节理岩体中纵波传播特性数值研究

利用通用离散元程序（ UDEC）研究应力波在单个和多个平行节理中的传播规律,为了简化问题,其中的应力波为垂直节理入射的P波。数值模拟的结果表明,在单个节理的情况下,透射系数的大小只与节理的法向刚度有关,而与节理的剪切刚度和内摩擦角无关;在多个平行节理的情况下,节理数影响应力波的透反射情况,节理数增加,透射系数随着节理间距减小的变化值增大。     

节理厚度对应力波传播和动力特性影响的SHPB试验

为了研究含平行节理岩体对地下工程活动的影响,采用不同节理厚度的红砂岩试样,借助分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,对节理红砂岩试样的应力波传播和破坏模式进行研究,结合有限元软件ANSYS/LS-DYNA对试验过程进行了数值模拟,并且增加了节理厚度为2 mm和6 mm的模拟内容。研究结果表明:红砂岩中平行节理的存在影响着应力波的传播。随着节理厚度的增加,反射系数呈线性增大,透射系数呈弱幂函数减小,其最小值为52.28%,红砂岩的破坏形态变化不明显,但靠近入射杆一端的破坏程度变大,动态峰值强度呈先下降后上升的趋势,相较于初始值其峰值强度降低了6.56%～33.77%,透射系数和峰值强度曲线的变化趋势相似;节理岩石的入射能、反射能和透射能均随冲击速度的增大呈增加趋势,但入射能比反射与透射能敏感性更大,损伤变量随冲击速度呈二次函数增长,其值越大,岩石的损伤破碎程度越高。     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

高应力下土与结构接触面抗剪强度研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一 .通过在DRS 1型微机高压直残剪试验系统上所进行的标准石英砂与不同基底的界面剪切特性试验研究表明 ,高应力作用下不同结构接触面的峰值强度与正应力以及残余强度与正应力之间的关系符合库仑强度准则 .咬合强度C和界面摩擦角δ取决于基底材料的刚度 ,刚度越大 ,C值越小 ,δ值越大 .高应力作用下不同结构界面剪切过程中土体都呈现出剪缩性 ,体积应变随剪切位移的增大而增大 ,体积应变受接触面的刚度和正应力共同影响     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

高应力下土与结构接触面抗剪强度研究是当前井壁破裂理论研究的关键之一．通过在DRS.1型微机高压直残剪试验系统上所进行的标准石英砂与不同基底的界面剪切特性试验研究表明,高应力作用下不同结构接触面的峰值强度与正应力以及残余强度与正应力之间的关系符合库仑强度准则．咬合强度C和界面摩擦角δ取决于基底材料的刚度,刚度越大,C值越小,δ值越大．高应力作用下不同结构界面剪切过程中土体都呈现出剪缩性,体积应变随剪切位移的增大而增大,体积应变受接触面的刚度和正应力共同影响．     

尺寸效应和各向异性影响下岩体力学特性

目的 研究试样的尺寸效应和由于节理存在引起的各向异性对岩体的力学特性的影响.方法 基于应变软化模型和遍布节理模型,通过多组岩体试样的单轴压缩试验和三轴试验数值模拟,对试样峰值强度和应力应变关系进行对比分析.结果 岩体轴向峰值强度随岩体尺寸增大而减小,峰后残余强度却相应增大;节理倾角与45°+ Φ/2(Φ为节理内摩擦角)越接近,岩体水平加载与竖直加载峰值强度相差越小.一组节理时,岩体节理面与加载面夹角在45°～75°,峰值强度最小,围压增加,岩体峰值强度增加,但增长速率逐渐变缓.结论 岩体单轴压缩峰值强度、峰后残余强度和塑性区形态受岩体尺寸效应影响较大;在节理岩体中,岩体抗压性能受节理倾角及围压影响较大.     

大吨位混凝土锚固区中非线性接触受力分析

采用非线性接触单元模拟混凝土锚固区承压面与锚垫板间的关系,分析了不同摩擦系数对接触面的黏结滑移状态、法向压应力、切向剪应力及锚下混凝土拉、压应力分布的影响,并将计算结果与采用束缚连接进行比较。结果表明：采用非线性接触单元时,摩擦系数越大,接触面的滑移区域越小,切向剪应力越大,法向压应力分布越不均匀;锚固区的应力分布规律与采用束缚连接的基本一致,但应力集中更为明显。     

DDA方法在波动问题计算中的初步研究

采用DDA方法验证了一维应力波在不同边界的响应情况;在此基础上,实现了位移和应力两种地震波输入方式,并对两种方法进行了比较。基于DDA的一维计算模型,研究了在计算波动问题时块体单元尺寸和节理刚度的取值问题。研究结果表明：DDA模型网格在波传播方向的尺寸取最短波长的1/15～1/20;随着法向刚度的降低,节理对弹性纵波的衰减作用增大;当节理标准强度大于0.5时,DDA计算的节理面透射系数与理论透射系数的误差在5%以内。此外,基于DDA方法中波动问题的初步研究成果,对某地下厂房在正弦波作用下的动力响应情况进行了简单地分析,分析成果与有限元计算结果基本一致,这为DDA方法用于工程实例的动力响应分析奠定了基础。     

基于DDA方法的不利地质结构对弹性纵波传播规律的影响研究

基于黏性边界理论,在DDA程序中实现了适用于底部输入地震波的人工边界条件,并通过算例验证了其合理性。采用改进的DDA方法研究了节理的刚度和间距、软弱夹层的厚度和波阻抗对弹性纵波传播规律的影响。计算结果表明:节理面透射系数的理论解与DDA数值解差别较小;随着法向刚度的降低,节理对弹性纵波的衰减作用增大;节理间距存在门槛值和临界值,在不同的取值范围,对弹性纵波的衰减规律不同;弹性纵波在分界面上的透射系数的理论解和DDA数值解基本一致;软弱夹层厚度影响多重透射波的干涉效应,厚度越小,干涉效应越强;随着软弱夹层与周围岩石的波阻抗比值的降低,软弱夹层对地震波的衰减作用越来越明显。     

凹面状态下多孔质节流气体静压止推轴承的特性研究

针对凹面状态下多孔质节流气体静压止推轴承特性,采用Fluent软件进行流场计算,分析凹面高度和凹面弦长对气体静压止推轴承静态特性的影响,同时,对比研究凹面和理想平面时供气压力和气膜间隙对压力分布的影响,得出如下结论:随着凹面弦长的增大,凹面多孔质节流气体静压止推轴承的压力分布越均匀,轴承承载力减小,但刚度和耗气量增大;随着凹面高度的增大,凹面多孔质节流气体静压止推轴承的压力分布越均匀,但轴承承载力和刚度减小,且耗气量增大;在凹面状态下,由于流场内压力分布相对均匀,在供气压力增大或气膜间隙减小时,轴承的承载力及刚度变化更加明显。     

节理厚度对岩石动力特性影响的模拟试验

采用相似材料模型对节理岩石进行分离式Hopkinson压杆试验.通过设置不同的节理厚度和加载速度,研究了冲击荷载作用下岩石动态抗压强度变化规律及相应的破坏形式,分析了节理厚度对应力波穿越节理时波动性质及能量耗散的影响,并从能量角度表征了岩石损伤变化规律.结果表明:随着充填物厚度的增加,节理岩石动态抗压强度逐渐降低,其破裂形式以张拉破坏为主,但节理介质的存在会影响岩石破坏程度,节理厚度的变化会导致相应的单侧破坏;相同入射能条件下,充填节理的厚度越大,岩石反射能力越强,透射波衰减幅度越大,能量耗散也越多;节理岩石的入射能和反射能随冲击速度的增大呈增长趋势,透射能则是先增大后减小,通过能量表征的损伤变量d随冲击速度呈弱幂函数增加关系d=-0.11v~2+1.31v-3.01,损伤变量值越大,节理岩石破坏程度越高.     

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明：模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。     

钢筋套筒灌浆对接与搭接接头力学性能对比

为研究套筒灌浆对接和搭接接头力学性能差异,进行了24个对接和12个搭接接头单向拉伸试验,对比研究了接头的破坏形态、承载力、延性、力-位移曲线、套筒应变等.对接接头在加载过程中套筒中部灌浆料出现全截面开裂现象,加载结束发生了灌浆料从套筒中拔出破坏,搭接接头无以上现象.试验结果表明在套筒长度相同时,搭接接头承载力、总伸长率、刚度分别是对接接头的5~7倍、3~5倍、2~3倍,位移延性系数大于对接接头;在锚固长度相同时,搭接接头承载力、位移延性略大于对接接头,两者初始刚度差别不大,而搭接接头中后期刚度高于对接接头.对接接头套筒中部截面纵向受拉,而搭接接头加载前期受拉,后期受压,反映搭接接头对套筒抗拉强度要求较低;对接接头套筒中部截面环向受压,而搭接接头加载前期受压,后期受拉,说明搭接接头套筒中部对灌浆料约束作用大于对接接头.搭接接头力学性能优于对接接头,可运用于预制装配式结构钢筋连接.     

超高韧性水泥基复合材料的波传播试验研究

为了研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）中应力波的传播特性,采用Hopkinson杆加载UHTCC试件,测得UHTCC在0.2、0.3、0.4、0.5 MPa冲击气压下的应力波信号. 通过对比入射杆波形,验证相同加载条件下加载波形的一致性. 分别采用两点法和峰值法计算每种冲击气压下UHTCC中应力波的波速,结果显示,两点法适用性较广,计算结果较稳定,利用峰值法测波速则需要入射杆和试件波阻抗相近. 计算结果显示,UHTCC中应力波波速、衰减系数随冲击气压均无明显变化,平均波速为3.060 km/s,平均衰减系数为2.777 m^?1. 可以利用朱-王-唐本构模型参数表达材料中应力波的波速和衰减,也可以利用实测的波速和衰减系数将UHTCC的朱-王-唐冲击本构模型表示为只含单个准静态参数的方程,从而提供通过试验直接确定UHTCC动态本构的方法.     

薄层接缝单元及其在拱坝接缝模拟中的应用

在拱坝等结构的非整体性分析中,横缝、诱导缝等接缝对大坝变形及应力状态影响较大,坝体接缝的模拟是计算分析的关键。为对坝体接缝力学行为进行较为合理的模拟,提出法向和切向本构关系均采用双曲线模型的薄层接缝单元,算例验证表明这种薄层接缝单元可以较好地模拟在循环荷载作用下接触面拉压交替的现象。对接触接缝单元的刚度系数、摩擦系数和单元厚度等因素进行了敏感性分析,并阐述了采用这种薄层接缝单元模拟拱坝横缝和诱导缝的方法。将薄层接缝单元用于模拟某实际碾压混凝土拱坝工程中的接缝,计算结果表明横缝和诱导缝对其附近区域坝体拉应力有较大的削弱作用,同时这种薄层接缝单元也可为其它类似接缝模拟计算提供参考。     

T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

为了研究T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点的抗震性能,按1:2的比例设计并制作了9个试件进行低周往复荷载试验。观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了节点的荷载特征值、延性、耗能性能和刚度退化。试验结果表明：此类节点滞回曲线饱满,延性系数均大于3.48,粘滞阻尼系数均大于1.5,具有良好的抗震性能。加长牛腿长度能提高节点的初始刚度和极限荷载;增加端板厚度和设置加劲肋,节点的极限荷载和耗能性能提高,且加劲肋对薄端板的影响比厚端板显著;增大螺栓直径能提高初始刚度,但对节点承载力影响有限。     

Closure behavior of rock joint under dynamic loading

The normal compression tests on intact samples and artificial joints with different saw-tooth shape under cyclic loading and half-sine waves of different frequencies were performed by using Instron1342 servo-controlled material testing machine. The specimens were made artificially with mortar. The loading frequency ranged from 0.005 Hz to 0.1 Hz. The experimental results show that joint closure curves are non-linear and concave up. The stress-deformation curves under cyclic loading exhibit hysteresis and permanent set that diminish rapidly and keep constant finally on successive cycles. Normal displacement successively decreases from the joint J1 to J2, to J3 under the same normal loads regardless of frequency. Considering the loading frequency effect, normal displacement of joint J1 decreases with increasing the loading frequency except that the loading frequency is 0.05 Hz. Normal displacement of joint J2 increases with increasing the loading frequency. Normal displacement of joint J3 increases with increasing the loading frequency when the frequency ranges from 0.005 Hz to 0.05 Hz. Its normal displacement, however, becomes least when the loading frequency is 0.1 Hz.     

Numerical study on maximum rebound ratio in blasting wave propagation along radian direction normal to joints

1 INTRODUCTION For one dimensional wave, such as seismic wave, passing across single joint or multiple parallel joints, combining the theory of displacement discontinuities and the method of characteristics, solutions in terms of magnitudes of the reflection ratio and the transmission ratio have been obtained by several researchers[1?6] for P-wave and S-wave respectively. However, for a practical dynamic problem in a rock mass involving blasting wave propagation from a tunnel or borehole,…     

木结构主次梁新型挂钩件连接节点的受力性能

为研究新型木结构主次梁新型金属挂钩件连接节点的受力机理,参照ASTM针对挂钩件的测试标准,进行了8个模型的竖向加载静力试验,得到了节点承载力与主、次梁相对变形曲线和2种典型破坏模式.建立了新型挂钩件节点的ABAQUS三维实体有限元模型,与试验结果和试验现象对照,验证了有限元模型的准确性.采用该模型对挂钩件节点进行参数分析,研究了挂钩件翼缘厚度和宽度对节点抗剪极限承载力和刚度的影响.对挂钩件节点进行详细受力分析,提出了该新型挂钩件节点的简化受力模型,推导了节点的极限承载力计算公式和破坏模式的判别方法,与试验结果吻合良好.     

螺栓被连接件刚度的解析计算

基于三维轴对称模型的弹性理论方法对螺栓连接中被连接件进行了建模,用均匀分布的环形力来模拟螺栓头部对被连接件的作用力,给出了被连接件的刚度的理论解析.实例计算结果表明:提出的计算方法具有较高的精度.得到的被连接件刚度计算方法不需要进行太复杂的运算,适合螺纹连接设计中较为准确地计算被连接间的刚度,具有较好的工程实用性.基于三维弹性理论解析解的方法对被连接件的刚度进行求解,不需假设应力分布,也不需要对最佳的半锥角进行实验或有限元统计.