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。     

基于位移控制的装配式预应力鱼腹梁深基坑应用研究

基于基坑实测数据,从预应力控制、变形控制和刚度控制3个方面研究装配式预应力鱼腹梁支撑体系（IPS）的工作机理及环境影响程度。结果表明:相比于传统内支撑,IPS作用时施加于围护结构上的预应力在基坑开挖前充分激发被动土压力,使围护结构向坑外变形从而大幅制约向内位移,实测数据显示围护结构整体深层位移小于10mm;同时,IPS以施加预应力提高体系表观刚度的方式限制基坑周边变形,实测地表沉降量均未超过18mm,降低基坑开挖对环境的影响程度;另外,针对传统内支撑应力集中缺陷,IPS通过支撑体系全跨度反作用力予以克服,显示出IPS在深基坑工程中较为广阔的应用前景。     

刚度和阻尼频率相关的等效线性化方法

在实际工程中发现,在强地震动作用下等效线性化方法低估了地表地震动的峰值加速度反应。通过与场地效应竖向台阵观测记录的对比分析证实了这一现象,其主要原因是等效剪应变水平的取值高于高频段实际剪应变水平,从而抑制了土层地震反应中的高频成份。若干分析表明,动力反应过程中土体的剪应变是随频率而变化的,且试验表明土体的刚度和阻尼是与剪应变相关的,据此假设土体刚度和阻尼是与频率相关的。基于这一假设,对传统等效剪应变的选取如何使得土层对基底地震动输入中的高频成分产生滤波效应的原理进行探讨,且通过频率相关的等效线性化方法对该原理进行证明。将该方法应用于Port Island场地效应竖向台阵的分析,并与实际地震动记录进行了对比,结果表明,较之传统等效线性化方法,能更加合理地考虑地震动输入中的高频成分。     

盾构衬砌管片环弯曲等效刚度的一种确定方法

文章根据修正惯用法和梁-弹簧模型法定性分析了由钢螺栓接头拼装而成的盾构衬砌管片环弯曲等效刚度的主要影响因素,并给出了目前我国盾构衬砌环的弯曲刚度的有效率η的一个拟合公式,公式的正确性通过模型试验的验证,有一定工程参考价值.     

基于岩石“等效损伤”探究宏观断裂规律

岩石损伤几乎都是由多因素造成的耦合损伤。通过对试件进行SEM试验,并利用IPP数字图像处理软件分析各种损伤的裂纹共有演化规律,提出等效损伤理论。结果表明:①不同损伤裂隙都具有统计自相似性;②细观大缺陷重点发育现象是宏观应力集中的细观体现;③微裂纹宽度扩展速率远小于长度的扩展速率;④用耦合损伤试件加载破坏试验数据验证宏观断裂强度公式,表明:宏观尺度下"等效损伤"仍然成立,且可以解决耦合损伤引起的宏观断裂问题。     

位移不连续模型在黏弹性节理刚度计算的应用

考虑节理质量对应力波传播的影响,运用波的位移位函数推导了谐波在厚黏弹性节理的透、反射系数计算公式,采用波形相关系数描述子波穿过黏弹性节理的波形变化,讨论具有一定厚度的黏弹性节理简化位移不连续模型的适用条件。设厚黏弹性节理模型和位移不连续模型的透射波波形相关系数为0.9时对应的节理厚度为临界厚度,岩体与节理的阻抗比对临界厚度的影响很小;临界厚度随子波中心频率增大呈负指数减小,入射角越大,临界厚度随中心频率减小得越慢。试验数据分析表明：当节理厚度为0.03 m时,采用位移不连续模型和厚黏弹性模型计算得到的节理力学参数非常接近,随节理厚度和子波中心频率增加,运用位移不连续模型的计算结果偏差越大,试验结果与理论分析是一致的。     

基于等效黏弹性的变阶分数阶岩石损伤蠕变模型

基于分数阶Zener模型与时变黏性Zener模型之间的等效黏弹性,突出弛豫时间在岩石流变黏弹性演变过程中的重要性。当弛豫时间趋近于无穷大,蠕变过程中的黏性演变等同于松弛过程中的黏性演变,并且建立了与弛豫时间相关的损伤因子,解释了损伤因子在岩石流变变形过程的物理意义。利用弛豫时间建立分数阶变阶函数,依此构造变阶分数阶损伤蠕变模型,并且将模型推广到三向应力状态,给出三向应力状态下变阶分数阶损伤蠕变模型。最后基于砂岩的三轴蠕变试验数据,验证了三轴状态下变阶分数阶损伤蠕变模型的可应用性和合理性,试验数据与模型拟合曲线吻合度较高,可以较好地描述蠕变全过程力学行为。模型拟合参数的有效性得到分析和验证,增加了模型在其他复杂应力环境下的可应用性。     

基于岩石表面位移场的超声波振动下花岗岩损伤特性试验研究

超声波振动碎岩技术作为解决硬岩钻进难题的新方法,其技术可行性受到国内外学者的大量验证,但是对于超声波振动下硬岩破碎机理的认识还存在不足。超声波振动下岩石表面径向响应位移与内部损伤状态存在着必然的联系,本文通过监测岩石在超声波振动过程中表面不同深度处的径向响应位移,利用应力波传播理论从能量耗散角度分析了岩石表面不同深度监测点径向响应位移的时空演化与岩石内部损伤发展的关系,得出超声波振动下岩石损伤主要由振动头高频冲击岩石造成的Hertz锥形环状裂纹和超声波振动交变应力产生的疲劳拉伸裂纹造成的,Hertz锥形环状裂纹的扩展深度为10 mm,疲劳损伤裂纹主要在10~20 mm深度处产生,超声波振动下岩石发生局部宏观破碎前存在着明显的径向响应位移征兆,岩石表面径向响应位移可以作为超声波振动下的破坏判据。本文的研究对于丰富超声波振动下硬岩的破碎机理具有重要意义。     

低强度模拟锚固材料抗弯荷载-位移全过程曲线试验研究

在大比例尺的地质力学模型中,由于相似模型材料的脆性和低强度,很难测得其抗弯应力-应变或者荷载-位移全过程曲线。对抗弯试验的过程进行力学分析,通过对增加辅助弹性元件方案的假设推导得到弹性元件刚度设计原则。依据该设计原则,组装出一台试验原理样机,测到不同节理（均质、层状和块状）含不同角度锚杆的试件的抗弯荷载-位移全过程曲线。此外,由于相似材料的低强度重度大特性,试验中适当考虑试件的自重对实验结果的影响。试验研究表明,弹性元件的增加对抗弯荷载-位移全过程曲线下降段有着质的改善;当弹性元件与台架的复合刚度大于试件的最大刚度,即可测得抗弯荷载-位移全过程曲线;在抗弯试验中试件自重荷载可以等效为集中力荷载,对于550 mm的标准试件其等效荷载相当于其自身重力1/2的集中荷载,相当于试验中均质试件峰值荷载的9%。     

考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型

纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的纵向非线性等效抗弯刚度计算模型,基于椭圆积分严格推导纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道在环缝完全闭合、半张开和完全张开3种变形模式下的纵向等效抗弯刚度,并根据中性轴位置方程得到各弯曲模式的临界轴力和弯矩判据,通过与既有解析模型计算结果、模型试验数据和数值计算结果的对比验证了所提出的模型的可靠性。采用该模型开展了纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横向性能对其纵向刚度的影响分析,讨论了理论模型构建时非严格椭圆积分推导的计算误差,并基于该模型提出了附加荷载作用下盾构隧道横纵向变形的耦合分析方法。研究结果表明：该模型的解析推导是准确可靠的;盾构隧道的纵向等效抗弯刚度与其横向刚度密切相关,且为正相关;在压弯状态下盾构隧道纵向等效抗弯刚度随横向刚度的增大而得到明显提升。提出的模型构建了轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横、纵向刚度的匹配性,为盾构隧道横、纵向结构耦合分析搭建了桥梁。     

挠曲线复位的微分方程解法求梁的位移

梁位移求解的方法主要有两种：积分法和叠加法。积分法的困难是当多个荷载同时作用时，要按控制面分段列弯矩方程，这样，两次积分时带来的积分常数较多，导致依边界条件、连续条件定这些常数时要解多个联立方程，计算繁杂。梁位移求解的叠加法是借用典型荷载下梁已知积分结果来进行对应位置位移的叠加，具体是查转角方程、挠曲线方程表格。从表中知，梁任一位置处的位移方程大多是多次多项式，很难记忆，故离开表格便无法采用。本文找到了一种新的方法求梁的位移，通过设置比拟梁，使比拟梁的挠曲线复位于原梁，从而建立了相应的微分方程，求解此方程后便可得梁的位移，避开了分段多次积分或查表的弱点。     

基于灰色-进化神经网络的滑坡变形预测研究

滑坡变形位移预测对滑坡灾害治理具有重要的意义。考虑到滑坡位移单调增长的特殊性，根据位移分解原理，采用灰色系统提取位移趋势，用基于免疫进化规划的新型进化神经网络模型逼近位移偏差，从而提出了1种滑坡位移预测的新型智能方法。并用新滩滑坡的实测位移预测研究证明了所提智能预测方法的有效性及可行性     

软土地基邻近堆载对桥梁桩基偏位的影响研究

在软土地基中,邻近堆载不仅将引发桥梁桩基发生侧向偏位,还将导致桩身产生附加弯矩,这对于桥梁的安全使用将产生极其不利的影响。通过对具体工程实例的介绍,利用有限元分析手段,并结合现场桩基偏位的实测结果,对邻近单侧堆载及双侧堆载所引发桩基偏位情况进行深入剖析。通过分析结果可知,在单侧堆载的作用下,桩基将产生侧向偏移及附加弯矩,且反弯点位于软土层与硬土层交界处附近,严重时将导致桩顶区域发生开裂破坏;在双侧堆载的作用下,桩基的偏位情况取决于两侧的堆载作用,而双侧卸载对桩基偏位影响较小,但对缓解桩身附加弯矩具有显著的作用。     

基于探地雷达等效采样的时变零偏实时校正方法

探地雷达系统的温漂现象、有耗媒质的低通效应以及天线与地面间耦合性的下降会导致回波变形,使有效雷达回波与零偏分量混叠,不利于弱小信号检测。传统的前端修正方法和后处理方法,旨在提高发射效率,去除杂波噪声,并未改善系统的信噪比和灵敏度。因此,该文采用时变零偏实时校正方法对等效采样电路进行改进,单独控制每个采样的零偏系数,并且每次采样实时更新叠代,避免将直流、低频成分与有效信号同时送入后续程控放大电路,保证了弱信号的正确采集及系统的动态范围。实验验证了该方法的有效性及可行性,已应用于新型号数字化探地雷达产品。     

Failure criteria of anisotropically damaged materials based on the critical plane concept

The damage state of a cracked material is assumed to be specified by crack density distribution on physical planes. The critical plane approach is used with account for damaged and intact area fractions on the plane. The maximum of failure function is specified for all potential failure planes and the critical plane orientation is determined. The resulting failure condition is applied to study strength evolution for triaxially compressed specimens with varying orientation of principal stress and damage tensor axes. Both Coulomb and non‐linear failure conditions of Mohr type are applied to specify the representative critical plane. A general stress state is considered and the failure condition is specified for different relative orientations of orthotropy and principal stress axes. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

Discontinuous deformation analysis based on the multiplicative decomposition of the displacement

Updating the block configuration on the basis of additive decomposition and its linearized expression of the displacement increment leads to the low calculation accuracy of the original discontinuous deformation analysis (DDA) and false volume expansion. In this study, the displacement expressions of a small deformation, a large rotation, and the corresponding velocity and acceleration terms on the basis of the initial configuration are presented using multiplicative decomposition. With the use of the principle of virtual work, the stiffness matrix, mass matrix, and force vector of blocks are obtained. Compared with the original DDA, each of the block deformation parameters has obvious physical meaning as a parameter of mechanics, which can be obtained by adding the incremental deformation components of each time step directly without co-ordinate transformation. Moreover, the proposed modification automatically considers the block deformation produced by centrifugal and Coriolis forces. The analysis of some typical numerical examples have verified the accuracy of the strain and stress calculated by the proposed method, and the current configuration is updated by the total displacements, which completely overcomes the false volume expansion and provides reasonable linear strains.     

基于初参数法的多心圆拱隧道衬砌结构内力与变位求解

基于初参数解析方法的原理,建立了混凝土衬砌弹性地基圆弧曲梁内力和变位求解的初参数矩阵方程。对于多心圆拱隧道衬砌结构,利用曲梁初参数矩阵方程,以及结构的对称性和圆拱弧段交接点处内力平衡和变位协调条件,求解出了矩阵方程中初参数值,可进一步应用初参数矩阵方程求解圆拱弧段各点的内力与变位值。实例计算表明,其解析思想是可行有效的,可为类似衬砌结构设计提供一条可靠的内力分析途径。