颗粒流模拟土的工程特性(英文)

本文基于颗粒流理论,引入不同的颗粒接触连接本构模型,分别建立了砂土和粘性土的颗粒流模型。通过颗粒流数值模型试验,从细观力学角度对土的工程力学特性作了初步的研究。对砂土和粘性土的室内平面应变试验及其剪切带形成和发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压下颗粒流试样与室内试验的应力应变关系曲线,基本再现了砂土和粘性土试样应力-应变关系。通过分析围压-时步曲线、体变曲线和不同阶段的颗粒位移场的变化规律,研究了剪切带的形成与发展规律。     

EPS颗粒混合轻质土加载-卸载应力应变特性分析

为研究反复加载-卸载条件下EPS颗粒混合轻质土的应力应变特性,分析了EPS颗粒混合轻质土在反复加载-卸载条件下应力应变曲线随围压、水泥掺入比、土质的变化规律,并比较了反复加载-卸载条件下和单调加载条件下的应力应变曲线。结果表明,EPS颗粒混合轻质土反复加载-卸载条件下的应力应变曲线的包络线呈硬化型;EPS颗粒混合轻质土在反复加载-卸载条件下的强度随着围压和水泥掺入比的增大而增大;在相同条件下,砂土EPS颗粒混合轻质土的强度比淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的强度高;当围压较低时,砂土EPS颗粒混合轻质土的反复加载-卸载应力应变曲线失去记忆性,高于单调加载的应力应变曲线,体现了EPS颗粒混合轻质土的卸载体缩的性质,而当围压较高时,记忆性恢复,不同配比及围压下淤泥质土EPS颗粒混合轻质土在反复加载-卸载下的应力应变曲线基本上都具有记忆性,并且当反复加载-卸载次数较大时出现疲劳现象。     

粗粒土三轴试验颗粒流细观参数敏感性分析

通过离散元软件PFC3D建立了粗粒土三轴试验模型,并对剪切过程进行了模拟,定性分析了宏观和细观参数之间的关系。结果表明,试样峰值应力随着围压和摩擦系数的增大而增大;弹性模量随着有效模量的增加而增加;刚度比对试样的泊松比影响较大;颗粒形状对试样的峰值应力影响较大,不规则颗粒试样的峰值应力比球体颗粒的更大。研究结果对粗粒土三轴试验离散元模拟的参数标定提供了一定的指导意义。     

基于 DEM 的颗粒级配对粗颗粒土三轴试验影响分析

通过建立DEM离散元模型,分析不同颗粒组成的土颗粒三轴试验中的应力应变及强度特性。为充分描绘不同颗粒级配对应力应变特性的影响,在采用传统应力应变曲线基础上,对颗粒三轴试验中颗粒位移场的变化进行了分析。结果表明,随着围压的增加,颗粒位移场变得均匀,粗粒土更容易发生体缩变形,向更密实的挤压状态转变,强度增高。曲率系数与不均匀系数对土的强度及变形性能影响较大,在级配曲线连续的条件下,有效粒径与中值粒径或限制粒径相差较大时,粗骨料之间接触形成骨架结构,其内摩擦角增大,强度及抗变形性能提高。     

基于离散元法的煤系土宏细观参数相关性分析

利用离散颗粒流对江西省萍乡地区高速公路沿线分布的煤系膨胀土三轴试验进行了数值模拟,从细观角度对煤系膨胀土的宏观力学特性和剪切位移场的形成和发展规律进行了研究。结果表明,煤系膨胀土颗粒间摩擦系数对试件宏观应力应变影响较大,试件偏应力峰值随着摩擦系数的增大而不断提高,偏应力达到峰值前,土体应力应变关系基本趋于线性变化;土颗粒间接触刚度与试件偏应力峰值呈双曲线变化,接触刚度比kn/ks增加,试件偏应力峰值逐渐减小,但对试件的残余强度影响不明显;围压对试件偏应力峰值和残余强度影响显著,当试验围压从0.2 MPa增大到1.2 MPa时,试件偏应力峰值和残余强度分别增加了2.14倍和5.11倍。     

刚性单桩竖向循环加载模型试验研究

刚性桩在高铁低矮路堤加固中广泛应用。利用浙江大学大型地基与边坡工程模型试验系统,开展了饱和粉土地基中刚性单桩动力加载大比例模型试验,对不同静偏荷载及循环荷载组合作用下的桩基性状进行了研究。通过模型桩身安装的各类传感器,对桩顶累积沉降、桩身轴力、桩–土界面孔压及正应力变化进行了监测。试验发现,循环剪切会引起桩–土界面土颗粒重排,导致桩–土界面孔压及有效应力状态发生改变。循环荷载比 CLR 对桩基累积沉降、桩侧应力状态发展影响显著。根据试验结果,对累积沉降发展规律进行了归纳,分析并讨论了桩侧应力状态变化机理。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态研究

粗粒土的临界状态是构建本构模型的重要工具,目前考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态并不明确。通过大型三轴CD试验,研究了粗粒土在临界状态时的颗粒破碎规律和应力变形特性,探讨了颗粒破碎对粗粒土临界状态应力比和临界状态方程参数的影响。主要结论如下:①粗粒土的临界状态应力比M_c并不是定值,而是与围压之间呈现出非线性的关系;②初始孔隙比对于临界状态应力比M_c的影响则可以忽略;③初始级配相同,围压和初始孔隙比不同的粗粒土,其临界状态在e–(p/p_a)~ξ平面可以用同一条直线来描述,且直线的参数是与初始孔隙比和围压无关的常数。     

钙质砂的耦合变形机制与本构关系探讨

针对低应力下钙质砂的颗粒破碎现象具有特殊性，分析了围压对钙质土颗粒的破碎的影响，揭示其变形过程的力学机制；然后考虑钙质土的颗粒破碎与滑移两种变形机制的耦合作用，并分别采用损伤模型和边界模型予以描述。理论计算与试验结果吻合较好。     

振动压路机钢轮与介质作用研究

在压实作业中,压路机振动钢轮传递给地基的压应力包括参振重量;激振力;机架作用力等。本文基于地面力学的研究基础,对钢轮与地基相互作用力进行理论研究,得出行走振动工况时,地基压应力的分布情况。推出振动压实时地基中动态压应力与静态压应力的公式。并通过20T单钢轮压路机土槽压实试验,获取土力场的压应力数据,得出第三遍压实时,各层动态压应力与静态压应力的变化数据,对理论研究进行验证。     

土力学的新概念与土骨架

该文用土力学的新概念改善和细化了土骨架理论。土骨架的3要素有:土颗粒,包括其结合水;接触(点或面);联接(收缩膜,公共结合水膜)。土颗粒相互接触,或相互联接,或即相互接触又联接构成土骨架。土骨架溃散指土颗粒即没有接触也没有联接。结合水膜联接最强,其次到收缩膜联接,最弱是接触。土骨架局部失去接触或联接为损伤;溃散或损伤的土骨架重新建立接触或联接为修复,还伴有加密的为增强。饱和土的土骨架体积,是包括结合水膜的土颗粒体积;非饱和土的土骨架体积,是包括结合水膜的土颗粒,加上收缩膜联接的体积。土是由土骨架和广义流体组成的,与非饱和土有效应力的大气张力公式相对应。应该用绝对压强分析广义流体。有效应力的新概念也可以描述为:有效应力是土骨架的接触和联接所对应的应力;总应力由有效应力和广义流体应力组成;有效应力的实质是广义流体没有抗剪能力,但具有抗压能力;应该用总应力模式分析土的压缩变形。分析了泥浆干缩、流沙陷阱、地基压缩变形及渗流固结、特殊土灾变、地震灾害的土骨架;还有人工增强土骨架(地基处理)。     

围压和裂隙水压力对岩石中椭圆裂纹初始开裂的影响

根据线弹性理论,导出了椭圆裂纹边缘的切向应力的表达式。分别给出了单向压力、双向压力、单向压力与裂隙水压力共同作用3种情况下椭圆边缘开裂点的位置、开裂方向和最大切向拉应力值。根据最大拉应力理论,给出了最大切向拉应力和临界载荷公式。结果表明,开裂点、开裂角、最大切向拉应力和临界载荷随椭圆的纵横轴比和倾角的不同而变化,由此可得到最危险的倾角。     

考虑黄土结构性变化的地基增湿压缩变形分析

通过湿陷性黄土的侧限压缩试验,按照损伤力学复合体理论,研究了压缩应力应变曲线及其切线压缩模量的变化规律,提出了能够考虑加载及增湿耦合作用的结构损伤比,并在考虑实际地基浸水和附加应力变化的耦合作用下,建立了切线压缩模量随含水量和附加应力连续变化的函数。发现切线压缩模量随压应力的增大而减小,随含水量的升高而降低;压缩应力和增湿作用下的结构损伤性较压硬性更加突出,加荷和增湿作用过程就是黄土结构的损伤过程。基于黄土的结构损伤比,给出了地基土压缩模量随含水量和压缩应力连续变化的函数,提出的地基沉降验算方法是评价湿陷性黄土地基可能湿陷量的一条有效途径。     

碾压混凝土各向异性徐变损伤本构模型

碾压混凝土的徐变包括低应力水平下的近似线性徐变和高应力水平下的非线性徐变，在低应力水平下，损伤值较小，徐变近似线性，可以应用叠加原理；在高应力水平下，损伤值较大，徐变表现为明显的非线性，叠加原理不再适用，高应力水平下徐变的非线性特征可以用线性徐变和损伤耦合来描述。根据碾压混凝土材料损伤拉压显著不同的特点，分别在拉压应变空间建立了碾压混凝土的损伤演化方程，考虑粘弹性与损伤耦合，应用正交各向异性损伤理论来描述由于微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化，该模型能够较好地描述碾压混凝土的在复杂应力状态下的非线性徐变特性。     

应力路径对天然沉积土压缩特性影响的试验研究

工程中如何考虑复杂应力路径对地基土压缩性状的影响是岩土工程中一个关键的问题。然而目前土体压缩性状的研究通常采用一维压缩和三向等压压缩试验,没有考虑应力路径的影响。通过对天然沉积土进行不同应力路径下的GDS三轴压缩试验,研究不同应力比对天然沉积土压缩性状的影响规律。结果表明：不同应力路径下天然沉积结构性土的平均结构屈服应力和结构屈服后的压缩性参数均先随应力比的增大而增大,达到最大值后又随着应力比的进一步增大而减小。通过对比分析不同应力路径下的GDS三轴压缩屈服性状与一维压缩屈服性状,得出天然沉积土的静止土压力系数在屈服过程中并非常数,而是呈现由小到大的变化,在屈服后趋于恒定。     

循环抽注水作用下承压含水层砂土的变形特性

为探讨人工回灌和地下水位季节性变化等因素对承压含水层砂土变形特性的影响,利用FlowTracⅡ增量固结试验系统,设计了符合承压含水层砂土应力状态、符合抽注水应力路径的单向压缩试验,研究了循环抽注水作用对砂土变形特性的影响规律及抽注水作用下砂土变形特性的影响因素。试验结果表明:抽水作用(加载)下砂土产生压缩变形,注水作用(卸载)下,砂土变形呈现压缩和回弹两种现象,且砂土孔隙比大(密度小)时易发生注水压缩现象;循环抽注水作用下砂土总体呈现压缩变形特性,随抽注水循环次数的增加和前期固结压力增大,注水作用下砂土变形逐渐由压缩向回弹转化。基于砂土结构演变,构建了以弹性理论和最小势能原理为基础的抽注水作用下砂土变形机理,解释了注水作用过程中砂土变形呈现的回弹与压缩交替波动的试验现象,用试验结果总结了注水强度、前期固结压力、注水速率等因素对砂土变形特性的影响规律,验证了抽注水作用下砂土变形机理的合理性。     

压应力对配筋煤矸石多孔砖墙片抗震性能的影响

通过对水平配筋煤矸石多孔砖墙片在不同压应力作用下的拟静力试验,研究了煤矸石多孔砖这种新型墙体材料在低周反复荷载作用下的力学性能,压应力对水平配筋墙片的影响,在不同压应力作用下水平钢筋强度发挥效能。     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。     

常规三轴试验固结阶段的理论研究及试验验证

常规三轴试验的固结阶段属于球应力作用下的三维压缩而渗流只发生在竖向的特殊过程,与Terzaghi一维固结过程既有区别又有一定的共同点,因此不能直接用Terzaghi一维固结理论解决该问题。基于有效应力原理、Darcy定律和线性材料假设,建立常规三轴试验固结阶段的水压力消散理论方程,并进一步给出其分离变量法的幂级数解和有限元解答。算例分析表明,幂级数解在固结初期收敛性较差,只有当固结度稍大时才表现出良好的稳定性。将理论方程的计算结果与双压力室WF有效应力路径三轴试验结果比对后发现,理论方程能够揭示三轴试验固结阶段的主要特点。理论分析表明,其差异性主要在于理想假设与真实土样性质不完全相同这一客观存在。     

基于统一强度理论的密肋复合墙体轴心受压承载力分析

结合前期试验成果,采用考虑中间主应力σ2的影响、拉压性能不同的适用于各种材料的复杂应力状态下的双剪统一强度理论,分析密肋复合墙体中砌块对轴心受压承载力提高的原因,修正了原有的承载力计算公式,并与试验结果进行对比。结果表明:采用双剪统一强度理论修正后得到的轴心受压承载力公式计算值与原有公式相比更接近试验值,对于实际工程,具有一定的准确性和经济性;同时统一强度理论对于密肋壁板结构的理论计算有良好的适用性。     

考虑地下水位影响的砂井地基强度增长计算

 为深入了解真空联合堆载预压条件下深厚吹填软土地基强度增长的实际规律,基于有效应力原理和应力路径法对地基的强度增长机制进行定性分析,分析结果表明：地下水位线以上土体的强度增长规律和地下水位线以下的土体的强度增长规律是不尽相同的。鉴于此,考虑地下水位的影响,基于有效应力唯一性理论推导出砂井地基强度增长解析解。最后,以珠海港高栏港区某软基处理工程为依托,基于该解析解对真空联合堆载预压恒载过程中土体超静孔压消散稳定后的地基强度增长情况进行计算,并分别与室内无侧限抗压强度试验结果和三轴压缩试验结果进行对比分析,分析结果表明：按不排水剪强度考虑时,不同深度土体强度增长量的计算值与实测值之间的平均误差为8.0%;而按破坏面上的强度考虑时,不同深度土体强度增长量的计算值与实测值之间的平均误差为3.2%。因此,该解析解的计算值与实测结果较为吻合。