粗粒料湿化变形数值模拟研究

粗粒料湿化变形特性对土石坝静力稳定有着显著影响。目前开展的三轴试验和直剪试验研究,一般只能进行干样和饱和样的试验,而对于非饱和情况研究较少。基于粗粒料不同围压下湿化变形试验研究成果开展数值模拟研究,结果表明:湿化变形的影响可以通过改变细观剪切模量和细观摩擦系数来实现;随着颗粒破碎随饱和度和围压的增加,湿化后粗粒料的强度低、内聚力降低,但摩擦角变化不大。     

颗粒流冲击力研究现状及讨论∗

颗粒流包括滑坡、泥石流、碎屑流、雪崩等,通常对桥梁、公路、居民区具有较大危害。分析了颗粒流的运动过程及其侵蚀、堆积和爬高等特性;此外,对颗粒流冲击力计算模型及其野外观测结果进行阐述。结果表明:现有冲击力计算模型认为冲击力在结构全断面呈均匀分布,忽略了颗粒流的运动特性对冲击力的影响;大块石冲击力计算忽略了颗粒破碎和浆体垫层效应对冲击力的影响,造成巨大的计算误差;由于传统传感器的缺陷,现有野外观测结果也存在较大误差。对此本文提出野外观测需要通过引入或开发新式压力传感器以得到更准确的颗粒流冲击力大小及其分布形式,从而更精确的修正理论模型;理论计算模型研究工作需要考虑颗粒流浆体的垫层效应、流体与基底的相互作用及块石冲击破碎等对流体冲击力的影响,从而推导出更准确的冲击力计算模型,指导工程实际。     

砂-聚苯乙烯颗粒轻质混合填料的剪切强度特性

砂-聚苯乙烯颗粒填料是一种以砂土和聚苯乙烯颗粒组成的轻质混合填料。通过轻质填料的直剪试验,研究其剪切强度的特性、强度影响因素及其机制。研究发现,轻质填料的剪切强度具有最优含水率(本文为10%),若大于或者小于最优含水率,剪切强度都将减小;轻质填料的剪切强度主要由4个分量构成:颗粒滑动、剪胀、挤碎和重新排列,以及因聚苯乙烯收缩而引起的颗粒移动和重排分量;轻质填料的剪切强度还受聚苯乙烯含量及法向应力(或围压)的影响,其剪切强度随聚苯乙烯含量的增加而减小,随法向应力的增加而增加;轻质填料的内摩擦角随着配比的增加而减小,凝聚力随配比的增加而增大。     

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。     

基于大型三轴试验的红砂岩粗粒土强度与变形特性研究

红砂岩粗粒土常作为我国南方地区的路基填料,因其易发生颗粒破碎而影响路基的安全稳定性,故深入开展其力学特性研究十分必要。文中选取湘南地区的红砂岩为研究对象,对其开展大型三轴试验,研究不同粗颗粒含量的试样在不同围压、不同压实度下的强度与变形特性。试验结果表明：在低围压时,粗颗粒含量较少的试样变形特性表现出应变软化,而在高围压时,表现为应变硬化特性;对于粗颗粒含量较多的粗粒土,在不同围压下均表现出应变硬化特性。在压实度相同的情况下,随着围压增大,峰值强度逐渐增大,应变硬化特征更趋明显。在围压和级配不变的情况下,随着压实度提高,抗剪强度逐渐增大,表现出低压实度应变软化向高压实度应变硬化特性的转变。应力-应变曲线表明,峰值强度与粗颗粒含量、围压、压实度具有良好正相关关系。通过绘制莫尔圆,发现其强度包络线表现为非线性,可采用幂函数进行拟合。计算结果表明,内摩擦角随着围压的增大而逐渐减小。     

乌鲁木齐机场戈壁砾石土填料的工程特性试验研究∗

以新疆乌鲁木齐机场改扩建工程中道基填筑拟采用的戈壁砾石土填料为研究对象,开展了戈壁砾石土的颗粒分析、表面振动压实、点荷载强度等物理力学试验,对其颗粒特征、压实特性以及大粒径砾石强度展开了探讨.结果 表明:该地区戈壁砾石土不均匀系数Cu为37.9,曲率系数Cc为2.12,属于级配良好的砾类土,且填料在1～2 mm粒组处存在一定程度的缺失;不同粗颗粒含量戈壁土均存在明显的最优含水率与最大干密度,最大干密度随含水率变化呈现抛物线形式,且随着填料粗颗粒含量的增加而增加;天然级配的戈壁砾石土粗颗粒含量超过70％,最大干密度可达2.41 g/cm3;另外,戈壁砾石土中大块砾石的强度较高,自然风干状态下单轴抗压强度的平均值约为60 MPa.试验得出乌鲁木齐机场建设采用的天然级配的戈壁砾石土是一种非常好的道基填筑材料,研究结果亦可为类似工程提供参考.     

钢桥十字形焊接细节应力强度因子的参数敏感性研究∗

焊接细节断裂参数与其疲劳裂纹扩展和疲劳性能直接相关,为探讨几何参数和裂纹参数对应力强度因子的影响规律,选取十字形焊接细节为研究对象。借助ANSYS软件建立了含半椭圆形裂纹的三维断裂力学模型,基于位移法分析了应力强度因子,讨论了几何参数（焊缝尺寸、板厚、对接焊缝参数）和裂纹参数（裂纹尺寸和裂纹形状比）对其的影响规律,拟合了裂纹形状修正系数函数。研究结果表明：（1）应力强度因子随对接焊缝余高和腹板板厚的增大而逐渐减小,而基本不受焊脚尺寸、翼缘板板厚和对接焊缝宽度的影响;（2）应力强度因子随裂纹形状比的增大而先增大后逐渐减小,但是随裂纹尺寸的增长而逐渐增大;（3）裂纹形状比和裂纹尺寸对应力强度因子影响最为显著,其影响幅度达18.0%。     

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响∗

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性,利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性;以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下,T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响;T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性;(2) 基岩地震动高频丰富时,T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势;而基岩地震动低频较发育时,T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点;（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势,且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。     

Hoek—Brown强度准则中m，s取值对岩体强度影响研究

在前人研究成果的基础上归纳总结了几种确定岩体质量参数m，s值的方法，并结合长江三峡工程永久船闸高边坡岩体，进行了岩体质量参数m，s值对岩体强度影响的研究，得到了岩体质量参数m，s值与Hoek—Brown强度包络线以及瞬时内摩擦角φi等之间的一些变化规律。对于研究岩体质量参数对岩体强度的影响有一定的应用价值和参考价值。     

冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究

通过室内循环冻融循环试验和三轴不固结不排水(UU)压缩试验研究了循环冻融作用与细砾组含量(P_(2-5))对黏质粗粒土抗剪性能的影响。结果表明,冻融循环作用对黏质粗颗粒土的应力—应变曲线性状具有一定的影响,可使其由未冻融的应变软化向应变硬化转变的趋势,但随着细砾组P_(2-5)含量的增加,冻融作用对其影响逐渐减弱。随着冻融循环次数的增加,土样剪切强度呈现逐渐衰减,且在5～9次冻融循环次数后基本保持不变,多次循环冻融作用后剪切强度最大衰减幅度可达40%。弹性模量随冻融循环次数的增加上下波动较大但整体呈现下降趋势。在抗剪强度指标方面,冻融作用对黏聚力影响比较显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力逐渐减小,最大衰减幅度可达65%,而内摩擦角上下波动较大无明显趋势。此外,随着细砾组P_(2-5)含量的增加,剪切强度、弹性模量及抗剪强度指标均呈现不同程度的减小,这与粗粒土内部粗颗粒和细颗粒占比及其强度发挥机制有关。     

不同应力路径下灰岩卸荷损伤特性演化规律研究∗

为探究应力路径对灰岩卸荷力学特性的影响机制,考虑恒偏压卸围压、恒轴压卸围压及加轴压卸围压三种卸荷应力路径,分别进行了卸荷试验和数值模拟,分析了不同卸荷应力路径下灰岩的能量释放规律及细观损伤演化规律。研究结果表明：（1）卸荷应力路径对灰岩宏观力学特性影响显著,恒偏压卸围压路径下,岩样卸荷强度最低, 变形模量与泊松比变化趋势最缓,但变化幅度最大,而加轴压卸围压路径下,其卸荷强度最大,但变形参数变化幅度较小;（2）三种卸荷应力路径下,卸荷过程中耗散能占比大小依次为恒偏压卸围压＞恒轴压卸围压＞加轴压卸围压,弹性应变能占比大小则为加轴压卸围压＞恒轴压卸围压＞恒偏压卸围压,说明外力所做的功在恒偏压卸围压方案下多转化为耗散能用于裂纹发育,对应破坏时的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下多转化为弹性应变能储存于岩样内部,卸荷破坏更为突然;（3）数值模拟结果分析发现,恒偏压卸围压方案下,卸荷过程中的裂纹总数量和张拉裂纹占比最大,卸荷损伤程度最高,对应的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下岩样的裂纹数量最少,损伤变量最小,卸荷过程中岩样内部的细观损伤发育规律进一步说明了应力路径对其宏观力学特性的影响。     

堆石料双轴试验数值模拟研究

颗粒形状对堆石料的力学特性有着明显的影响。采用二维颗粒流程序建立5种不同形状特征的颗粒簇,开展了不同围压下堆石料的双轴试验的数值模拟研究,分析了不同形状特征对堆石料的破碎特性及其宏观力学性质的影响。分析过程中考虑堆石料的颗粒破碎特征,对布拉斯谢克形状系数s进行修正,提出了考虑颗粒形状特征的修正系数s′。研究结果表明:堆石料的破碎率随着修正后的形状系数s′值的增加而减少,其规律接近于反比例函数线;数值模拟过程中,5种试样随着轴向应变的增加呈先剪胀后剪缩的趋势,且越圆润的颗粒峰值体应变越大;材料的峰值强度随着s值的增大而增大。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

块石空间定向性对土石混合体力学性质的影响

土石混合体作为一种土和石的特殊混合体,其宏观变形破坏及力学性质与块石的空间定向性密切相关。为了研究块石定向性对土石混合体变形破坏机理的影响,采用二维颗粒流软件中FISH语言编写算法生成不同角度的椭圆形块石,建立土石混合体二维颗粒流数值模型,分别进行了单块石和多块石条件下土石混合体双轴试验数值模拟,对其变形破坏机理进行了深入分析。结果表明:块石角度不同时,土体中裂纹萌生位置不同;随着块石短轴方向与最大主压力轴夹角增大,土石混合体黏聚力先减小后增加,内摩擦逐渐减小;在应力峰值前的应力平缓增长阶段,土体中裂纹迅速增长,在试样强度达到峰值后进入残余强度阶段,裂纹的增速也逐渐降低;块石角度不同时,土石混合体的剪切带破坏形式不同。     

钢管石轻混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究钢管石轻混凝土短柱的轴压力学性能,以天然碎石体积取代率为变化参数,分别设计并制作了5个圆、方钢管石轻混凝土短柱试件,对其进行了轴压静力加载试验,观察了试件受力的全过程和破坏形态,获取了试件的荷载—位移全过程曲线,分析了碎石取代率对试件受力性能的影响规律。结果表明:在轴心受压荷载作用下,钢管石轻混凝土短柱发生了强度破坏;钢管石轻混凝土轴压短柱的实测荷载—位移全曲线变化趋势基本相同,其工作过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段三部分;随着天然碎石取代率的增加,钢管石轻混凝土轴压短柱的极限承载力、峰值位移总体上均逐渐增加。     

地裂缝活动对Q3残积古土壤物理力学性质的影响

对长安地裂缝金滹陀探槽工点Q3残积古土壤层原状样进行常规土工试验的结果显示:含水率、孔隙比相对裂缝带在其两侧均变小;密度、干密度在其两侧均变大;压缩模量在其两侧无明显变化;液限、塑限在其南侧无明显变化,而在其北侧变大;压缩模量相对裂缝带在次级地裂缝南侧变大,而在次级地裂缝北侧无明显变化;液限、塑限相对裂缝带在次级地裂缝两侧均变小.此试验结果为研究裂缝带的影响宽度提供了依据.     

注浆微型钢管桩体轴向承载特性的试验研究∗

针对注浆微型钢管桩用于桩基工程时的承载与变形性能的研究相对较少,借助室内试验研究钢管直径d和壁厚t、桩体长H、浆体水灰比、钢管表面布孔直径r和间距s等因素对微型钢管桩轴向承载、变形和破坏模式的影响.结果 表明:钢管直径和壁厚是影响微型钢管桩轴向极限荷载的主要因素,随着钢管直径和壁厚增加,极限荷载近似呈线性增加,破坏模式由脆性破坏向延性破坏发展;增加桩长或注浆体水灰比,极限荷载呈减少趋势;当钢管直径与桩径之比增至0.59≤d/D≤0.72时,试验桩长、注浆水灰比和钢管表面布孔形式对轴向极限荷载的影响较小;进而基于桩体轴向承载特性及钢管受力与应变分析,提出了合理桩径比值为0.59≤d/D≤0.72,并提出了微型钢管桩轴向极限荷载计算公式.     

冰试样动态冲击破坏力学特性实验研究∗

为了进一步探究冰材质动态冲击破坏力学特性,通过分离式 Hopkinson压杆（SHPB）试验装置,采用快速加载、 杆端降温与波形整形技术,保证冰材质的稳定性并实现了加载过程中的动态应力平衡,分析了应变率、温度、长径比、 冻藏时间对冰力学特性与破坏模式的影响。结果表明：在 100 s^-1 ~500 s^-1 的应变率范围内,冰的动态单轴抗压强度与应变率呈现明显的正相关性;小长径比冰温度越低,抗压强度越大,且这种特性会受到应变率的影响;大长径比冰抗压强度随温度的下降而下降,这与体积大导致冰试样受冷不均,内部预应力增大有关;稳定无预应力冰,短冻藏时间会使其强度下降;温度、长径比对冰弹性模量影响明显,小长径比冰弹性模量随温度下降而增大,大长径比冰弹性模量随温度下降而减小;应变率是影响冰材质破坏模式的主要因素,随着应变率的上升,冰材质达到破坏时的轴向裂纹明显增加,形成的破碎产物尺寸明显变小。     

控轧控冷型Q550高强钢高温后的力学性能试验研究∗

通过升温、降温及冷却后的常温静力拉伸试验,对控轧控冷型(TMCP)Q550高强钢高温后的力学性能展开试验研究,得到了经历200～900℃之间9个不同的过火温度及自然冷却与浸水冷却两种冷却方式后,钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率。结果表明,过火温度及冷却方式对TMCP型Q550钢材弹性模量的影响较小;过火温度超过600℃时,钢材高温后的屈服强度和抗拉强度开始折减;过火温度达到700℃后,钢材的应力-应变曲线皆无屈服平台,不同冷却方式的结果开始呈现差异:随过火温度升高,自然冷却后钢材的强度减小而断后伸长率增大,浸水冷却则相反,且二者差异愈加明显。将试验结果与文献结果对比,发现当过火温度超过700℃时,TMCP型Q550高强钢高温后的力学性能与调质型(QT)Q550高强钢存在差异,在经历较高的过火温度后,TMCP钢在自然冷却下的强度折减比QT钢严重,浸水冷却下的强度增长程度低于QT钢。