堆石料碾压试验的颗粒流模拟新方法

针对堆石料现场碾压试验,研究基于颗粒流的仿真模拟新方法。首先,以随机多边形颗粒簇形式,建立堆石料的颗粒流模型,充分体现了堆石料的级配、细观组构和破碎效应,从而可以较为真实地模拟堆石料在碾压过程中的宏、细观力学响应;然后,提出振动碾压荷载及碾压过程的模拟新方法,实现振动碾压荷载及碾压过程的仿真模拟;最后,结合水布垭主堆石料的现场碾压试验,利用该方法进行模拟验证,从而论证该方法的可靠性。该方法可为仿真模拟堆石料碾压试验以及研究碾压效应对堆石料宏观力学特性的影响奠定基础,具有重要工程指导意义。     

某特高土石坝高海拔料场防渗土料现场碾压试验研究

某特高土石坝防渗土料场位于3500 m高海拔地区，为获取防渗土料压实工艺参数，开展了现场碾压试验研究。试验内容包括土料碾压参数选择、变含水率对土料碾压特性的影响以及不同碾压方式压实效果对比研究。试验研究表明，碾压遍数相同情况下，铺土厚度为35 cm时压实效果最优，综合土料压实度设计指标与经济性等方面考虑，确定了防渗土料碾压参数：铺土厚度为30～35 cm、碾压设备为26 t自行式振动碾压机、碾压遍数为10遍。试验发现，土料铺填厚度较薄时，碾压遍数越多，对其造成的扰动效应越大，压实效果反而越差。结合料场气候条件，发现从装土至碾压完毕，土料含水率损失为1.2%。通过改变土料含水率，探究了含水率对土料压实效果的影响，确定了本工程土料的可碾含水率区间范围。不同碾压方式对比试验研究表明，不同铺土厚度、碾压遍数下，振动平碾所获得的压实度均要高于振动凸块碾。     

海水侵蚀环境下混凝土力学性能退化模型

基于混凝土干湿循环试验和混凝土细观力学,对混凝土在海水侵蚀环境下力学性能的变化进行了研究。混凝土干湿循环试验方面,采用加速腐蚀试验。对混凝土试件和根据混凝土配比制成的砂浆试件进行0、10、20、30、40、50次干湿循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响。依据混凝土细观力学理论,对混凝土试块进行了细观数值模拟,考虑了混凝土各组成相的非均匀性、材料性质按照Weibull分布来赋值。同时,为反映海水侵蚀作用对混凝土的影响,砂浆的强度和弹性模量均以砂浆干湿循环试验所得结果为准,最后建立了混凝土随干湿循环次数变化的抗压强度折减模型,抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型。     

高温后花岗岩与高强混凝土力学性能的比较试验研究

本文介绍受高温后花岗岩和高强混凝土的力学性能变化的试验研究情况。比较分析了不同温度作用后花岗岩和混凝土的应力一应变曲线、峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化情况。研究表明：随受热温度的升高，花岗岩和高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降，峰值应变逐渐增大。高温后花岗岩具有明显不同于高强混凝土的特点，受热温度低于400℃，花岗岩的力学性质变化很小，而混凝土的力学性质迅速劣化。总体上温度对混凝土力学性质的影响比对花岗岩的影响要明显。     

土-混凝土接触面特性环剪单剪试验比较研究

对可用于接触面应力变形及强度特性试验的直剪仪、单剪仪及环剪仪的优缺点进行了比较分析。对某土料与混凝土接触面的应力-变形及强度特性进行了单剪试验研究,试验包括土-混凝土接触面及土-泥皮-混凝土接触面两种。同时,将已有的环剪试验成果与单剪试验结果进行了比较分析。研究了环剪试验与单剪试验成果的差异。结果表明,单剪试验测得的抗剪强度比环剪试验测得的低30%～40％,环剪试验用于接触面强度特性研究较合适,而单剪试验用于较低应力水平下的应力-变形试验更好,泥皮的存在使得接触面强度降低30%左右。     

珊瑚砂岩土力学特性分析

结合工程勘察实践及现场载荷试验成果,提出将珊瑚砂分为海洋类珊瑚砂和濒海类珊瑚砂两大类,并在此基础上对珊瑚砂进行了规范定名,通过现场载荷试验对各类珊瑚砂的岩土力学特性进行了研究分析,阐明了各类珊瑚砂的岩土力学特性,对今后进一步研究珊瑚砂的岩土力学特性及工程实践具有一定指导意义.     

桩土接触面单元参数分析

桩的抗拔特性与接触面的特性密切相关，正确选定接触面的力学参数对于分析桩的抗拔机理有重要意义。根据桩土接触面点面接触模型和库仑摩擦变形原理，在10组土－结构（钢、混凝土）剪切摩擦试验分析的基础上，对桩土接触面摩擦参数的取值问题进行了研究，得到了一些结论，对于桩土接触面力学参数正确取值有一定的参考价值。     

粗粒土试验与力学特性研究现状

粗粒土既是一种天然地质体,又能用作建筑材料,在自然界中广泛存在,其力学性质研究对实际工程实践至关重要.在大量关于粗粒土试验与力学性质研究文献的基础上做了以下分析和总结：将粗粒土试验分为三类,包括室内试验、原位试验和数值试验,分别对每种试验的试验原理、仪器、方法和适用范围进行了详细介绍;根据粗粒土力学性质研究现状,重点对粗粒土的剪胀性、颗粒破碎性和软化性这三种特性从形成机制、影响因素和描述方法上进行了深入总结.在此基础上,指出粗粒土力学性质研究方面存在如下不足：现有方法和理论存在一定局限性、宏观特性发生机理假设缺乏客观验证、宏观特性难以用细观力学演绎、多相耦合下的力学性质鲜有研究.最后,从试验、理论和数值仿真试验角度提出关于粗粒土力学性质研究的展望.     

粗粒土与结构接触面特性的离散-连续耦合数值研究

三维变形体离散元法能够自动检索接触关系,并对具有不规则形状的粗粒土颗粒和结构物进行有限差分网格离散,因此,具有模拟离散-连续耦合问题的先天优势。采用随机模拟技术生成粗粒土三维数值试样,基于变形体离散元进行粗粒土与结构接触面特性的数值试验,研究了不同接触面粗糙程度的接触面力学特性,对比了粗粒土与结构物在单剪和直剪状态下的接触面力学特性,从宏观和细观两个层面分析了数值试验结果。结果表明,数值试验能较好地反映粗粒土与结构接触面的力学特性,其剪应力-相对剪切位移曲线与试验结果规律相似;接触面粗糙程度对接触面的强度和变形特性影响较大,其机制在于剪切对试样的扰动程度不同;直剪和单剪状态下试样剪应力-相对剪切位移均为双曲线,单剪试验的初始剪切刚度低于直剪试验,两种试验得到接触面抗剪强度指标比较接近。     

大石峡高面板坝筑坝砂砾料现场大型相对密度试验

当前,主要采用相对密度来表征筑坝砂砾料的密实程度,并以此来评价大坝的施工碾压质量。受试验设备尺寸和击实功能的限制,室内试验难以反映现场实际筑坝砂砾料粒径大、采用大型碾压机具进行高强度碾压的实际情况,试验确定砂砾料最大干密度值偏低,难以直接用于指导实际工程。针对大石峡高面板坝筑坝砂砾料,在工地现场采用实际筑坝碾压设备和大型相对密度桶,对原级配坝料开展相对密度试验,研究了坝料的压实特性,确定了不同级配（含砾量）坝料的相对密度特性指标。研究表明：比较室内试验成果,现场试验确定砂砾料最大干密度值有较大提高;随着含砾量的增加,砂砾料的最大、最小干密度值先增加、后减小,存在压实密度最高的最优含砾量特征值;强振碾压使得弱胶结砂砾料产生不同程度的颗粒破碎效应,颗粒破碎的程度和土料的原始级配特性相关联。     

碾压混凝土重力坝全程综合仿真分析与安全评估

运用有限元方法对光照碾压混凝土重力坝进行施工期温度、渗流、应力应变的综合仿真分析,得出了温度场、渗流场及应力场的分布规律,在此基础上评价整个坝体与坝基系统稳定性的安全度,为坝体与坝基系统的温控、渗控和安全性评价提供参考依据。同时对光照碾压混凝土重力坝进行了不考虑温度、徐变、浇筑过程和蓄水过程的应力-应变和安全度计算,并对两种计算的结果进行了比较,结果表明：对碾压混凝土重力坝而言两者的位移相差最大,达70 mm;应力差别其次,达1.5 MPa;而整体稳定超载安全系数则没有本质区别。由于变形、应力和稳定安全系数在碾压混凝土重力坝设计中都是重要指标,所以综合仿真分析具有意义。     

Effect of confining pressure unloading on strength reduction of soft coal in borehole stability analysis

Underground borehole drilling usually causes instability in the surrounding coal due to in situ stress redistribution (including stress concentration and stress release). However, the mechanisms of unloading-induced coal strength reduction are still poorly understood. The primary objective of this study is to investigate the effect of confining pressure unloading on soft coal strength reduction for borehole stability analysis. A series of mechanical tests were conducted on both the traditionally and newly reconstituted coal samples under two different experimental stress paths, including conventional uniaxial/triaxial compression and triaxial compression with confining pressure unloading. The unloading stress path was obtained by analyzing the stress redistribution around a borehole, to capture a more accurate coal mechanical response. According to our experimental results, plastic deformation generated before failure under the unloading stress path is smaller than that generated under the conventional loading stress path. Furthermore, the cohesion of the traditionally and newly reconstituted samples diminishes approximately by 44.77 and 29.66%, respectively, with confining pressure unloading, indicating that there is a significant reduction in coal strength due to confining pressure unloading. The mechanism for unloading-induced coal strength reduction comes from confining pressure unloading-induced increase in shear stress on the fracture surface and a decrease in shear strength. This effect increases the shear slipping potential, whose driving force generates tension fractures at both ends of the preexisting fractures.     

基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究

一系列三轴压缩试验表明,黏土岩的力学特性与其应力状态相关。主要表现为：围压越大,黏土岩试样应力峰值越大,且峰值出现得越晚。这是因为高围压试样内部微裂纹闭合趋势更加明显,从而对于微裂纹的发展具有一定的抑制作用。但在软化过程中应力的跌落程度受围压影响不大,这是因为软化过程中,不同围压作用下试样内部的微裂纹均逐渐贯通,并发展成同类型的剪切面,对试样力学性能的削弱大致相同。在试验研究基础上,以微裂纹作为损伤基元,引入受应力状态影响的损伤演化方程（因微裂纹的发展受应力变化影响）,建立新的本构模型,通过Abaqus及子程序对新模型进行数值实现。模拟结果与试验结果对比表明,该模型可以有效地描述黏土岩的力学特性。研究成果为黏土岩相关地下工程施工提供了更可靠的理论指导。     

Effects of Material Composition and Water Content on the Mechanical Properties of Landslide Deposits Triggered by the Wenchuan Earthquake

Abundant landslide deposits were triggered by the Wenchuan earthquake, providing a rich source of material for subsequent debris flows or slope failures under rainfall conditions. A good understanding of the physical and mechanical properties of the landslide deposits is very important to the research on slope failure mechanisms and the initiation of debris flow. Laboratory biaxial compression tests are used to study the material compositions and water content impacts on the mechanical properties of landslide deposits, and a discrete element method (a bond-contact model) is used to study the particle stiffness, bond force, friction coefficient and confining stress impact on the mechanical behaviors and the relationships between the numerical and experimental parameters. The experimental results show that the failure stress of landslide deposits is decreased with increasing content of fine particles and also with increased water content, especially at the initial increasing stage. Cohesion of the saturated landslide deposits is increased, but the friction angle is decreased with the increase in the fine particle content. Shear strength parameters (the cohesion and friction angle) are decreased with the increasing water content at the initial increasing stage, and then, they slowly decrease. There is a critical value of the water content at 5%–7% (in weight) for the failure stress and shear strength parameters of the landslide deposits. Quadratic equations are presented to describe the relation between the bond force and cohesion, and the numerical friction coefficient and the experimental friction angle.     

中间主应力对共轭平移断层中各序次应力场和断裂等构造形迹相互关系的影响

从数学力学的角度定量分析了考虑中间主应力的影响时各类构造结构面之间的空间组合规律,并推导出相关的公式。首次提出了考虑中间主应力的影响时在预测或预报对区域稳定性或岩体稳定性具有重大影响的断裂构造的产状要素和派生构造应力场的方位和大小的方法。计算结果表明:中间主应力对构造结构面之间的空间组合规律具有重要影响。     

一种原状欠压密土的力学特性实验研究

原状土的结构性对它的力学性质影响显著。通过对原状土与重塑土多应力路径的实验结果比较,来揭示原状土体从小应变到大应变的特殊力学特性及应力路径的影响。从等压固结对比实验可看出,该原状样明显的结构性与欠压密性。对于原状欠压密土,体应变对土体结构性的破坏要大于剪应变。欠压密原状土的结构性对土体强度的影响主要表现在内摩擦角的增大。土体小应变时表现出明显的高刚度与非线性。通过不同方向切样的原状样实验结果对比,反映了原状土体存在明显的各向异性,结构性引起的各向异性在应变越小时越明显。     

排弃物料力学性质大型三轴剪切试验研究

露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象,采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样,采用剪后筛分试验研究了各试样在不同应力状态下的颗粒破碎机理及破碎率变化关系,采用大型三轴剪切试验测试了各试样的应力-应变关系及抗剪强度参数。试验结果表明:排弃物颗粒剪切破碎力学机制复杂,颗粒破碎率与物料组分、级配、相对密度及围压条件密切相关,与抗剪强度参数相关性强。应力-应变曲线无明显峰值强度,具有应变硬化特征,分析认为其与围压、相对密度水平较低有关。试验数据拟合曲线均表明:ε1/（σ1-σ3）与ε1为线性关系,-ε3与ε1为抛物线关系,相关系数均大于0.9。据此拟合曲线,求解出排弃物料的切线泊松比μt,修正了邓肯-张模型。对相同试验条件下对比试样（QG-B-3）应力-应变关系,采用邓肯-张模型（修正）进行了预测,预测结果与试验测试数据基本一致,验证了邓肯-张模型（修正）能够描述排弃物料力学特征。研究排弃物料剪切破碎机理与应力-应变特征,对露天矿排土场边坡变形控制具有重要的理论意义。     

A thermo‐hydro‐mechanical model for unsaturated soils based on the effective stress concept

A simple thermo‐hydro‐mechanical (THM) constitutive model for unsaturated soils is described. The effective stress concept is extended to unsaturated soils with the introduction of a capillary stress. This capillary stress is based on a microstructural model and calculated from attraction forces due to water menisci. The effect of desaturation and the thermal softening phenomenon are modelled with a minimal number of material parameters and based on existing models. THM process is qualitatively and quantitatively modelled by using experimental data and previous work to show the application of the model, including a drying path under mechanical stress with transition between saturated and unsaturated states, a heating path under constant suction and a deviatoric path with imposed suction and temperature. The results show that the present model can simulate the THM behaviour in unsaturated soils in a satisfactory way. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

New basis for the constitutive modelling of aggregated soils

Natural and compacted soils are usually characterized by aggregation of particles. The mechanical behaviour of these materials depends on soil structure. The oedometric compression tests performed on aggregated samples presented here showed that these materials exhibit a yield limit depending not only on stress history and stress state but also on soil structure. Evidence is provided using the neutron tomography technique. These results revealed that soil structure modification occurs together with plastic deformations. The experimental results are used to propose a new state parameter to quantify the soil structure. Based on pore-scale experimental observations, an evolution law for this parameter is proposed as a function of associated plastic strains. Considering both soil fabric and inter-particle bonding effects, a new yield limit depending on stress state, stress history and soil structure is introduced for the aggregated soils. Accordingly, a new constitutive framework consistent with strain hardening plasticity is proposed to consider soil structure effects in the modelling of aggregated soils.     

冲击荷载下红砂岩非线性黏弹性损伤本构研究

根据红砂岩在冲击荷载作用下应力曲线表现出的明显的分段特征,以朱王唐本构模型为基础进行改进,建立了一种非线性体、Maxwell体和基于Weibull分布的损伤体并联的本构模型;根据红砂岩动态力学特性,对朱王唐本构模型进行简化,并基于Lemaitre等效应变假设推导出一种率型损伤本构方程。对两种新建本构方程进行试验验证,讨论其适用性并对比分析各参数对试验数据拟合结果的影响,结果表明,基于Weibull分布的非线性黏弹性损伤本构方程能很好地对常温及冻结状态下红砂岩峰前以及整个应力曲线的动态力学性能进行表征,而基于Lemaitre等效应变假设的损伤本构方程只可对红砂岩峰前应力部分进行解答,对整个应力曲线的表征存在一定的局限性。