砂浆-花岗岩界面动态轴向拉伸力学性能试验研究

骨料-砂浆界面过渡区的力学性能对混凝土宏观受力特性有很重要的影响。在MTS试验机上对40个砂浆-花岗岩交界面试件进行了动态轴向拉伸力学性能试验研究,分析不同应变率（10-6～10-2 s-1）、不同程度预静载（30%、50%、70%静载强度）以及往复荷载（1、5 Hz）对交界面动态轴向拉伸力学性能的影响,并对其动态破坏机制进行了初探。研究结果表明：①交界面动抗拉强度随应变率增加有明显增加趋势;②较小预静载（不超过50%）不仅没有使动抗拉强度降低,反而有可能提高动抗拉强度,较大的预静载对损伤弱化效应起主导作用,从而使动抗拉强度降低;③往复荷载作用下会出现明显的低周疲劳损伤,而且残余变形随往复荷载的频率增加而减小;④不同应变率下的交界面应力-应变曲线上升段类似,约50%强度后呈现非线性变化,但非线性程度随应变率增加趋向不明显。另外,尝试性地进行了交界面试件轴向拉伸应力-应变全曲线的试验,得到了稳定断裂的全过程曲线。     

双向循环荷载作用下砾石−格栅界面动力剪切特性

在动荷载作用下,加筋土结构中筋土界面不仅会受到水平循环剪切作用,还会受到循环荷载的压缩作用。采用大型直剪仪对双向循环作用筋土界面动力剪切特性进行研究,探究不同循环法向荷载频率、水平循环剪切频率和法向荷载波形对界面剪切强度的影响。结果表明：当循环法向荷载频率和水平循环剪切频率一致时,峰值剪切应力和最大竖向位移随着频率的增加而增加,前后半周期剪切应力和位移曲线时间差均相同;反之,滞回圈应力−位移关系和竖向位移会由于双向循环荷载频率的不同呈现两种不同形态特性;正弦波法向荷载作用下剪切应力和竖向位移最大,而斜波和方波荷载作用下,滞回圈和竖向位移变化曲线较三角波和正弦波差别较明显;剪切刚度随着双向循环荷载频率的增大而增大,正弦波作用下界面剪切刚度最大,斜波作用下界面剪切刚度最小。     

黄土地基掏挖扩底基础抗拔试验研究

随着西部电网建设的发展,越来越多的架空输电线路需经过黄土地区。输电线路杆塔基础抗拔能力通常是其设计控制条件。掏挖扩底基础因具有较好的抗拔承载性能而在黄土地区输电线路工程中得到广泛应用。根据甘肃黄土地区2个试验场地12个掏挖扩底基础实测上拔荷载位-移曲线,分别采用Chin双曲线模型以及初始直线斜率法、双直线交点法和L1-L2方法确定了基础抗拔极限承载力及其对应位移,得到了抗拔基础归一化荷载-位移曲线,采用归一化荷载-位移双曲线模型对试验结果进行拟合,给出了不同保证概率下基础荷载-位移预测曲线。结果表明：初始直线斜率法得到的承载力最小,双直线交点法次之,Chin数学模型法最大,宜采用L1-L2方法确定黄土地基掏挖扩底基础抗拔承载性能;荷载-位移曲线归一化处理可显著减小实测荷载-位移曲线的离散性,按双曲线拟合参数a、b均值确定的归一化荷载-位移曲线代表了试验平均值,而试验荷载-位移曲线刚度远大于95％保证概率的预测曲线。     

戈壁地基扩底掏挖基础抗拔试验及其位移计算

在甘肃和新疆7个戈壁碎石土场地完成了46个扩底掏挖基础抗拔现场试验,分析了基础抗拔荷载-位移曲线的阶段特征,应用L1-L2方法确定了所有基础抗拔承载力和位移。采用归一化荷载-位移双曲线模型对实测荷载-位移曲线进行拟合,得到了各试验基础归一化荷载-位移双曲线模型拟合参数取值及其统计规律,给出了同时考虑抗拔基础极限承载力计算理论模型误差和归一化荷载-位移双曲线模型不确定性时基础荷载和位移的计算方法。结果表明：戈壁碎石土扩底掏挖基础抗拔荷载-位移曲线呈初始弹性直线段、弹塑性曲线过渡段和直线破坏的3阶段变化规律,归一化荷载-位移双曲线模型可较好拟合基础实测荷载-位移曲线,归一化荷载-位移双曲线模型不确定性可转化为该双曲线模型拟合参数的不确定性,基于强度和变形统一的工程设计更有利于工程安全。     

软土中吸力式桶形基础倾覆承载性能离心模型试验

输电杆塔和风电机组基础主要承受上部结构倾覆弯矩荷载,倾覆承载性能是该类基础设计中的关键问题。针对饱和软黏土地基中的杆式结构桶形基础,通过开展位移控制循环加载、位移维持加载、力控制循环加载和单调静力加载离心模型试验,研究其倾覆承载能力。试验发现,当桶形基础达到极限承载力时其转动中心位置约在桶盖正下方0.8倍桶裙高度处;当循环倾覆弯矩幅值与极限抗弯承载力比值小于3/5时,桶形基础在循环过程中转角的累积难以持续增长,并逐渐趋于稳定;循环加载作用下土与结构相互作用刚度出现明显弱化,所获得的桶形基础循环弱化因子阈值约为0.15;位移维持加载的峰值荷载-位移曲线与单调静力加载的荷载-位移曲线较为一致,位移维持加载的谷值荷载-位移曲线对应的承载力较峰值荷载-位移曲线对应的承载力明显偏小,减少约30%～40%。     

冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。     

层布式纤维混凝土弯拉特性分析

试验研究了相同配合比下素混凝土、层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土弯拉性能，采集三者试件荷载-挠度曲线和90天龄期的极限荷载，并对比三者的28天龄期及90天龄期的弯拉强度，分析其弯拉强度增强机理，得出由于聚丙烯腈纤维和钢纤维的双重阻裂效应，使层布式混杂纤维混凝土的弯拉强度比素混凝土和层布式钢纤维混凝土的弯拉强度更高。     

上拔扩底基础与地基土体承载特性差异性分析

工程中多采用基础上拔静载试验中基础顶部荷载-位移曲线获取基础的承载力,忽略了基础周围土体的变形破坏过程,而实际工程中均是基础周围地基土体发生破坏。为研究扩底基础与其周围土体在抗拔承载特性方面的差异,以黄土地基中的9个扩底基础为研究对象,通过现场全尺寸基础的上拔静载试验,分别获得基础顶部与地表的上拔荷载-位移曲线,并进一步对基顶与地表处的荷载-位移曲线变化特征、抗拔承载力取值进行对比分析。结果表明,两处的荷载-位移曲线变化特征相似,相同上拔荷载作用下地表处的位移量均小于基础处位移量,差异以初始弹性阶段变形最为突出;两者在弹性极限荷载QL1取值方面,相差较大,但随着地基基础由弹性向塑性发展,差异逐渐减小,两者塑性极限荷载QL2取值基本相同。结合上拔扩底基础的破坏模式,分析出上述差异主要由于基础与周围土体之间变形不协调所致,加载初期基础顶部的上拔位移包括基础拔出量和上部土体压缩量,当上部土体压密后压缩变形消失,地基基础成为一个整体,上拔基础与周围土体的变形趋于协调。     

考虑埋深与剪切效应的基坑卸荷下卧隧道的形变响应

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际,提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数,再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧道为埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁,将附加荷载施加于隧道并计算其响应,提出可考虑隧道埋深及剪切效应的下卧隧道在基坑卸荷下的响应解。与三维有限元数值模拟、杭州地铁一号线九寨河基坑的测量结果的对比,验证了所提方法的准确性。针对隧道等效抗弯刚度、等效剪切刚度对隧道内力及变形的影响进行系统的敏感性分析。结果表明,采用Timoshenko梁模拟隧道可更好地分析隧道的力学响应;当提高隧道抗弯刚度,隧道的位移值、弯矩值和剪力值会显著下降,但其分布范围会增大;隧道最大正弯矩及最大剪力所在位置保持不变,不受隧道抗弯刚度值的影响,但最大负弯矩所在位置会随抗弯刚度的增大向隧道两端移动,当隧道剪切刚度超过抗弯刚度的20%时隧道位移、弯矩、剪力几乎均不再受剪切刚度的影响。所得结论可为类似工程提供一定理论支持。     

考虑埋深与剪切效应的基坑卸荷下卧隧道的形变响应

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际,提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数,再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧道为埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁,将附加荷载施加于隧道并计算其响应,提出可考虑隧道埋深及剪切效应的下卧隧道在基坑卸荷下的响应解。与三维有限元数值模拟、杭州地铁一号线九寨河基坑的测量结果的对比,验证了所提方法的准确性。针对隧道等效抗弯刚度、等效剪切刚度对隧道内力及变形的影响进行系统的敏感性分析。结果表明,采用Timoshenko梁模拟隧道可更好地分析隧道的力学响应;当提高隧道抗弯刚度,隧道的位移值、弯矩值和剪力值会显著下降,但其分布范围会增大;隧道最大正弯矩及最大剪力所在位置保持不变,不受隧道抗弯刚度值的影响,但最大负弯矩所在位置会随抗弯刚度的增大向隧道两端移动,当隧道剪切刚度超过抗弯刚度的20%时隧道位移、弯矩、剪力几乎均不再受剪切刚度的影响。所得结论可为类似工程提供一定理论支持。     

预应力锚索工作应力的检测方法——拉脱法的检测机制和试验研究

拉脱法可用于对预应力锚索的工作应力进行检测,它是通过对张拉荷载-锚索伸长量曲线中拐点的判断或对锚具与锚垫板脱开时刻的判断获得预应力锚索工作应力的一种微损检测方法。本文对拉脱法检测预应力锚索工作应力的机制进行力学分析,并对其误差进行理论分析,包括岩土体和锚具回弹、工作锚夹片缩进以及千斤顶滑移等对检测结果的影响。通过对拉脱法的机制分析和检测精度研究,验证了理论分析的正确性,并表明：可通过张拉荷载-位移曲线转折区段的上、下限平均值获得预应力锚索工作应力。当工作荷载为极限荷载的75%时,检测误差约为2%,满足工程检测要求。研究结果为拉脱法在锚索工作应力检测的工程应用推广提供了理论和试验基础。     

基于小波函数的锚杆拉拔全过程分析

基于小波函数伸缩平移的特性,建立了能反映锚杆界面黏结?软化?滑动力学特性的剪应力?位移非线性本构模型,克服了三折线软化界面模型需要分段分析的复杂性。结合锚固体荷载传递的力学微分方程,推导了锚杆拉拔荷载?位移曲线的解析表达式,并提出了锚固体位移、轴力、周边剪应力的数值计算方法和步骤。通过算例分析,得到不同张拉位移作用下的锚固段位移、轴力和剪应力分布,获得的锚杆拉拔荷载?位移和锚杆轴向力分布计算值与实测值进行了对比分析,验证了该方法的有效性。该方法能准确地反映锚杆在不同荷载下的传力机制,模拟锚杆从弹性工作状态到塑性滑移的全过程。最后,通过参数分析,得到了锚杆锚固长度、轴向刚度以及锚固界面本构参数对锚固效果的影响规律。     

恒载作用下损伤梁的弯矩重分布研究

根据等效刚度原理定义损伤程度,对损伤采用损伤位置、损伤程度和损伤长度三个参数来描述,从材料力学平面弯曲理论出发,运用小变形的平面弯曲挠曲线近似微分方程,并引入损伤程度的定义,推导出恒载作用下两端固定损伤梁弯矩方程的隐含表达式。对恒载作用下两端固定损伤梁进行了各种损伤情况下弯矩重分布的对比分析,总结出了其弯矩重分布规律。本研究的目的是期望为桥梁的健康检测、损伤识别理论研究奠定基础。     

嵌岩抗拔桩作用机制研究

嵌岩抗拔桩广泛应用于现代化建设的各个领域,但就其作用机制研究来说还有待进一步完善,关于其荷载传递特性、侧阻力分布规律及其影响因素等还存在许多模糊认识。以剪滞模型为基础,通过理论分析和验算,讨论了抗拔桩侧阻力分布规律、荷载-变位特性。结果表明：当抗拔荷载低于弹性极限抗拔时,桩侧阻力呈指数规律分布,荷载-变位曲线呈线性变化;当抗拔荷载大于弹性极限抗拔荷载时,桩侧阻力分为两段,其中脱黏段上侧阻力均匀分布,黏结段上侧阻力呈指数规律分布,荷载-变位曲线呈非线性规律变化。     

水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究

针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。     

Analysis of piled raft with nodular pile subjected to vertical load using a Winkler model approach

An investigation is made to present analytical solutions provided by a Winkler model approach for analysis of piled rafts with nodular pile subjected to vertical loads in nonhomogeneous soils. The vertical stiffness coefficient along a piled raft with the nodular pile in nonhomogeneous soils is derived from the displacement given by the Mindlin solution for elastic continuum analysis. The vertical stiffness coefficients for the bases of the raft and the nodular part in the nodular pile in a soil are expressed by the Muki solution for the 3‐D elastic analysis. The relationship between settlement and vertical load on the pile base is presented considering the Mindlin solution and the equivalent thickness in the equivalent elastic method. The interaction factor between the shaft of the nodular pile and the soil is expressed taking into account the Mindlin solution and the equivalent elastic modulus. The relationship between settlement and vertical load for a piled raft with the nodular pile in nonhomogeneous soils is obtained by using the recurrence equation of influence factors of the pile for each layer. The percentage of each load carried by both nodular pile and raft subjected to vertical load is represented through the vertical influence factors proposed here. Comparison of the results calculated by the present method for piled rafts with nodular piles in nonhomogeneous soils has shown good agreement with those obtained from the finite element method and a field test. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

A continuum model of layered rock masses with non-associative joint plasticity

Layered rock masses can be modelled either as standard, orthotropic continua if the layer bending can be neglected or as Cosserat continua if the influence of layer bending is essential. This paper presents a finite element smeared joint model based on the Cosserat theory. The layers are assumed to be elastic with equal thickness and equal mechanical properties. All the cosserat parameters are expressed through the elastic properties of layers, layer thickness and joint stiffness. Plastic-slip as well as tensile-opening of layer interface (joint) are accounted for in a manner similar to the conventional non-associative plasticity theory. As an application, the behaviour of an excavation in a layered rock mass is examined. The displacement and stress fields given by smeared joint models based on the Cosserat continuum and the conventional anisotropic continuum approaches are compared with those obtained from the discrete joint model. The conventional anisotropic continuum model is found to break-down completely when the effective shear modulus in the direction parallel to layering is low in comparison to the shear modulus of the intact layer, whereas the Cosserat model is found to be capable of accurately reproducing complex load–deflection patterns irrespective of the differences in shear moduli. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

盾构隧道掘进引起上方已建隧道的纵向变形研究

城市地铁隧道施工中经常遇到新建隧道下穿上方已建隧道的例子,如何提前预测已建隧道的纵向变形是目前工程界普遍关心的问题。基于能够考虑土体变形连续性的Kerr地基梁理论,分别将已建隧道简化为欧拉伯努利梁和铁木辛柯梁,将新建隧道对已建隧道的作用简化为高斯分布荷载,建立了新建隧道施工对上方已建隧道影响的解析分析方法;并利用离心机试验结果进行了验证。分析了地层损失率、荷载形状参数和隧道与土体相对抗弯刚度对已建隧道纵向变形的影响。探讨了隧道剪切刚度对隧道纵向变形的影响。研究发现,当隧道剪切刚度趋于无穷大时,Kerr地基上的铁木辛柯梁退化为欧拉伯努利梁;对于抗弯刚度较大的隧道（如抗弯刚度大于7.54×106 kN?m2）,Kerr地基梁具有较好的适用性;已建隧道的剪切刚度对其纵向变形何纵向曲率产生显著影响;当隧道等效剪切刚度有效系数≤1/4时,必须考虑隧道剪切刚度对隧道纵向变形的影响。将所提分析方法应用于上海盾构隧道穿越工程中,并与现场实测结果进行对比,验证了方法的合理性。     

Discrete simulations of a triaxial compression test for sand by DEM

A quasi‐static homogeneous drained triaxial compression test on cohesionless sand under constant lateral pressure was simulated using a three‐dimensional discrete element method. Grains were modelled by means of particle clusters composed of rigid spheres or spheres with contact moments imitating irregular particle shapes. Attention was paid to the effect of initial void ratio and grain shape mixture on the shear strength, volume changes, force chains, kinetic, elastic and dissipated energies. In addition, the effect of the mean grain size, grain size distribution, grain size range, specimen size and roughness and stiffness of boundaries was numerically analysed in initially dense sand. Some numerical results were compared with available experimental results. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.