弯曲伸缩元技术在岩土工程中的应用

地基安全稳定性问题一直是工程实践中亟待解决的问题。对于影响地基安全的地下砂土层和黏土层在不同状态下土粒宏微观力学特性变化的监测研究显得尤为重要。利用弯曲伸缩元技术对土体在一维压缩条件下的剪切波速和压缩波速变化进行监控;通过砂土和黏土不同状态下弯曲元信号对比,探讨弯曲元技术在不同土体中的可行性及信号优化技术;实验结果表明,弯曲元技术可以很好地完成对砂土一维高压下的颗粒破碎、橡胶砂混合物力学性能变化以及黏土固结过程中强度变化的过程监测;同时确定了不同土体最优弯曲元信号参数。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

季冻区分散性黏土抗剪强度特性研究

分散性黏土因遇水呈散凝悬浮状而得名，土中黏土颗粒(主要为胶体颗粒)和可交换钠离子溶解于低盐水中而产生反絮凝现象。季冻区分散性黏土修筑的堤防、渠道出现了滑坡失稳破坏，严重威胁到工程质量和粮食安全。采用现场调研和室内试验相结合的方法，对季冻区分散性黏土的抗剪特性进行研究，结果表明：天然状态下的分散性黏土不排水强度应力-应变曲线呈硬化型且具有剪胀性；初始干密度较小时，冻融对抗剪强度影响较小，浸泡影响较大；初始干密度较大时，冻融对抗剪强度影响较大，而浸泡仅使抗剪强度下降11.25%。经历冻融+浸泡后，抗剪强度下降90%以上且强度值低于10 kPa,黏聚力和内摩擦角仅为天然状态下的1/8～1/5。冻融引起土体劣化，浸泡进一步引起土中可交换钠离子流失是引起季冻区分散性黏土滑坡的主要原因。     

岩体爆破破坏效应颗粒流数值模拟验证研究

采用颗粒流方法对岩体爆炸破岩过程进行数值模拟,将集中药包作用下的爆炸球面波等效为三角形波脉冲,根据颗粒离散元原理建立了点膨胀加载法和动边界处理法,结合动三轴试验标定的细观力学参数,建立了颗粒离散元爆炸应力波传播分析模型。利用数值模拟进行了爆破破岩机理分析,探讨了不同埋深、炸点膨胀比、炮孔压力对爆破效果的影响,给出了数值模拟时合适的炸点膨胀比与峰值压力取值范围,并根据爆破工程实践对爆破漏斗效应、微差爆破效应进行了验证。研究方法简单可靠,可反映岩体爆炸应力波传播规律,动态表征岩体的破坏过程,有助于进一步加深对工程爆破效应的认识。     

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。     

基于离散元法的温度静力触探贯入与传热研究北大核心CSCD

温度静力触探是一种新型原位测试方法,可同时获取土体的力学和热学参数,为浅层地温能资源勘查提供技术保障。为研究温度静力触探的贯入与传热机理,通过离散元数值模拟实现了离散元模型的建立和试样的力学和热学参数标定。研究分析了贯入过程中的贯入阻力变化、土体应力场、位移场及位移路径;获得了加热-散热过程中探头加热段与隔热段的温度响应规律以及土体温度场演化,并与室内模型试验进行了对比分析。采集的温度变化曲线通过数据解译反演得到了土体的导热系数,为温度静力触探的贯入-传热机理研究及工程应用奠定了理论依据。研究结果表明:贯入过程中,贯入阻力随深度的增加而增加,且土体颗粒位移范围在距锥身B/2内;传热过程中,探头加热60 s,加热段实现了5.5℃的升温;在加热和散热的初期,探头的温度变化最快,与实验结果相同;利用探头散热温度所反演导热系数为0.330 W/(m·K),误差为6.5%,优于加热数据反演结果。     

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。     

华南典型路基红黏土动力学特性动三轴试验分析

红黏土是华南地区典型的路基土类之一,其长期循环荷载作用下的动力学特性目前研究不多。利用室内动三轴试验,对4类重塑红黏土样的动应力应变关系、动应力累积效应、以及循环门槛应力比展开研究。研究结果表明:密实度对红黏土路基强度的影响远大于路基红黏土含水量的影响;正常运营条件下,长期车辆荷载导致的路基竖向变形与加载次数之间呈现稳定型关系,因此不会导致红黏土路基过度变形而诱发路基失稳等病害;华南地区红黏土反复荷载下其循环门槛应力比一般处于40%～50%之间,建议取值为45%。     

基于离散元法的能源管传热过程模拟

采用自主研发的离散元软件MatDEM,依据能源管桩的现场热响应试验,提出了能源桩离散元数值模拟的建模方法,对能源管桩的热响应试验过程进行了模拟研究,得到了桩周土体的位移分布,桩芯和桩周土体的温度分布,通过与现场实测数据的对比,验证了利用离散元法研究能源桩换热性能的有效性,该方法在研究能源桩与土体的热-力学行为特征方面具有广阔的应用前景。     

颗粒体材料在压缩位移控制加载条件下的力学行为及界面参数对它的影响

采用连续介质快速拉格朗日分析程序(FLAC),模拟了颗粒体材料在压缩位移控制加载条件下的力学行为及破坏过程.颗粒及它们之间的界面被离散为尺寸相同的单元.颗粒被视为各向同性的弹性材料,而界面被视为弹性-应变软化-理想塑性材料.界面完全破坏之后,其内聚力为零而内摩擦角不为零,因而适于模拟颗粒之间的摩擦行为.在双轴压缩条件下...     

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。     

基于粒间接触关系的饱和砂土液化特性研究∗

为了研究饱和砂土的液化机理,通过等体积加载的方式建立了循环荷载下饱和砂土动力响应的颗粒流计算模型,研究了饱和砂土在不同围压和加载幅值下的动力响应,探讨了颗粒间力链的发展特性,并从Shannon 熵、Boltzmann 熵以及Clausius 熵的基本关系入手,建立基于粒间接触力链的饱和砂土颗粒熵计算方法,分析了颗粒熵发展特性。结果表明：饱和砂土初始总力链主要受围压的影响,围压越大,初始总力链越多;循环荷载下饱和砂土颗粒间力链总数逐渐降低,且强力链持续向中、弱力链转换;循环荷载下饱和砂土颗粒熵表现出先升高后降低的二阶段特性,围压和加载幅值对颗粒熵峰值无明显影响,各工况的颗粒熵峰值均为0.92;定义颗粒熵峰值为相变颗粒熵,相变颗粒熵时的饱和砂土表现出固液临界态的力学特征,指示了饱和砂土由固态向往返液化状态转变的临界点。     

碎屑流冲击挡墙的土拱效应研究

为揭示干碎屑流冲击挡墙过程中碎屑颗粒在底板、底板与挡墙之间的土拱效应,探讨了土拱效应的形成机理、冲击力拱的形成特征以及对冲击力分布变化的影响,为碎屑流的工程防护提供理论支持。利用PFC模拟方法和模型试验的数据资料,进行了不同底板坡度下干碎屑流冲击挡墙的数值模拟分析。发现碎屑流运动中摩擦作用和碰撞机制导致的底板的颗粒之间、垂直底板方向上不同高度颗粒之间的速度差异是土拱效应的形成机理;碎屑流颗粒之间以及颗粒与底板间的摩擦作用引起的冲击力迹线的偏转较小,形成小冲击力拱;颗粒的冲击力迹线在碎屑流受挡墙的阻止时产生较大的偏转叠加,在底板与挡墙间形成大冲击拱。研究结果表明:碎屑流的运动机理产生土拱效应,土拱效应的特征不仅影响了碎屑流冲击力的分布变化,还导致了冲击力随挡墙高度的非线性分布。     

基于PFC~(3D)黏性碎屑坡面运移动力过程阶段划分与分析

黏性碎屑流是常见崩滑灾害运移形式,其动力特性是此类灾害致灾过程中研究的关键环节。为探讨黏性碎屑流坡面运移全过程的动力学特性,在实验测定泥浆力学参数基础上,利用PFC3D离散单元法(discrete element method,DEM),模拟黏性碎屑流坡面运动全过程。通过监测颗粒间平均接触力、平均不平衡力及特定颗粒坡面运动过程空间位置、平动速率、转动速率等运动力学参数变化过程,将运移过程划分为启动、运移和堆积三阶段,结合颗粒间平均接触力及不平衡力变化过程,对各阶段动力学特性进行定性分析。结果表明,各阶段内部平均接触力变化表现为,减小—增加—稳定;运动速率变化表现为,高频小幅波动及缓增速—低频大幅波动及快增速—高频小幅波动及减速稳定。     

日本专家利用人工智能开发新程序使作弊无处可逃

以前,考试作弊一般只能靠监场老师现场抓获来取缔,而日本京都大学日前宣布,其研究小组利用人工智能开发出一款新程序,能够以很高的精度自动发现考试时考生是否偷看,从而使作弊无处可逃。京都大学的研究小组,利用人工智能领域的机器学习技术,并吸收此前的教师监考经验,开发出了这款新程序。该程序能计算参加考试者过去的成绩与考试问题难易度是否匹配、与其他考生答案的重叠程度等,然后将作弊嫌疑低的人逐     

混合土物理性质试验研究∗

土体的物理性质与力学性状之间存在一定的联系,研究不同混合比例的混合土的物理性状变化,对于快速测定混合土体的力学参数有很大的帮助.通过对两种原始黏土及人工配制的五种不同混合比例的混合土的物理性质进行研究,探讨混合土的颗粒粒径分布、土粒密度、液限以及塑性指数随混合比例的变化规律.研究结果表明:原始土的性质对混合土体的基本物理性质产生重要的影响.混合土的颗粒粒径分布和土粒密度按混合比例成比例的发生变化,随着混合土中膨润土百分含量的增加,其黏粒含量线性增加,粉粒含量线性减小,砂粒含量线性减小;混合土的液限与塑性指数的变化规律一致,以非线性的方式随着混合土混合比例的变化而变化,其中在混合土中含有膨润土的情况下,这种变化趋势更加明显.     

橡胶黏土混合土动剪切模量及阻尼比试验研究

为了研究橡胶黏土混合土动力特性,将橡胶掺入黏土,在4种围压下对5种不同配比橡胶黏土混合土进行室内动三轴试验以研究橡胶含量及围压对混合土动剪切模量和阻尼比的影响。结果表明,相同围压下,混合土动剪切模量较素土有很大降低,随着橡胶含量的增多而逐渐降低且降低速度由快变慢,动剪切模量与动应变关系曲线非线性特征减弱。阻尼比随着橡胶含量增加逐渐增加,且均较素土有显著提高。相同橡胶含量时,动剪切模量随着围压增大而增大,动剪切模量与动应变关系曲线线性特征增强,阻尼比随围压增大而减小。橡胶黏土动剪切模量与动应变关系可以用H-D模型表示,最大动剪切模量与围压之间的关系可以用线性函数表示,阻尼比与动应变关系可以用修正的陈国兴模型表示。结果证明,橡胶黏土混合土具备较好的隔震减震性能。     

基于PFC2D数值模拟座滑危岩破坏过程研究

发育在软硬互层结构上的危岩是一种多介质复合结构岩体,呈现出非均质危岩体的各项异性,比单一岩性在荷载作用下的受力、变形、破坏特征要复杂。利用颗粒流离散元方法进行数值模拟是研究该类危岩破坏问题的良好途径。基于PFC2D软件,对长江巫峡望霞W2危岩颗粒物质动力响应和危岩失稳过程进行了研究。结果显示,在上部重力荷载与下部软弱基座强度参数劣化的共同作用下,危岩体沿岩体底部软弱结构面锁固段发生破碎挤出。获取的位移参数表明,危岩体顶部和底部较大的速度差异可使危岩体呈后倾座滑破坏。模拟结果与实际监测数据结果吻合,验证了该方法对含软弱基座危岩破坏预测的科学性与合理性。     

不同拦挡结构对滑坡-碎屑流冲击和堆积特征的影响

滑坡碎屑流是高位滑坡的一种常见运动形式,具有大规模、远程、高速的特点,在滑坡碎屑流运动路径上设置拦挡结构,可减小其致灾范围和致灾强度。文章运用三维离散元模拟软件,研究3种不同拦挡结构对滑坡碎屑运动和堆积特性的影响。研究结果表明:由于拦挡结构的作用,碎屑流颗粒的运动方向发生偏转,同时滑体的速度分布产生显著的变化-滑体最大速度从坡脚处变化到滑槽上颗粒的后缘。随着拦挡结构宽度的增加,法向力显著增大,切向力增加不显著;堆积区面积和最大水平运动距离不断减小,安全区的面积逐渐增加。本文引入无量纲数(Nk)分析颗粒分选效应对不同颗粒的运动和堆积特性的影响,相同拦挡宽度时,K3的Nk值最小,K1的Nk值最大; 3种颗粒的Nk值随着拦挡结构宽度的增加逐渐增大。有拦挡结构时,碎屑流颗粒堆积体积百分比呈现指数函数分布,即随着运动距离的增大逐渐减小;无拦挡结构时,颗粒堆积体积的百分比呈现Extreme函数分布,即体积分布在中间位置附近取得峰值,向两侧呈递减趋势。     

不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切特性研究∗

采用 GDS 界面剪切仪,开展不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切试验,研究了沉贯过程中基础沉贯速率对吸力基础-黏土界面剪切特性的影响,分析了不同剪切速率、不同沉贯深度下的界面剪切特性。试验结果表明,吸力基础-黏土界面的抗剪强度随着法向应力的增加而增大,但随着剪切速率的增加而减小;界面峰值强度对应的剪切位移均在 1 mm 以内,且随着法向应力的增加而增大;界面凝聚力与剪切速率呈正相关,界面摩擦角则相反。在沉贯速率 1.0~1.2 cm/min 范围内,界面凝聚力增加幅度最大。摩擦系数在 0.27~0.34 变化,且随着沉贯速率的减小而增大,随沉贯深度的增加呈现减小趋势。