有自由面渗流分析的三维数值流形方法

提出了求解有自由面渗流问题的三维数值流形方法,通过构造任意形状流形单元的水头函数,推导了流形单元的渗透矩阵和无压渗流分析的总体控制方程,并给出了自由面的迭代求解策略和渗透体积力的计算方法。典型算例的数值分析表明,该方法采用数学网格覆盖整个材料区域,在自由面的迭代求解过程中数学网格保持不变,只考虑自由面以下渗流区的介质,只对自由面以下的流形单元形成总体渗透矩阵,具有精度高、收敛速度快、编程简单等优点,而且能够通过单纯形积分精确计算被自由面穿越单元的渗透作用力,因此,特别适用于有自由面渗流问题的模拟。     

人工胶结砂土力学特性的离散元模拟

采用离散单元法（DEM）对胶结砂土力学特性进行模拟。将基于室内试验测得的理想胶结颗粒接触力学响应引入到开发的二维离散元程序（NS2D）中,模拟胶结砂土颗粒间的胶结作用。对不同胶结强度和围压的胶结砂土进行平面应变双轴压缩试验模拟,并将模拟结果与Wang和Leung[1]提供的人工胶结砂土的试验结果进行比较。最后对数值模拟中胶结试样的微观力学响应（接触力链、胶结点破坏率和位移场）进行分析。结果表明,离散元数值模拟能够有效地反映胶结砂土的主要力学特性,相比同一初始孔隙比的无胶结松散砂土,胶结砂土将具有更高的强度,应力-应变关系呈应变软化,体变为先剪缩后剪胀,且两者的差异随胶结强度的增大和围压的减小而越趋显著。此外,胶结砂土宏观力学响应（应力-应变关系和剪胀性）与其微观力学响应密切相关。     

斜坡地基静力触探试验离散元分析

通过二维离散元模拟斜坡地基静力触探试验,研究试验过程中锥尖阻力的变化以及斜坡地基的宏微观力学响应。结果表明:归一化锥尖阻力峰值在坡角较小时无明显提升,在坡角足够大时提升明显,稳定值随着坡角增大略微减小,说明斜坡边界对表层土力学性能影响明显,而对深层土影响较弱;锥尖贯入过程中,斜坡地基探杆两侧土体变形不对称,坡上一侧膨胀,坡下一侧压缩,不对称性随着坡角增大而增大;贯入到表层时,探杆两侧微观接触力链不对称,坡上一侧具有更大应力,但当贯入到深层时力链趋向于对称,其临界深度随着坡角增大而增大,与坡角呈近似线性关系。     

土-结构体系的混合约束模态法在ANSYS中实施研究

为了使提出的线性-非线性混合约束模态综合法能在商业软件中得到应用,本文对该方法在ANSYS软件中的运用进行了研究。对ANSYS中的超单元进行了深入分析,将线性-非线性混合约束模态综合法线性部分的处理作为超单元生成的过程,并根据基于势能判据的截断模态准则,运用Matlab自编了程序,求得子结构的截取主模态数,对存在局部非线性的土-高层框架结构相互作用进行了地震反应分析;进而对采用粘弹性人工边界与自由边界状况进行了比较,讨论分析了两种土体边界对线性-非线性混合的约束模态综合法自由度缩减的影响。     

罗布泊耳轮区现代盐壳单元特征及其环境意义

通过对罗布泊"大耳朵"干盐湖区5个区的盐壳单元土的地球化学特征、粒度及磁学特性的研究,结果表明:(1)罗布泊"大耳朵"干盐湖区盐壳易溶性盐组分含量变化较大,总盐含量从高到低依次为LBVI >LBVⅡ >LBVⅢ >LBIX >LBV,新盐壳单元含盐量略高于老盐壳单元含盐量(除LBV外),且易溶性盐主要为Na⁺和K⁺-Cl^- -SO₄^2-型;pH值均 >7,表明均处于偏碱性环境中;TOC含量在1.19%~1.21%之间,且各盐壳单元之间差异不显著。(2)新老盐壳单元样品粒度组分均以粉砂(2~63μm)含量为主,平均含量达到80.52%,且老盐壳单元中粗砂和中砂含量明显高于新盐壳单元。(3)各样品间磁化率值差异不显著,平均值为3.7×10^-6 m³·kg^-1,呈现出由耳轮区中心依次向外逐渐升高的趋势,且样品中的磁性矿物主要以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主。(4)总盐含量与pH、TOC呈正相关,与磁化率、粉砂呈负相关。综合表明,此时期罗布泊气候已趋向干旱化发展。     

压实膨胀土表面裂隙发育规律及与强度关系研究

利用PCAS裂隙图像处理软件对干湿循环条件下不同压实度膨胀土的表面裂隙发育变化进行动态、定量的测量,并对不同裂隙发育程度的膨胀土进行了直剪试验。试验结果表明:压实度越大,裂隙开裂程度越小;黏聚力随干湿循环次数的增加呈递减趋势,而内摩擦角则受干湿循环的影响小。循环次数相同时,压实度越大,黏聚力越大;黏聚力分别随裂隙条数、裂隙总长度、裂隙平均宽度变化的曲线具有明显的相似性,说明黏聚力与这三个参数存在一定的相关性;裂隙率和分形维数与黏聚力具有线性关系。     

改进的薄层单元在桩-土动力相互作用中的应用

在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质差异较大,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。真实桩-土接触面由于桩身表面混凝土约束关系,具有一定厚度且存在相关体变规律的接触带。通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL程序编写改进Desai薄层接触单元,在Desai薄层接触单元中加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土强非线性接触行为能量耗散过程。接触面法向与两切向本构关系采用双曲线模型。规定了Desai薄层接触单元在桩-土接触面上的行为模式以模拟土体在接触面黏结、滑动、张开、再闭合等接触状态。建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型以研究改进Desai单元对上部结构峰值动力响应水平影响,为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。     

软土地区深基坑连续墙最大变形简易计算方法

采用有限单元法研究了影响软土地区地下连续墙最大侧向变形的主要参数。针对基坑开挖深度H、基坑开挖宽度B、单位宽度地下连续墙系统刚度S、支撑结构的轴向刚度 及黏土归一化的不排水抗剪强度 为不排水抗剪强度, 为有效垂直应力）5个参数进行分析研究,通过回归分析研究结果,给出地下连续墙最大侧向变形的简易计算方法。利用简易计算方法,计算实际工程中基坑案例的地下连续墙最大侧向变形,并与现场监测结果进行对比,验证了计算方法的准确性,可为以后预估地下连续墙最大侧向变形及检查设计提供参考。     

各向异性结构性砂土离散元分析

天然沉积砂土力学特性受各向异性及结构性影响明显,实际工程中不能忽视。为探究二者的影响,首先在二维离散元程序NS2D中采用椭圆颗粒模拟了重力场中颗粒长轴主方向为水平的各向异性净砂样,随后基于结构性砂土胶结厚度分布规律及室内试验提出了一个新的微观胶结接触模型并将其引入各向异性净砂样以模拟天然各向异性结构性砂土,最后对该离散元试样进行了双轴试验模拟,将模拟结果与室内试验结果对比以验证该模型的适用性,并对其微观力学特性变化进行研 究。分析结果表明,随着剪切进行,各向异性结构性砂土呈明显应变软化及剪胀现象;胶结接触逐渐减少,且主方向始终为竖向方向;胶结破坏速率及胶结破坏率变化情况与宏观力学响应较一致,且胶结物多为拉剪破坏;土颗粒排列主方向始终为水平向,且水平向排列颗粒所占比例略微增大。     

基于地质单元的邹庄矿瓦斯异常区划分

为了实现瓦斯治理分级分类管理,运用瓦斯地质理论与方法,结合安徽邹庄矿生产实际和井田内地质构造分布形态,将其划分为3个地质单元。通过研究各地质单元内的地质构造、瓦斯赋存特征、构造煤发育情况和已采区揭露的瓦斯地质信息,建立了预测瓦斯地质异常区的数学模型,并利用工作面效检指标验证模型的有效性;以实际采掘过程中发生动力现象点为临界点,对其相应指标赋临界值,最终形成了以瓦斯含量(7 m3/t)、相对瓦斯涌出量(6.3 m3/t)和构造煤厚度(1.5 m)为核心的瓦斯预测体系。