大理岩特征应力的加载速率效应研究

为研究加载速率对脆性岩石特征应力的影响规律,利用MTS815型试验机和声发射测试系统进行大理岩的单轴压缩试验.采用体积应变法、声发射法和基于微裂纹发育特性的黏结颗粒离散元法确定试样的特征应力,探究特征应力的加载速率效应.结果表明,3种方法确定的特征应力值较为接近,基于微裂纹数的黏结颗粒离散元法是一种较可靠有效的方法.在中低加载速率范围内,随加载速率增加,归一化特征应力值呈现减小规律.数值模拟结果显示,加载速率在中低和较高范围内增加时,归一化起裂应力和损伤应力均减小.当处于中低加载速率范围时,其归一化特征应力降幅较大.当处于较高加载速率范围时,归一化特征应力趋于平稳,尤其是归一化损伤应力.相比较而言,归一化损伤应力的加载速率效应整体上比归一化起裂应力明显.     

边坡稳定分析的颗粒流方法研究

传统的边坡稳定性分析采用刚塑性模型,事先假定滑动面,按极限平衡状态进行计算。滑移面的准确确定及参数选取对计算结果影响很大,此外土是一种散体材料,按采用连续性假设的弹性力学理论分析,在理论上矛盾。针对这一问题,采用颗粒流理论,给出了颗粒流模拟方法,首先对粘土试样的双轴试验进行了数值模拟,并结合摩尔-库仑破坏准则,得到细观参数对宏观特性的影响规律,然后模拟演示了粘性土坡在自重作用下变形破坏的全过程。模拟过程符合滑坡发生、发展、滑动的过程。说明了颗粒流方法模拟边坡变形破坏力学行为的可行性和优越性。     

加载速率对钢筋混凝土结构损伤的影响

目的 为探讨钢筋混凝土结构的动态损伤特性,进一步研究钢筋混凝土高层建筑结构连续倒塌破坏机理.方法 在钢筋混凝土梁柱构件动力特性试验基础上,分析钢筋混凝土梁柱构件的损伤,分别提出考虑加载速率影响的梁、柱构件的损伤演化方程,介绍一种改进的考虑加载速率影响的构件恢复力模型,并对一座6层3跨的钢筋混凝土框架结构模型进行地震作用下动态模拟,分析结构中主要构件的应变、应变率和损伤随时间的变化.结果 通过与试验结果对比,验证了笔者提出模型的有效性.通过数值模拟,得到梁的损伤值为0.06,柱的损伤值为0.17.结论 构件的损伤发展规律相近,且在地震动加速度峰值附近损伤迅速发展;柱的损伤大于梁的损伤.笔者提出的损伤模型能有效地模拟钢筋混凝土结构的损伤特性.     

胶结充填体力学特性的加载速率效应试验

为探究胶结充填体在不同加载速率状态下的力学参数变化规律及其破坏模式,采用数显式压力机分别对2.0、4.0、6.0、8.0 mm/min这4种加载速率下的胶结充填体开展单轴压缩试验.试验结果表明:在2.0~8.0 mm/min加载速率范围内,加载速率对于胶结充填体的抗压强度值和割线模量均具有明显的强化效应,且峰值抗压强度值和割线模量随加载速率增大而增大.峰值抗压强度与加载速率呈多项式函数规律,而割线模量与加载速率则呈指数函数分布规律.且随着加载速率增大,胶结充填体试件破坏形式表现为拉剪混合破坏向单一剪切破坏形式逐渐转化.研究结果揭示了胶结充填体的力学特性加载速率效应,为研究充填体破坏机制提供一定的参考依据.     

加载速率效应下深部砂岩的力学特性（英文）

煤矿工作面推进速度对煤体前方支承压力波动频率有显著影响,且与煤岩力学试验中轴向加载速率的变化有一定的相关性。为此,采用2000 k N三轴试验机和PCI-2声发射测试系统,对深部砂岩进行了0.05,0.1,0.15,0.25和0.5 MPa/s五种不同加载速率下的单轴压缩试验,进而研究加载速率对深层砂岩力学特性的影响。结果表明：1)深部砂岩的峰值强度和弹性模量均随加载速率的增大而增大;2)随着加载速率的增大,深部砂岩由塑-弹-塑性体向塑-弹性体转变,破坏模式逐渐由I类型向III类型转变;3)总输入应变能、弹性应变能、耗散应变能均随着加载速率的增大而增大;4)损伤变量随时间的延长呈现出倒“S”型演化特征,且随着加载速率的增大,深部砂岩的损伤程度加剧。上述所得结论可为深部工程围岩稳定性控制提供理论依据。     

桩-土水平相互作用的颗粒流数值研究

对水平载荷作用下的桩-土相互作用问题进行颗粒流数值模拟和研究，应用PFC^20程序，模拟了直线单调、直线循环、十字和半圆形加载路径下桩-土相互作用过程．并通过对加载过程中土的细观物理量的考察，研究土的细观力学特征和桩-土相互作用宏观力学行为之间的相互联系．研究结果表明，垂直方向的预加栽会引起土阻力的退化，产生“垂向加载效应”；而在非直线加载路径下，随着位移的增加，栽荷的增量方向会逐渐偏离位移的增量方向，出现不共轴的现象．数值试验观测到的现象和机理可为物理模型试验的进行提供积极的指导作用．     

加载速率对煤岩损伤及声发射特征影响的数值模拟研究

为研究加载速率对煤岩损伤及声发射特征的影响,利用RFPA2D数值模拟软件,以加载速率0.001,0.003,0.005 mm/步对煤岩试样进行数值模拟试验。结果表明,加载速率对煤岩的损伤特征和声发射特征都具有一定的影响。随着加载速率的增加,宏观损伤出现的时间逐渐减小,呈现负相关性;不同加载速率下煤样破裂过程中的声发射峰值计数和峰值能量随着加载速率的增加逐渐增大,呈现正相关关系;不同加载速率下煤样破裂过程中的声发射累计计数和累计能量随着加载速率的增加逐渐减小,呈现出负相关关系。     

灰岩单轴抗压特性的浸水效应研究

为了考察软岩浸水后软化行为对单轴抗压特性的影响,取河南陈四楼煤矿二1煤底板太原组灰岩为试验材料,在三种不同的加载速率下,对不同浸水时间下试样进行单轴压缩试验,得到关于灰岩抗压特性的浸水效应。试验结果表明:在一定的加载速率下,随浸水时间增加,抗压强度和弹性模量逐渐减小,且降低幅度越来越小;随浸水时间增加,试样逐渐由弹性变形转变为塑性变形,但极限应变基本不变;试样内部不可逆的损伤破坏加剧,总应变能和弹性能与浸水时间呈指数关系,耗散能随浸水时间的变化可以用线性关系拟合。     

橡胶集料混凝土细观损伤特性的加载速率效应

基于颗粒离散元理论,选取对应不同级别应变率的0.001、0.01、0.1、1.0、3.0 m/s五种加载速率,模拟实现普通混凝土(NC)和橡胶集料混凝土(CRC)单轴抗压强度试验,系统分析了加载速率对本构关系、裂纹扩展、细观损伤及能量演化的影响规律。结果表明:材料的单轴抗压强度以及相应峰值应变随加载速率增的加呈现非线性增长关系,CRC较NC表现出更为明显的加载速率敏感性;加载速率与NC裂纹生成速率呈现负相关关系。而与CRC裂纹生成速率呈正相关关系。提出了两种材料细观损伤变量与加载速率间的拟合方程,拟合效果较好,同时分析了不同加载速率对材料弹性应变能和动能的演化规律影响。     

管涌的砂槽试验研究及颗粒流模拟

为了揭示管涌发展的细观机理,分析了土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程,进行了管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,根据数值模拟结果,分析了管涌发展过程中试样细观变化规律及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行了比较.结果表明在不同的颗粒组成、孔隙率大小和渗径长度下数值模拟获得的临界水力梯度与室内试验结果均比较接近,从而证明了采用颗粒流程序研究管涌问题是合理的,为从细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径.     

渗透变形中相似性问题的颗粒流模拟

在离心试验中进行渗流试验一般采用原型土,由于土样没有和模型同比缩放,导致试验中流体流动不遵循流体动力学相似准则.在分析离心试验结果的基础上,对照流体动力学相似准则,提出通过调整颗粒粒径和流体材料参数,获得模型和原型的完全相似.由于颗粒粒径和流体材料参数调整具有一定的难度,根据离散单元法的特点,考虑采用颗粒流程序对离心试验中的渗透变形问题进行模拟.数值模拟结果表明模型和原型中的流场可以实现较好的相似,与理论及试验结果一致.说明采用颗粒流程序进行离心试验是可行的,同时为颗粒流在涉及渗流过程的离心试验中进一步运用提供了参考.     

颗粒流的流固耦合分析及渗透系数标定

利用颗粒流程序PFC2D对达西渗透试验进行了模拟,分析了PFC进行流固耦合计算的原理,对与渗透系数有关的细观参数进行了分析,并与渗透系数建立了关系,由此确定了对数值模拟计算中渗透系数进行标定的方法.为利用颗粒流方法研究注浆、管涌等岩土工程中的流固耦合问题提供了依据.     

W火焰锅炉炉内三维流场和颗粒运动轨迹的数值模拟

W火焰锅炉具有独特的炉膛和烟气流动结构,适用于低挥发份劣质煤发电,炉膛配风和煤粉颗粒对W火焰锅炉形成良好的炉内燃烧和保证安全高效洁净燃烧影响显著.针对300 MW W火焰锅炉,采用RNGk~ε和DPM模型数值研究了不同工况下W火焰锅炉炉内三维流场和煤粉颗粒运动轨迹,分析了炉膛配风和煤粉粒径对流场特性的影响.研究表明:配风对流场对称性影响很大,不合理的配风可导致火焰"短路"和气流冲刷冷灰斗.炉膛折焰角结构决定了对称的配风形成非对称流场,但增加前墙配风速度可有效平衡折焰角效应.当前后墙配风比为1.05时流场对称性最佳.下炉膛冷灰斗区双旋涡流动结构可增强煤粉气流热质交换,增加煤粉停留时间,有利于煤粉燃尽.随粒径增大,煤粉深入下炉膛平均深度越大,煤粉在燃烧炉膛内停留时间先增大后减小,存在最佳煤粉粒径.研究结果对大容量W火焰锅炉设计和燃烧调整有意义.     

砖砌体剪压复合受力动,静力特性与抗剪强度公式

在砖砌体模型关于剪压复合受力相关性的静力与动力试验研究的基础上,提出了基于可靠度分析并与修订中的砌体结构设计规范放建筑抗震设计规范相过渡的拟合公式,该式以“变摩擦系娄”的剪摩理论模式。统一了依据主拉应力理论和剪摩理论的抗剪强度计算方法,公式形式简单,物理概念明确,计算结果与两本规范公式十分接近,实现了新旧方法的衔接并偏于安全,为规范的修订提出了新的建议。     

轴对称容器内流体流动与传热的质点导数法计算

对轴对称容器内流体流动与传热问题,采用人工瞬变质点导数法,在不等距非正交曲线网格中进行数值计算．此方法具有简单、明晰的特点,能在较少网格数情况下获得较高的精度．     

颗粒形态对粗粒土渗透系数影响的数值模拟研究

土体渗透系数是关系工程稳定性、安全性的关键因素。土体是一种散粒体材料,已有研究多关注颗粒级配、密实度、颗粒大小对渗透系数的影响。为研究颗粒形态这一关键微观特征对土体渗透系数的影响,采用孔隙流体渗流过程数值模拟方法,研究了球形颗粒和多面体颗粒试样的渗透系数。结果表明,颗粒形状越复杂,孔隙形状的复杂程度越高,渗透系数因而越低。多面体颗粒试样的渗透系数明显小于球形颗粒试样,两者比值在35%到50%之间。     

冲击荷载作用下混凝土抗压强度的细观力学数值模拟

为研究混凝土在冲击荷载作用下的细观破坏机制,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的黏结带所构成的三相复合材料,根据瓦拉文公式确定代表骨料的颗粒数,采用蒙特卡罗方法生成随机骨料模型.采用双折线损伤模型描述混凝土细观单元的损伤退化.利用非线性有限元方法对湿筛混凝土立方体小试件和全级配混凝土立方体大试件在冲击荷载作用下的细观破坏机制进行数值模拟,给出了试件的应力-应变曲线和动态抗压强度.研究结果表明,数值模拟所得的结果与实验结果表现出较好的一致性.     

颗粒速度概率密度分布轨道模型及数值模拟

该文运用颗粒的随机运动方程推导得到的颗粒速度PDF方程,求解颗粒速度PDF方程获得颗粒速度的统计特性,再利用颗粒位置方程来求解颗粒的轨道.通过对颗粒湍流扩散的数值模拟,并与传统随机颗粒模型在颗粒速度均方根值和颗粒位移均方值上进行对比分析,从而得出两种模型优劣情况.     

振动筛面颗粒流三维离散元法模拟

基于软球干接触模型对振动筛面上颗粒流的筛分过程进行了三维离散元法(DEM)模拟研究,分析了煤料颗粒流在筛分过程中的运动状态和筛分效率动态变化规律以及入料颗粒的粒度分布对筛分效率的影响.结果表明:各粒级颗粒具有相似的速度变化规律和相近的平均速度幅值.易筛颗粒的筛分效率较高且变化幅度较小,对整体筛分效率的影响较小;难筛颗粒的筛分效率较低且变化较剧烈,对整体筛分效率具有较大的影响作用;沿筛面长度方向,筛分效率在入料端最低,排料端最高,中间较高且基本相等;随着难筛颗粒和阻碍粒含量的增加,筛分效率逐渐减小,当2种颗粒含量分别为25%和10%时,稳定状态下的筛分效率减幅变缓.