基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型

为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。     

水平地震作用下地下结构考虑转动时的动力响应

利用分析力学的Lagrange方程,推导了地下结构在水平地震作用下同时考虑结构的平动和转动效应的运动方程.为了简化计算,将地下结构假定为矩形刚体,地基采用温克尔弹性地基模型,且不考虑结构与周围土介质的阻尼作用.首先得到了地下结构与土相互作用时的动能和势能,然后利用分析力学的Lagrange方程推导出了结构的运动方程.通过算例研究地下结构在水平地震作用下考虑转动分量和不考虑转动分量时的受力差别.     

浅埋单层三跨地下结构在竖向地震作用下的动力响应

采用结构动力学方法,通过求解地下结构顶板的动力响应得到了单层三跨地下结构中柱在竖向地震分量作用下的动力响应.地下结构首先被看作是刚体,利用与地基的相互作用得到地下结构在竖向地震分量作用下的动力响应.其次,由于地下结构的对称性,取一半进行简化分析,侧墙对于顶板的约束用抗弯弹簧代替.再次,根据边界条件将之前的刚体动力响应作为输入,可以求得顶板的剪力.最后,通过之前求得的顶板剪力进而求得中柱的受力情况.结果表明,竖向地震分量对中柱的作用是显著的,甚至会对地下结构中柱产生严重的破坏.     

海底隧道地震动力响应研究

高水压作用下海底隧道的地震动力响应是一个需要深入研究的问题.基于Winkler地基模型,利用动力平衡条件和微分关系推导出了仅由弯曲引起的梁振动方程,利用分离变量法求得了海底隧道的振型和自振频率,并推导出了地震作用下海底隧道与地基之间的动力相互作用系数以及隧道结构位移表达式.通过算例计算研究了水压对于结构的自振频率、结构位移以及相互作用系数的影响.研究表明,高水压作用下结构的地震动力响应不可忽略.     

基于Mindlin解的单桩侧阻应力系数埋深效应初探

Geddes解采用的集中荷载,起始点在弹性半无限空间表面.应用于工程实践时,计算埋深较浅桩在土中产生应力的影响误差较小,随着建筑群桩基础埋置越深,有的已超35 m,误差会更大.此外基桩侧阻模式分布比较复杂,常常需要分解为几个基本侧阻形式,有的侧阻应力起点并不在地表.以Mindlin解为基础,参考Geddes解,将积分起点设在距离空间表面一定深度a处,从而得到具有埋深a的Geddes解析解,并与原Geddes解进行了简单比较.相对于沿袭Geddes解的做法,本计算式显然更为精确.     

轴压比对RC框架结构“强柱弱梁”屈服机制的影响研究

轴压比对RC框架结构"强柱弱梁"的实现有重要的影响,之前大量研究只是表明,高轴压比不能有效地实现"强柱弱梁"屈服机制.现有文献并未给出现行规范下实际可供参考的轴压比取值范围,以保证结构更好地实现强柱弱梁屈服机制.利用ABAQUS,通过改变混凝土等级的方法,不仅能够实现不同柱轴压比,还能保证梁、柱刚度比不发生变化.采用弹塑性动力时程分析方法,更有效地分析轴压比的影响,提出可供参考的轴压比取值范围建议,保证结构"强柱弱梁"屈服机制的实现,为工程设计提供一定的参考.     

确定非均匀土层自由场地震动二维简化模型

研究了非均匀土层自由场地震动的二维简化模型.取非均匀土层剪切模量沿深度按幂函数变化(G=G0zp,其中G0和p为常数).首先,利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程;再采用分离变量法来求解该方程,根据波的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到水平分量的解析解;然后,将水平分量的解析解带入原二维波动方程组中,将原二维波动方程组转化为一维形式.再利用MATLAB计算软件计算出其数值解;最后,通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行比较.     

含水率对于地下结构地震动力响应的影响研究

含水率对土体的弹性模量、黏聚力、内摩擦角以及土体密度都会产生影响.密实度一定的情况下,黏性土的多种力学参数会随着最佳含水率的出现而出现"峰值"效应.利用FLAC3D差分软件对不饱和土在地震作用下的动力响应进行了模拟和分析,探讨了土中含水率对于地下结构地震动力响应的影响规律.结果表明,在最佳含水率附近,土层的性质对于地下结构的作用来说是最良好的,此时结构的内力可取得最小值;顶板和底板的相对水平位移变化不大,并且位移的数值随着含水率的增加而逐渐减小;土体和结构的加速度峰值都随着含水率的增加而呈减小的趋势.     

节理峰前剪切刚度软化模型及其影响因素分析

节理峰前剪切应力-位移曲线是研究节理剪切行为的重要内容。然而目前对于节理峰前剪切行为大多以线性描述,不能较好的描述非线性的特点。对于非线性的描述也仅仅是唯象描述剪切应力-位移曲线,未能反映影响模型的参数物理意义及影响因素。以峰前节理刚度软化行为为出发点,采用归一化的思想将节理剪切刚度与位移无量纲化,用双曲线函数表示出剪切刚度与位移之间的关系。提出了考虑刚度软化的峰前剪切本构关系,通过与试验结果对比验证了本构关系的合理性。影响该模型最重要的两个因素是初始剪切刚度与峰值剪切位移。以Greenwood和Williamson模型为基础在细观上探讨了初始剪切刚度的影响因素;抓住法向应力与节理粗糙度主要因素,探讨了影响峰值剪切位移的影响因素。对模型参数的研究有助于进一步阐明节理峰前剪切机理。     

断裂滑移型岩爆风险评价和预警方法研究现状

地下工程需要频繁穿越地质构造区域,断裂滑移型岩爆频发,严重威胁地下工程结构的稳定和安全。为了揭示断裂滑移型岩爆诱发致灾机理,本文系统分析了触发断裂滑移型岩爆的地质构造条件、时空孕育特征、扰动触发机理、风险评价指标和预警方法等。研究结果表明:断裂滑移型岩爆多发生于含软弱结构面或层理面的地质构造带附近,岩体硬性结构面可以在一定程度内控制岩爆爆坑边界;断裂滑移型岩爆在临界失稳触发阶段存在典型的时空前兆特征,声发射(微震)监测参数在临界滑移失稳阶段存在“相对平静期”破坏前兆,红外热像温度存在短暂异常后随即迅速消失的破坏前兆;岩体内部天然层理面等缺陷结构为触发断裂滑移型岩爆提供了地质构造条件,巷道开挖和掘进等为触发断裂滑移型岩爆提供了滑移失稳空间,外界动力扰动等为触发断裂滑移型岩爆提供了诱发条件。