在 4 000~6 000 kN?（m/s）^-α 内。研究成果可为跨海斜拉桥的横向减振设计提供参考。     

高应力作用下钙质砂压缩及颗粒破碎特性试验研究

钙质砂是我国南海岛礁建设的主要材料,因其特殊的生物成因和独特的颗粒结构,其工程力学特性与常见陆源砂有较大差异。通过自行设计的高强加载压力室在三轴固液耦合试验机下对钙质砂进行终止应力在2~100 MPa间的侧限压缩试验,研究了钙质砂在高应力水平下的压缩和颗粒破碎特性,并通过相同试验工况下的石英砂单向压缩试验来进行对比研究。试验结果表明:在高应力作用下,钙质砂比石英砂的压缩变形量大,钙质砂的压缩屈服应力在2 MPa左右,远小于石英砂。钙质砂和石英砂在高应力作用下均会产生明显颗粒破碎,但钙质砂在应力作用下先于石英砂产生颗粒破碎。通过对颗粒破碎进行量化分析发现,两种砂样的颗粒破碎程度均先随应力的增大而增大,随后出现趋于稳定的趋势。     

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比务件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明:通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。     

上拔水平力组合荷载作用下混凝土扩展基础承载性能试验

介绍了2个相同尺寸混凝土扩展基础分别在上拔、上拔与水平力组合荷载作用下的室内足尺试验概况,并根据加载过程中的基顶荷载位移、基础主柱纵筋应变、扩大端钢筋和混凝土应变等试验数据,分析了2种荷载工况下混凝土扩展基础的承载变形特性及混凝土裂缝发展规律。结果表明:①上拔和水平力组合荷载作用下,基础上拔荷载位移曲线呈现出两阶段特性,而水平位移曲线随水平力增加近似呈线性增加,水平荷载降低了扩展基础的抗拔承载性能;②上拔和水平力组合荷载作用下,基础主柱横截面部分受拉、部分承压,在基础立柱与底板连接处的拉应力最大,混凝土裂缝未贯穿全截面,而在上拔荷载作用下,混凝土扩展基础主柱全断面受拉,裂缝贯穿全断面。     

风雪共同作用下膜结构雪压分布规律的数值模拟研究

对膜结构在风雪共同作用下的雪压分布规律进行了数值模拟研究。首先采用两相流原理对雪漂运动中的空气相和雪相分别进行了数值建模,然后采用CFD数值模拟技术,研究了在风雪共同作用下双坡型膜结构表面的雪荷载分布规律,分析了双坡型膜结构的重要几何参数变化时,雪漂及屋面雪荷载分布的变化规律,总结了双坡型膜屋面在风雪共同作用下的雪压分布规律。结果表明,屋面倾角和屋面宽度是影响风雪共同作用下膜结构表面雪压分布的重要因素,檐口高度和屋面长度是影响膜结构表面雪压分布的次要因素。本文研究为更安全、经济地进行膜结构的抗风雪设计、施工提供了可靠的科学依据。     

浅埋富含水砂层盾构下穿敏感性建筑水平冻结+短钢箱接收技术∗

盾构始发与接收是盾构法隧道施工的关键风险点,以常州地铁1号线一期工程博爱路站-常州火车站区间下行线盾构接收工程为例,隧道下穿常州火车站站厅,隧道顶部距地下大厅结构底板仅3.75 m,受地面条件限制采用水平冻结加固方式。通过对冻结温度场、卸压孔压力及车站底板隆起进行跟踪监测与分析,结果表明:受地下水影响温度下降缓慢,车站底板因冻胀隆起较大,最大隆起处位于隧道端头中心线处约为46 mm,且底板隆起值与测点温度的变化密切相关;为防止温度低引起冻胀过大造成上部结构破坏,采取在冻结壁外围适度卸水进行卸压措施;在冻结壁交圈但厚度尚未完全达到冻结设计要求情况下,提出加装短钢箱装置进行盾构接收。实践表明,适度卸压水平冻结+加装短钢箱接收方式密封止水效果良好,安全可靠,可为今后类似工程提供可行技术。     

有限运力条件下的地震救灾物资调度模型及方法

救灾物资的调度是地震救灾工作中的一个重要环节。如何将地震救灾物资以时间最短、安全性最高及经济性最好的方式运送到物资需求点是救灾物资调度的关键。本文从时效性、安全性及经济性方面考虑了地震救灾物资的调度问题。建立了运力不足的条件下,时间最短、出救点数目最少、安全性最高的地震救灾物资调度数学优化模型;将问题转化为不受运力约束的情况,求解出可行方案的集合,再利用模糊规划对每个可行方案求最优解;通过比较最优解,求出时间最短,出救点数目最少,安全性最高的方案。最后,通过一个仿真算例阐述了本文方法的使用。     

路堤荷载下带桩帽刚性桩复合地基桩土应力比分析

路堤一般由填土、碎石等散体材料组成,刚性桩复合地基中,桩土刚度差异较大引起的桩土间沉降差异,会导致路堤内部出现相对竖向位移。通过路堤填土的受力平衡分析,根据桩土差异沉降,求解出桩帽和桩帽间土体的应力分配,并结合桩帽下应力分配得出桩身应力,最终求解出桩土应力比及桩的荷载分担比例。工程实例监测结果验证了文中计算公式的适用性和可靠性。通过分析计算结果和实测结果,得出了一些路堤荷载下刚性桩复合地基的承载规律,可供理论研究和工程设计参考。     

火灾下空心混凝土楼板内温度场分析模型及算法

计算火灾下空心混凝土楼板内温度场的关键是计算空腔内的热量传递。假设火灾过程中空腔内气体压力为常数,空气流动引起的热量损失忽略不计,空腔内的热量传递通过壁面辐射和空气传导实现。基于奥本海姆网络法,本文提出了计算空心混凝土楼板空腔内辐射热流的算法,推导了矩阵形式的空腔内有效辐射方程,考虑到系数矩阵的对称性,采用LDLT分解法求解有效辐射方程。利用空腔边界上的有效辐射热流,计算空腔边界上单元的温度节点荷载。这种方法已经嵌入作者开发的温度场分析软件TFIELD之中,用TFIELD对底面按ISO834曲线进行加热的空心混凝土楼板进行计算,结果表明,本文算法十分有效,对研究空心混凝土楼板的抗火性能具有积极意义。