有机高分子改性土动力特性试验研究

翻浆冒泥是铁路路基主要病害之一。由于翻浆冒泥造成基床的软化和道碴板结引起道床整体弹性的降低 ,直接影响列车安全运营。实践证明用化学灌浆方法整治这种病害可取得良好效果。为评价选用的有机高分子浆液对路基基床上的改性效果 ,模拟现场土性条件、应力条件、列车循环动力条件和排水条件 ,进行了室内循环动三轴试验。试验结果表明 ,有机高分子浆液改性土动强度显著提高 ,动力特性明显改善。 改性效果在工程实践中得到验证。     

干湿冻融耦合作用下碱渣固化轻质土动力特性研究

为研究复杂气候条件对碱渣固化轻质土动力特性的影响,针对碱渣固化轻质土开展了干湿冻融耦合作用下的动三轴试验。试验结果表明：碱渣固化轻质土累积应变曲线展示出3种不同形态,即稳定型、临界型和破坏型;固化土轴向应变随着干湿冻融耦合次数的增加和冻结温度的下降而增大,其中前3次的影响较大,在5次以后基本达到稳定;根据固化土轴向应变规律,建立了累积动应变预测模型;随着冻结温度的降低,碱渣固化轻质土动强度逐渐减小,减小趋势先快后慢,最终趋于稳定;并且随着干湿冻融循环次数增加而减小,动强度减小速率先快后慢,前3次的动强度减小量较大,5次之后变化量较小;结合动强度的发展规律,提出干湿冻融耦合次数、冻结温度与动强度的关系式,可在工程实际应用中提供一定意义上的理论指导。     

饱和砾性土不排水动力强度及变形特性试验

砾性土的动力强度和变形特性是分析砾性土地基及其构筑物地震永久变形的基础。本文采用大型动三轴仪对饱和砾性土进行不排水循环三轴试验,系统地研究了两种砾性土在循环加载条件下的不排水强度和变形特性,探讨了循环应力比、平均固结应力、固结应力比、初始孔隙比和循环次数对砾性土变形和超静孔压特性的影响。试验结果表明：砾性土的累积轴向应变和超静孔压比随循环应力比、平均固结应力和初始孔隙比的增大而增大,超静孔压比随固结应力比的增大而减小;当循环次数小于20时,固结应力比对累积轴向应变的影响较小,而当循环次数大于20时,累积轴向应变随固结应力比的增大而减小。根据试验结果,建立了考虑平均固结应力、初始孔隙比、循环次数和累积轴向应变影响的不排水动力强度和超静孔压经验模型,其计算值与试验结果比较吻合,说明该模型可以较为准确地描述循环荷载作用下砾性土的不排水动力强度、超静孔压和累积变形的变化规律。     

粘性土各向异性特性的PFC数值模拟

本文采用PFC2D来建立能够反映粘性土微观结构的模型,对不同方向的切样分别进行剪切试验,得到不同方向上剪切的应力应变曲线、剪应变-体应变曲线,求得不同方向上的弹性模量、泊松比、体积模量和剪切模量4个参数,得到其变化规律。粘性土各个方向上剪切强度峰值强度基本沿竖直方向对称分布,呈现出由竖直方向到水平方向剪切的峰值强度由大到小的变化规律。     

交通循环荷载下加筋灰土的动力特性初探

本文对5%石灰掺量的加筋石灰土进行了循环动三轴试验,探讨其在不同动荷载下累积塑性应变、动应变和动回弹模量与振次之间的关系,以及动应力与动应变之间的关系,在此基础上获得加筋石灰土的临界动应力、累积塑性应变-振次回归系数和动应力-应变回归系数。     

往返荷载下粘性土的强度及取值标准试验研究

通过对粘性土进行一系列动三轴试验，测定并分析了动荷载作用下为粘性土的动剪应力，轴向应变及超孔隙水压力随时间的变化规律，分析了破坏时不同固结比的粘性土对静，动剪强度和孔隙水压力影响规律，得出了粘性土的动剪强度随固结比变化的关系式，并对粘性土的动剪强度判别方法的标准进行探讨，得出了有益的结果。     

辽西地区冻风积土动力特性试验分析

动荷载作用下冻土的动力学参数是寒区工程抗震设计的关键。基于大量室内动三轴试验,研究了地震荷载作用下,辽西冻风积土的动强度σd、动变形εd、动弹性模量Ed和动阻尼比λd等动力学参数与土体含水量w、温度T、围压σ3c、动应力幅值σdamx和频率f等条件的关系。试验中采用三水平六因素的设计方法共进行了18组试验。试验结果表明,在相同振次水平条件下,冻土的动变形随动应力幅值的增大和温度上升而增大;在相同温度条件下,冻土的动剪切强度τd随着围压的增加而增加;低温冻土(-15℃)的动强度和动弹性模量要高于高温冻土(-2℃)的动强度和动弹性模量;冻土的动阻尼比随着变形和频率的增加而降低,随着含水量的增加而增加。上述规律为辽西风积土地区建设工程提供了较为可靠的抗震设计依据。     

吸力历史对非饱和粉土动力变形特性的影响

以非饱和粉土为研究对象,利用吸力可控的动三轴仪对其进行动力变形试验,得到了在不同净围压和不同吸力路径下非饱和粉土试样的骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,研究了先脱湿后吸湿的吸力历史对其动力变形特性的影响。结果表明,在同一净围压和吸力下,非饱和粉土试样经历过先脱湿后吸湿的骨架曲线和动弹性模量比仅经过脱湿的要高,而试样经历过先脱湿后吸湿的阻尼比比仅经过脱湿的要小;此外,随着非饱和粉土试样经历过最大吸力的增大,其骨架曲线和动弹性模量增大,而阻尼比减小。试验结果可用非饱和土的平均骨架应力和弯液面水的表面张力作用来解释,并用两项联合预测非饱和土试样的最大剪切模量。     

长期循环荷载下卸荷粉土动力特性的试验研究

通过杭州地铁5号线的卸荷状态饱和粉土的动三轴试验,研究了长期循环荷载作用下侧向卸荷状态饱和粉土的动力特性,总结了卸荷应力路径对该类土体的动力特性的影响。试验结果表明：饱和粉土在侧向卸荷时,存在临界动应力,并且土体在卸荷再加荷应力路径下的临界动应力最小;在动应力未达临界动应力时,土体累积动应变和累积动孔压发展表现为稳定型;而当动应力超过临界动应力时,土体累积动应变和动孔压表现为破坏型,但侧向卸荷应力路径下土样的累积动孔压发展曲线不会出现陡增阶段。研究结果显示,在侧向卸荷再加荷应力路径下的土体,因再加荷过程产生的超孔隙水压力的增加,会产生更大的动孔压和累积动变形,同时降低了该应力路径下土样的临界动应力,这也是引起地铁隧道周围土体的沉降和振陷的一个危险因素。     

分级循环荷载下原状红黏土动力特性试验研究

为研究循环荷载下原状红黏土路基的动力特性,采用SDT-20型动三轴仪对原状红黏土进行了分级循环动三轴试验,研究了围压、频率及动应力幅值对原状红黏土的动应力、动弹性模量-动应变（ E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（ G_d-γ_d）关系曲线的影响规律。结果表明:原状红黏土的动应力-动应变关系曲线发展规律可采用Kondner模型进行描述;动应力随动应变先急剧增大后趋于平稳,并给出了急剧增加时动应变的取值范围,即0%～0.05%;分析了不同围压、振动频率下红黏土的动弹性模量及动剪切模量的变化规律,当动应变小于临界值时,红黏土动弹性模量随动应变的增大而增大;当动应变大于临界值时,红黏土材料动弹性模量随动应变的增大而减小,动剪切模量具有相同变化规律;结合红黏土的动力特性变化规律,利用围压对动弹性模量进行折减,在Darendeli模型的基础上建立了红黏土路基动弹性模量、动剪切模量的分段预测模型,经拟合验证,本文分段模型的适用性较好,可预测分级循环荷载下红黏土的动弹性模量-动应变（E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（G_d-γ_d）关系曲线发展趋势。     

土体参数对扩底墩竖向承载性状影响的数值分析

为了分析不同土体参数对扩底墩竖向承载性状的影响,利用有限单元法,建立了均匀地基中不同土体模量、内摩擦角、粘聚力的三维有限元模型,模拟分析了土体模量、内摩擦角和粘聚力变化时扩底墩的竖向承载性状。分析表明,扩底墩基础以端阻力为主,土体模量和内摩擦角对其竖向承载性状的影响较大,粘聚力影响较小。因此扩底墩持力层应选择土体模量和内摩擦角大的坚硬土层。     

电缆地层测试器的有限元数值模拟

电缆地层测试器的数值模拟是仪器研制和测井解释方法研究的基础。应用有限元技术,建立了三维电缆地层测试器的数值模拟程序。在理论研究方面,提出了可变管线存储体积的边界条件。在程序研究方面,采用时间的向后差分解决了程序的稳定性问题;采用时间的变步长技术提高了程序的运行效率。     

软土地下工程抗震数值模拟的若干关键问题

针对我国地下工程建设项目抗震安全性能设计和评估的需求,并基于目前缺少完善的地下结构抗震分析方法和专门的地下结构抗震设计规范的现状,重点阐述了采用有限元方法进行地下工程数值模拟和分析时需要特别关注的三方面问题：计算范围、土一结构动力相互作用和边界条件。着重分析了有限元网格的划分、土一结非线性接触问题和不同边界条件的适用性,以及这些建模条件对计算结果可靠性的影响。对基于数值手段开展地下工程抗震安全性能的计算、分析和评价,制定地下结构抗震设计规范或规程,可提供有益参考。     

非饱和土体降雨入渗的全过程数值模拟

采用Crank-Nicolson型差分格式建立了非饱和土降雨入渗的精细化数值模型,此模型对时间和空间均具有二阶精度。每个时间步长的计算采用迭代过程来提高计算精度,利用此计算模型对某一具体的降雨过程中土体含水量的变化进行了数值模拟计算。     

峨眉地幔柱动力学数值模拟的初步研究

在地幔柱的研究中,计算机数值模拟是一种常用的重要方法.地幔柱动力学定量模型主要由质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程组成,经计算模拟最终得到了温度场时空变化曲线.模拟结果表明:①峨眉地幔柱上升到地壳大约需要100×106 a,而后在短期内喷发;②地幔柱演化过程中上升阶段和壳幔相互作用阶段所消耗的时间最长;③证明了地幔柱的脉动性,地幔柱的物质和能量是以脉动的形式向上传输的,同时也提供了板块运移的动力;④物质的粘度对于地幔柱的形成和发展起着重要作用;⑤地幔柱对地壳的重熔作用持续时间很长,这为大规模矿床的形成提供了时间条件.     

基于二次插值的线源可控源有限元数值模拟

在准静态近似条件下,采用矩形网格单元和双二次函数插值就频率域二维线源边值问题进行了有限元数值模拟。在二维地电条件下,给出了边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成,最后通过求解复系数方程组得到了地表视电阻率响应。引入伪delta函数模拟线源,消弱了源带来的奇异性。通过与均匀大地以及层状介质模型的解析解对比,平均相对误差分别为0.71%和1.12%。建立了两个异常体模型,数值模拟表明异常响应比较明显,为进一步实现三维可控源电磁法有限元数值模拟提供了基础。     

土钉墙滑移面的数值模拟

针对基坑上部为黏性土、下部砂土,就土钉支护结构的滑移面的形状问题,采用有限元软件Plais和ANSYS对土钉墙滑移面进行数值模拟,得到上部黏性土中为近似圆弧型,下部砂土中为直线型,其界线点在黏性土和砂土的分界面上,且滑移面不通过趾脚.用该滑移面进行土钉墙支护设计,可节省部分经费,并减轻工人的劳动强度.     

黑龙洞泉域地下水流数值模拟与预测

为了对黑龙洞泉域水资源进行评价, 通过对地质条件、水位观测资料的深入研究, 以水均衡原理、地下水渗流理论为基础, 建立了黑龙洞泉域地下水渗流数值模型.以灰色序列预测模型为辅助手段, 结合历年的降水规律, 对未来现状开采条件下的年均降水量、地下水流场、水位及泉流量进行了不同保证率条件下的预测, 若2010年为丰水年(保证率20%)、平水年(保证率50%)、枯水年(保证率75%), 黑龙洞泉汛期地下水位标高分别为超过130m、达到130m、低于130m, 汛期泉流量分别为超过10m3/s、7m3/s、5m3/s.计算结果有利于指导黑龙洞泉域地下水资源的管理和开发利用.      

Numerical Procedure for Dynamic Simulation of Discrete Fractures Due to Blasting

Summary  This paper describes development of a generic nonlinear, dynamic modelling technique to simulate discrete rock fractures due to blasting using the finite element method. The element elimination technique together with a brittle, Rankine failure-type material model are used as a means to simulate the initiation and growth of fractures in the rock under the effect of blast-induced dynamic pressure pulse. Dynamic loads representing ideal and non-ideal detonations are simulated and a new method, termed as optimised pressure profile, is proposed to approximate the pressure-time profile of the blast load to model the dynamic load. Comparison of numerical model results with previously reported observations from the literature reveals the ability of the model as a predictive tool and supports the validity of the developed modelling procedure. Author’s address: Hani S. Mitri, Department of Mining, Metals and Materials Engineering, McGill University, 3450 University Street, Montreal, Canada H3A 2A7     

桩承式加筋路堤时效性数值模拟研究

利用有限元数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的时效性变化规律。通过无桩无筋、无桩加筋、竖向桩体及水平加筋联合使用3种情况对比研究,分析了路堤填土荷载作用下软土地基中超静孔隙水压力随时间的变化规律,探讨了路堤水平位移、沉降和工后沉降、筋材最大拉力及桩体荷载分担比随固结时间的变化规律。研究结论可为软土地基上路堤的设计和施工提供重要的参考。