饱和混凝土单轴拉伸动态统计损伤本构模型

饱和混凝土中孔隙自由水的存在对材料的力学性能有显著的影响,动态工况中主要表现为自由水的粘性效应,且该效应随细观损伤引起的微裂纹密度的改变而变化。本文结合太沙基"有效应力原理",建立了饱和混凝土考虑动态应变率效应的单轴拉伸统计损伤模型,将材料宏观力学性能同细观损伤机理有机地结合起来,综合考虑了动态条件下惯性效应和自由水粘性效应的影响,认为材料自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观损伤演化过程的改变;水的粘性效应则调整了混凝土基体的受力状态。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测等应变率加载情况下饱和混凝土材料均匀损伤阶段的动态拉伸本构行为,形象地描述了饱和混凝土材料动态损伤演化机制。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

侵蚀环境下混凝土材料的内部孔隙空间分布特征与演化规律是材料破损机理及宏观力学性能研究的关键问题。采用X射线断层扫描技术(CT)对硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土的细观损伤过程进行实时扫描,在此基础上,结合图像处理与三维重构技术开展了混凝土内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律研究,并通过提出的孔隙分区的方法深入研究了材料细观破损特征和机理。结果表明:宏观上试样质量、抗压强度均呈现规律性变化,溶液中钙镁离子浓度有明显的累积性趋势;细观上试样孔隙率随侵蚀时间的增加呈先减小后增大的变化,单轴抗压强度与孔隙率大体上呈负相关关系。同时,混凝土试样不同分区内孔隙率演化规律各不相同,但总体呈现先减小后增大的趋势,侵蚀作用深度随侵蚀时间不断增长。结论可为深入研究硫酸盐侵蚀下混凝土材料细观破损机理提供依据。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

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。     

随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

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。     

考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析

利用扫描电子显微镜测试技术对3个场地16个土样的微观结构进行观测,并使用图像处理软件对微观图像进行处理、对土样孔隙的几何特征参数和分维数进行了提取,土样孔隙分布分维数为1.816~1.936。利用分形几何学原理建立非饱和土的孔隙分布函数,对天然湿度下黄土中水分分布进行分析,运用回归分析的方法对孔隙的分维数、非饱和孔隙孔隙率和湿陷性的关系进行了分析。结果表明:孔隙分维数越大,孔隙结构越复杂;天然湿度下处于非饱和状态的黄土孔隙孔径均大于40μm,黄土的湿陷系数随着孔隙分维数、非饱和孔隙孔隙率的增大而增大,非饱和孔隙是造成黄土湿陷的主要原因。     

地震荷载作用下风积土震陷变形试验研究

为研究地震荷载作用诱发的场地土震陷问题,以辽西地区风积土为研究对象,进行了50年超越概率2%和10%的人工地震荷载及等幅正弦荷载作用下风积土的震陷试验,建立了风积土震陷系数经验公式;依据分层总和法预测了人工地震荷载作用下风积土场地震陷量,并对其震陷性进行了评价。研究结果表明,震陷系数随动应力幅值、试件含水量和孔隙比的增加而增大,其中动应力幅值对震陷系数的贡献最大,其次为含水量和孔隙比。震陷评价结果表明,若计算深度为20m,场地可判别为中等震陷区;若计算深度为15 m,场地属轻微破坏区。以上研究成果为辽西地区风积土地基的抗震防震设计提供了参考依据,具有一定的的工程应用价值。     

无侧限压缩条件下重塑土微观结构研究∗

近年来,基坑、隧洞等开挖工程中的卸载作用导致软土结构破坏,进而引起过大侧向变形的工程事故越来越多。土体所表现出来的各种变形及强度特性是其内部微观结构要素调整和演化的综合反映。为了研究结构遭到扰动破坏的软土在无侧限压缩变形后的微观结构特征,将原状软土重塑成不同含水率土样,在不同轴向应力作用下压缩变形稳定后,对土体微结构进行定性和定量分析,探讨无侧限条件下土体的微观结构与宏观变形的相关机理。研究结果表明,软土重塑样的微观结构主要以分散结构和絮凝结构为主,单元体之间多有架空,土体颗粒的接触方式以边-面和面-面接触为主。在无侧限压缩条件下,随着轴向应力和试样含水率的增大,试样的表观孔隙比减小,孔隙形状变得扁平狭长,孔隙的有序性和定向性增强。不同位置的定向性不同,在水平方向上,靠近试样边缘处的土颗粒定向性和有序性更强;在竖直方向上,靠近试样中间位置的土颗粒定向性更强。     

基于偏最小二乘法的黄土湿陷性评价模型

基于统计学相关理论的黄土湿陷系数预测及评价方法是简化其工程应用的重要途径。当前采用多元回归方法建立黄土湿陷系数预测模型过程中往往缺乏对自变量间多重相关性对预测精度影响的合理考量。基于上述考虑,该文分别采用普通多元线性回归方法和偏最小二乘回归方法建立了黄土湿陷系数的多因素(天然含水量、初始孔隙比和压缩系数)回归模型并对二者精度进行了对比验证。结果表明:偏最小二乘方法在消除自变量之间多重相关性对结果的扰动方面成效显著,采用偏最小二乘回归分析方法获取的回归模型预测效果明显优于普通多元线性回归方法获取的回归模型。黄土湿陷系数与天然含水量和初始孔隙比之间存在显著的正相关关系。压缩系数对湿陷系数的解释能力较差,即使通过偏最小二乘分析方法依然无法正确体现其对湿陷系数的微弱影响,在后续相关回归分析中不宜将压缩系数作为湿陷系数的自变量。     

地震时黄土震陷量的估算方法

本文利用已有的震陷试验研究资料,并补充进行了相当数量的原状黄土的震陷试验。建立了考虑物性参数、固结应力、振次和地震动应力等因素的西北黄土残余应变的经验计算公式,提出了地震作用下黄土层震陷量的估算方法.并用该方法估算了兰州、西安、西宁、等城市的7个黄土场地的震陷量,给出了每一场地的震陷量随地震动加速度的变化曲线.从而为黄土地区的地震灾害预测预防和地基抗震设计研究提供了一种定量方法.     

黄土地震灾害区划指标与方法研究

通过对国内外黄土地震灾害现场考察资料的分析,室内土动力学试验研究和黄型在实例的反演分析计算,根据不同需要,提出了黄土震滑坡,震陷和液化３级区划的指标与方法。     

海原大地震极震区内烈度衰减异常探讨

宁夏海原大地震极震区所存在的南北两侧地震烈度衰减异常及伴随的震害程度差异现象,严格受极震区内黄土微地形地貌、土层厚度、显微结构、工程地质特性和发震构造断裂的控制。上述诸因素与地震波耦合后,达到进一步激化和放大地震能量的效应,导致研究区内黄土强度瞬间丧失,并因之具更高的地震易损性而加重震害。     

活性MgO-粉煤灰固化黄土剪切特性试验研究

黄土固化处理是解决黄土地区建筑地基变形与沉降问题的有效途径。选取活性MgO、粉煤灰和水泥3种不同类型固化剂,通过开展不固结不排水直接剪切试验,研究固化剂掺量、类型和养护龄期等因素对黄土剪切性能的影响。结果表明:活性MgO可显著提高黄土抗剪强度;随着活性MgO掺量和养护龄期增加,固化黄土黏聚力和内摩擦角先增加后减小,在6%掺量和14 d养护龄期附近达到峰值;粉煤灰掺入可有效改善活性MgO固化黄土抗剪性能,尤其对黏聚力提高效果明显,随着养护龄期和固化剂掺量增加,固化土抗剪强度不断增大;水泥固化黄土抗剪强度随水泥掺量和养护龄期呈现类似增长规律。活性MgO-粉煤灰等3种材料可提高固化黄土抗剪强度,MgO-粉煤灰效果最优,单掺活性MgO次之,二者均优于水泥。     

苏州地面沉降区土层微观结构和宏观力学性质分析

地面沉降是苏州地区主要的地质灾害之一,由于长期开采地下水,该地区地面沉降不断加剧,制约了经济发展。结合土体微观结构定量分析和宏观力学性质试验,探索地面沉降问题的微宏观机制。以苏州地面沉降区200m的钻孔土样为研究对象,开展了快速固结、液塑限测定等一系列土工试验。采用冷冻干燥法获取各土层的SEM图像,使用PCAS分析软件对土样进行微观结构分析并在钻孔中布设FBG光缆进行持续性土层应变监测。结合液、塑限试验,快速固结实验数据,微观结构定量分析结果与光纤监测数据,得出以下结论:沉积土层的含水率,液性指数,压缩系数随深度递减;随着深度的增加,土层的定向性由差变好;第二承压含水层土层孔隙大且数量多,压缩潜力强于第三承压含水层,稳定性较差,有必要开展进一步监测研究。     

不同地震荷载对黄土动模量和阻尼比的影响

不同地震荷载对黄土的动力特性有着重要影响。本文利用微机与我们组装的DSD160型电磁式振动三轴仪组成的一个可对试样施加任意波轴向荷载的动三轴试验系统，对黄土在不同地震荷载下的动模量和阻尼比进行了对比试验研究，初步得到了不同地震荷载对一组黄土的动模量及阻尼比影响的一些结果。     

基于IPOA的巨型组合框架结构震损快速预测模型研究∗

为实现巨型组合框架结构的地震损伤程度快速评估,提出了一种基于改进鹈鹕优化算法（IPOA）的多参数震损预测方法。设计了5 个不同参数的巨型组合框架结构模型,利用振动台试验和有限元软件进行非线性时程分析获取结构动态响应数据,并采用结构损伤指数量化评估结构的损伤程度。同时,引入K 均值聚类优化策略和惯性权重自适应优化策略改进传统的鹈鹕优化算法。基于振动台试验和有限元分析结果数据,比较了不同输入参数组合预测结构损伤的准确性,构建了能反映结构参数与结构损伤之间非线性关系的智能算法快速预测模型。最后,将模型预测结果与一缩尺比为1/15 的振动台试验模型结构损伤程度进行对比验证。结果表明：（1）改进鹈鹕优化算法模型的准确性和泛化能力均优于其他算法模型;（2）最大层间位移角与结构损伤相关性最高,增加影响结构损伤的输入参数可提高预测模型的准确度和泛化能力;（3）模型预测的结构损伤指数与试验结果相比误差均小于10%,预测结构损伤等级与试验结果一致,所提出的快速预测模型能高效准确地预测结构的损伤指标,为巨型组合框架结构震后损伤快速评估提供了一种新方法。     

The qiongshan earthquake of july 1605

In 1605 a destructive earthquake affected the northern region of Hainan Island and adjacent parts of the Chinese mainland. Based on a detailed analysis of contemporary chronicles, the authors present a revision of the effects of the earthquake, and show that a sequence of strong shocks throughout 1605 caused cumulative damage and relatively heavy loss of life in Qiongshan. The subsidence of large areas of coast round Puqian Bay and Dongzhai Port is shown to be due to a combination of liquefaction caused by the shock, the occurrence of a typhoon associated with flooding and exacerbated by a high surge tide, as well as a long-term process of active tectonic movement in the area; the subsidence was not caused by downthrow of the earth's crust during the shock. Topographical changes in the area, traced from historical maps, suggest that subsidence is continuing, but a survey of the long-term seismicity of Hainan Island indicates that it is not an area of exceptional seismic risk.     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明:黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈"增加→衰减→增加"的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

梁式桥震害及其影响因素分析

为了研究梁式桥的震害及其影响因素,基于近年来国内外几次大地震中梁式桥震害调查资料,对梁式桥震害现象进行分类并分析其原因,从地震烈度、建设年代、结构体系、地震次生地质灾害等4个方面对桥梁震害的影响分别进行了分析,得到了关于梁式桥地震破坏影响因素、破坏机理等方面的认识。