动载下3条断续裂隙岩样的裂缝贯通机制

采用含3条断续预制裂隙的类砂岩模型试样进行单轴动力加载试验,对不同裂隙空间位置条件下断续裂隙岩体中裂隙的贯通机制进行了研究。静、动荷载下的对比研究成果显示：不同空间位置的裂隙贯通方式存在较大差异,且对动载的响应不同;动载下分支裂纹扩展及贯通具有惯性效应,即动载下裂尖次生共面、次生倾斜裂纹起裂后易朝原起裂方向快速发展,动载下易在两预制裂隙内端部产生直接贯通。这与静载下岩桥处的贯通常通过分支裂纹拐折扩展、相连不同,这也是导致裂隙试样中低应变速率下强度增大（即速率效应）的主要原因。同时,试验结果也表明：含裂隙试样静、动荷载下裂隙间的多次贯通是导致其呈现出渐进破坏特征的主要原因。     

地震作用下饱和土-桩-上部结构动力相互作用研究

将土体视为液固两相多孔介质,利用连续介质力学得到了饱和土层的水平动力阻抗,将上部结构视为梁单元,桩-饱和土-桩之间的动力相互作用借助于等效的Winkler动力弹簧和波的干涉来模拟,并通过承台处力的平衡将群桩和上部结构耦合起来,研究了简谐SH地震波作用下饱和土-桩-上部结构的动力相互作用问题。以2×2群桩为例,对饱和土-桩-上部结构体系进行了数值分析,讨论有关参数对结构体系动力特性特别是抗震性能的影响。数值分析表明,桩间距、桩-土弹性模量比、长径比等对结构体系的抗震性能有较大影响。桩间距对地震放大系数的影响与外界激励的频率有关,桩土模量比较小、结构和桩基的阻尼较大时结构体系的抗震效果较好,长径比越大地震作用下产生的结构变形越大     

饱和软粘土在冲击荷载下的动力特性研究

通过对淤泥质饱和软粘土施加冲击荷载进行室内动力固结试验,研究了软粘土在冲击荷载作用下的应力、孔隙水压力、轴向变形等动态响应特征,并通过三轴剪切试验结果,分析冲击荷载对淤泥质饱和软粘土的加固效应。试验结论对于动力固结理论的完善和现场施工具有指导意义。     

动载荷作用下构造煤体动力响应特性研究

以掘进巷道前方分布的塑性煤体、弹性煤体、构造煤体与原始煤体的组合为研究对象,基于应力波的传播与作用规律,对动载荷作用下煤体中应力波的传播过程及其动态损伤机制进行研究,揭示了构造煤体的动力响应特性。研究结果表明:动载荷作用下,主要的拉应力产生区域集中分布在波阻抗发生变化的区域,最大拉应力分布在弹性煤体和塑性煤体的分界面及其附近区域;煤体中拉应力产生与卸载波的作用紧密相关,同时在地应力的综合作用下,煤体易发生拉剪破坏;动载荷作用过程中,构造煤体承载冲击的能力较弱;但正是由于构造煤体的存在,在卸载应力波作用过程中,煤体中会产生较强的拉应力,极易导致某些区域的煤体发生急剧损伤;加、卸载应力波在传播过程中会发生多次反射与透射并产生多束卸载波,在卸载波作用下,煤体周围易形成拉应力区,可导致煤与瓦斯突出过程中煤体破坏,呈现层裂现象。研究结论对于矿井煤岩动力灾害的防治具有重要意义。     

Dynamic response of flexible rockfall barriers under different loading geometries

Flexible steel barriers are commonly constructed on steep hillsides to mitigate rockfall. The evaluation of the dynamic response of proprietary flexible barriers is conventionally performed using full-scale field tests by dropping a weight onto the barriers in accordance with the European test standard ETAG 27. The weight typically has a spherical or polyhedral shape and cannot reproduce more complex rockfall scenarios encountered in the field. A rigid slab may load a barrier over a larger area and its effect has not been investigated. In this study, a calibrated three-dimensional finite-element model was developed to study the performance of vertically and horizontally orientated rockfall barriers under concentrated areal impact loads. A new bilinear force-displacement model was incorporated into the model to simulate the behavior of the energy-dissipating devices on the barriers. The effect of different weight geometries was studied by considering impacts by a rigid single spherical boulder and a rigid slab. Results reveal that areal loading induced by a rigid slab increases the loading on the barrier foundation by up to 40 % in both horizontally and vertically positioned barriers when compared to a concentrated load scenario with a single boulder. This indicates that barriers tested under the current test standard does not give the worst-case scenario in terms of foundation loads, and barrier designers should take into account the possible effect of increased foundation loads by reinforcing the barrier posts and/or increasing their spacing.     

循环荷载下饱和软黏土的动骨干曲线模型研究

通过饱和软黏土室内不排水动三轴试验,研究了循环周次和动应力幅值对土体动力特性的影响。结果表明,在循环荷载作用下,随着循环周次的增加,土体均存在不同程度的刚度软化现象。根据动应力幅值大小的不同,循环荷载作用下饱和软黏土的动应变发展形态可分为3种类型:稳定型、破坏型和临界型。根据动应力-应变关系曲线特点,提出了含动应力幅值、固结围压和循环周次等影响因素的动骨干曲线模型。该模型所得的拟合值与试验值比较吻合。与传统骨干曲线模型相比,该模型能够体现土体在循环荷载作用下的刚度软化特性,更加切合实际。     

循环荷载下低填方桩承式路堤动力响应分析

低填方桩承式路堤在交通荷载下的动力响应特性与路堤的承载能力及其稳定性密切相关。基于前人的室内模型试验,采用PFC2D软件建立了桩承式路堤离散元数值分析模型;采用数值双轴试验、数值单向压缩试验分别对路堤填料和桩间土的细观参数进行了标定;同时,根据路堤荷载传递效率对模拟结果与试验数据进行了对比分析,验证了离散元数值模型的正确性及适用性。在此基础上,在低填方路堤表面施加正弦波循环荷载,并对路堤荷载传递效率、接触力分布及路堤沉降等的变化规律进行了分析。模拟结果表明：在循环荷载作用下,低填方路堤中土拱结构的承载力先逐渐弱化并最终趋于稳定;该弱化作用在宏观上表现为路堤荷载传递效率的逐渐降低,而在细观上则表现为桩顶及桩间土上方接触力差异程度的逐渐减小;同时,土拱结构的弱化将不断加剧路堤表面的不均匀沉降。     

循环荷载下加筋砾性土填料的动三轴试验分析

为探究循环动载作用下加筋砾性土填料的动力特性,在不同加筋层数和围压下对加筋砾性土进行了固结不排水动三轴试验,研究加筋层数和围压对加筋砾性土动力特性的影响,并进一步分析了加筋砾性土轴向累积应变发展机制。研究表明:加筋层数增加时,轴向累积应变减小,回弹模量增大,且加筋作用的影响幅度逐渐衰减;增大围压时,土体轴向累积应变减小,回弹模量和动孔压均随之增大;随着加筋层数和振次的增加,滞回曲线逐渐向应力轴靠近,滞回圈面积逐渐减小,土体耗能作用减弱。基于安定理论和间接影响带理论,揭示了加筋作用对轴向累积应变发展的影响机制。建立了能够反映加筋层数的加筋砾性土轴向累积应变预测模型,其条件参数a、b、g与加筋层数呈线性关系,可有效预测循环荷载下加筋砾性土路基沉降变形规律。     

三维空间中周期裂纹阵受剪切作用时的断裂力学分析

本文研究了岩石断裂力学中感兴趣的三维空间中周期裂纹阵受剪切作用的问题。求出了以裂纹张开位移为未知量的奇异积分方程。对矩形裂纹面进行了数值计算,得到了应力强度因子沿裂纹边界的分布规律。     

Study of rock joints under cyclic loading conditions

Summary A conceptual model for the behaviour of rock joints during cyclic shear and under constant normal stresses was proposed according to results from shear tests with 50 concrete replicas of rock joints. The shear strength and deformability of joint samples were found to be both anisotropic and stress dependent. Based on these experimental results, a two-dimensional constitutive model was developed for rock joints undergoing monotonic or cyclic loading sequences. The joint model was formulated in the framework of non-associated plasticity, coupled with empirical relations representing the surface roughness degradation, appearance of peak and residual shear stresses, different rates of dilatancy and contraction, variable normal stiffness with normal deformation, and dependence of shear strength and deformability on the normal stress. The second law of thermodynamics was represented by an inequality and used to restrict the values of some of the material parameters in the joint model. The new joint model was implemented into a two-dimensional Distinct Element Method Code, UDEC, and its predictions agreed well with some well-known test results.     

循环荷载下饱和黄土不排水强度退化规律试验与理论研究

循环荷载作用下饱和黄土的不排水抗剪强度会出现退化。退化主要由两方面的原因引起：一是超孔隙水压力的产生而导致有效应力的降低;二是塑性残余变形的累积导致土体内部结构发生了改变。首先基于静三轴不排水剪切试验结果,提出了饱和黄土不排水强度比随超固结比以及初始剪切变形变化规律的拟合公式。在此基础上,引入似超固结比的概念来考虑超孔隙水压力的影响,应用拟合公式来考虑剪切变形的影响,最终推导出了饱和黄土不排水强度的退化公式,与试验结果的对比证明了理论公式预测结果的合理性。     

The Model Testing Study of Dynamic NDI for Piles

In dynamic nondestructive inspection for pile quality, it is a key problem to determine exact location and degree of various defects according to wave analysis. In this paper, the influence of various defects on wave propagation is studied by model test of piles, and some related engineering cases are discussed.     

复合加载模式下地基失效机制研究

在土体极限平衡定理的基础上,利用有限元数值分析软件ABAQUS对复合加载模式下地基失效机制进行了详细地研究。结果表明,竖向荷载V控制着地基破坏滑裂面的深浅程度,水平荷载H和力矩荷载M造成了地基破坏模式的非对称性;文中提出的前倾勺形破坏模式和后仰勺形破坏模式,合理地解释了H-M荷载空间中破坏包络面的非对称性,并给出了H-M荷载空间中不同的地基失效模式与荷载分量间的关系和地基土体中出现极限力矩荷载时的经验判断公式。     

桩身动态无损质量检测的模型试验研究

在桩身的动态无损质量检测中,关键问题是根据波形分析判断桩中各种缺陷的准确位置和程度。本文通过桩的模型试验,研究了灌注桩的离析、缩颈、扩颈和裂缝等缺陷对应力波传播的影响,并结合工程实例进行讨论。     

波浪作用下某防沙堤的动力固结有限元分析

基于饱和土动力固结理论,采用SWANDYNE II有限元分析,程序预测一个梯形沉箱防沙堤在某设计波浪作用下的响应。采用Pastor-Zienkiwicz Mark III广义塑性模型模拟了海床土的循环应力-应变行为。通过动三轴试验,确定了主要的模型参数,分析中只考虑了波浪对结构的作用,忽略行波对海床表面的作用。动力固结有限元分析的结果定性上与常规的拟静力极限平衡分析方法一致,有限元分析定量给出了体系的位移、应力、孔隙水压力分布和结构位移随波浪持续时间的累积过程,其研究结果初步展现了动力固结有限元方法在近海和海岸岩土工程领域的广阔应用前景。     

循环荷载下桩网结构路基和垫层动力响应研究

基于相似理论,开展了4组桩网结构路基大比例动态模型试验,测试了循环荷载下桩网结构路基的动力响应指标,研究了降雨前、后加载力、加载频率以及循环加载次数对路基的动力响应、桩土荷载分担以及垫层格栅应变的影响。结果表明,降雨后路基动应力和动加速度均会增大,并且在基床内部增速较快,而路堤下部其增长基本趋于稳定;循环加载期间桩土应力比缓慢增大,其受降雨影响敏感,雨后降幅可达56.4%～79.5%;循环加载完成后垫层格栅应变增大,其横向分布特征基本保持不变;土拱形成后路基填高继续增加,路基宽度范围内4桩中心格栅应变增幅较大,峰值出现在边坡中心和路基中心附近,横向分布呈“W”型;两桩中心的格栅应变由路基中心向坡脚处呈“台阶”型递增,而路基宽度与边坡范围的格栅应变差距不断缩小。     

地震荷载作用下地下洞室不利地质结构塌落机制研究

目前地下结构地震动力分析主要研究围岩响应特征,对围岩中赋存的岩体结构的动力响应规律、塌落机制还缺乏深入研究。结合大岗山水电站工程地下洞室群,基于块体理论选取3种不利地质结构组合作为地下洞室群动力分析的主要结构形式,接着运用离散元程序UDEC研究两种地震动工况作用下不同不利地质结构组合切割的地下洞室围岩动力响应、变形特征以及节理的张开、滑移特征,分析开挖面附近块体的塌落机制。研究结果表明,陡倾角结构面切割形成不利地质结构对地下洞室围岩变形破坏机制影响较大;在地震荷载作用下,陡倾不利地质结构沿节理面的滑塌具有突发性,并且塌落模式随地震强度增加可能发生变化。     

饱和粉土振动液化分析

液化是造成场地地震破坏的首要原因之一。自Casagrande的经典工作以来,对地震液化的研究已经取得了很大的进展。然而这些研究大多是针对于砂土而进行的,对于粉土液化研究的相对较少,且粉土的液化特性也有别于砂土。因此,在已有研究的基础之上利用粉土液化试验得出的结果,分析了粉土液化的机理、影响因素以及在振动过程中粉土中孔隙水压力的增长规律,认为粉土中的粘粒含量、密实度以及土的结构性对其抗液化能力有较大的影响。考虑到试验中振动次数的离散性,引入了时间参数的概念,根据动三轴试验结果提出了孔隙水压力增长的经验公式,可以比较方便地应用于计算液化的有限元程序中去。     

预应力锚索的预应力损失机理研究

预应力锚索结构的预应力损失问题是造成锚索失效的关键问题。在具体分析影响预应力损失的各种因素的基础上,给出了各因素导致预应力损失的具体计算方法。特别对长期荷载下预应力损失机理进行了分析,其中钢绞线采用松弛模型;围岩体采用流变模型;灌浆材料采用蠕变模型进行预测。并给出了相应的理论计算公式,为预应力锚索设计、施工以及工后管理等提供了理论依据。     

循环剪切荷载作用下含二阶起伏体模拟岩石节理力学特性研究

利用人工材料浇注含二阶起伏体的模拟岩石节理试样,进行常法向荷载循环剪切试验,研究节理剪切力学特性在循环剪切过程中的劣化规律。试验结果表明：二阶起伏体对节理循环剪切力学特性有重要影响,剪切强度、剪切刚度、剪胀角随剪切循环次数增大而衰减,衰减趋势随着二阶起伏度的增大而加快;法向应力、二阶起伏度较大时,二阶起伏体对剪切力学特性的影响主要体现在第1轮剪切循环中,在随后的剪切循环中影响不明显;法向应力、二阶起伏度较小时,二阶起伏体的影响在前几轮循环剪切过程中均有较清晰的体现。基于Hertz接触力学理论,提出了节理面微凸体球面接触细观模型,揭示了节理循环剪切宏观试验现象的力学机制