基于离散元方法的落石碰撞破碎研究

落石是山区公路边坡常见的地质灾害。落石撞击破碎是落石灾害中常见的现象,落石破碎致使运动轨迹改变往往会增大落石的危害性,但其通常未被考虑到落石的防护设计中。因此,落石破碎机理的研究对落石防护措施设计有重要的指导意义。本文运用离散元方法（离散元开源软件Esys-Particle）模拟落石铅直撞击地面的过程。在模型中,落石由大量的颗粒组成,并且相邻的颗粒由可断裂的黏结材料黏接;地面由一层固定的颗粒组成,从而模拟地面的摩擦、弹性变形性质。模型模拟出落石反弹、破碎和粉碎等过程,分析黏结材料的杨氏模量、颗粒间凝聚力和内摩擦角对落石撞击地面过程的影响,得出落石撞击过程中破坏率和动能的变化过程。研究发现：当杨氏模量和凝聚力的比值较小时,落石将会发生反弹;当杨氏模量和凝聚力的比值增大到一定程度时,落石将会破碎成不同大小的块体;当杨氏模量和凝聚力的比值超过一定限度时,落石将会破碎成非常细小的块体;内摩擦角的变化对撞击过程影响非常小。     

考虑含砂量影响的砂-黏混合土应力-应变关系特性研究

将砂与黏土按不同比例干重量均匀混合制成砂-黏混合土,进行不排水三轴剪切试验,研究了含砂量和试验围压对混合土初始切线模量和应力-应变关系的影响,并对其作用机理进行了分析。研究结果表明:含砂量小于50%时,可以认为混合土初始切线模量与含砂量无关。含砂量大于50%小于80%时,初始切线模量随含砂量增加呈线性趋势增长。通过把含砂量参数引入到初始切线模量中对Duncan-Chang模型进行修正,使修正后的模型能够描述含砂量小于80%时混合土的应力-应变关系。当含砂量超过80%,混合土呈应变软化型,随含砂量的增加,初始切线模量逐渐保持稳定,应力-应变曲线峰值应变左移,可应用软化模型对其应力-应变关系进行描述。围压对混合土应力-应变关系有很大影响,在双对数坐标中,随试验围压的增大,初始切线模量呈线性趋势增长。     

基于拟静力法的弹簧刚度计算方法讨论

本文讨论了拟静力法在动力状态下的地基基础协同分析中的应用,通过分析假定动力状态下岩土体的剪切模量和剪切应变的关系,将地震力转化为等效的惯性力系。对于不同类型的岩土体,剪切模量G和剪切应变Y的对应关系是有区别的,且地震过程是不可预知的,过程无法模拟。研究表明,采用线性方法简化地震力衰减过程,仍可以得到较准确的计算结果。本文还采用FLAC-3D软件对上述关系进行了模拟,通过工程实例计算验证其可行性,提供了一套在动力状态下计算弹簧刚度参数的方法。     

低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究, 获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性, 分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应, 表明其经历了去压实或油气产生导致的超压; (2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性, 随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合, 样品的各向异性程度减弱; (3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征, 相比泥岩, 页岩各向异性程度更高, 随压力变化更明显, 其裂纹导致的附加各向异性更强; (4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征, 由于软裂隙空间的闭合, 动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

Stress‐dependent elastic wave velocity of microfractured sandstone

A model for the stress‐dependent elastic wave velocity response of fractured rock mass is proposed based on experimental evidence of stress‐dependent fracture normal and shear stiffness. Previously proposed models and previous experimental studies on stress‐dependent fracture stiffness have been reviewed to provide a basis for the new model. Most of the existing stress‐dependent elastic wave velocity models are empirical, with model parameters that do not have clear physical meanings. To propose the new model, the rock mass is assumed to have randomly oriented microscopic fractures. In addition, the characteristic length of microfractures is assumed to be sufficiently short compared to the rock mass dimensions. The macroscopic stress‐dependent elastic wave velocity response is assumed to be attributed to the stress dependency of fracture stiffness. The stress‐dependent fracture normal stiffness is defined as a generalized power law function of effective normal stress, which is a modification of the Goodman's model. On the other hand, the stress dependency of fracture shear stiffness is modeled as a linear function of normal stress based on experimental data. Ultrasonic wave velocity responses of a dry core sample of Berea sandstone were tested at effective stresses ranging from 2 to 55 MPa. Visual observation of thin sections obtained from the Berea sandstone confirms that the assumptions made for microstructure of rock mass model are appropriate. It is shown that the model can describe the stress‐dependent ultrasonic wave velocity responses of dry Berea sandstone with a set of reasonable material parameter values. Published 2013. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.     

不同刚度植物杆群对规则波传播及紊动特性影响研究

以不同刚度硅胶圆杆群为概化植物模型,测定其抗弯弹性模量,通过波浪水槽实验,研究规则波在不同刚度植物杆群内的流速分布、紊动特征及不同刚度杆群的消浪效果。实验结果表明,当波浪通过柔性杆群时,受其摆动的影响,流速周期变化从单峰型逐渐转变成双峰型,杆群刚度越小形成的二次波峰越明显;不同刚度杆群内水体紊动强度变化显示,杆群刚度越大,造成杆群内水体的紊动强度越大;随着杆群抗弯弹性模量的增大,其消浪系数也增大,消浪系数的增长与材料的抗弯弹性模量值非线性关系,而是在某一弹性模量范围内,对消浪系数的影响较为敏感。     

煤渣改良土的抗冻能力及损伤特性研究

为研究煤渣改良土作为季节冻土区路基填料的抗冻能力,以不同煤渣掺量及不同养护龄期下的煤渣改良土为研究对象,利用GDS三轴试验系统开展了不同冻融次数下改良土的三轴压缩试验,获得了最佳的煤渣掺量及养护时间数据,提出冻融及加载综合影响下改良土的总损伤变量,并据此建立了损伤本构关系。结果表明：改良土的抗冻能力随着煤渣掺入量的增大出现先增强后减弱的变化趋势,随龄期的增长而逐渐增强。冻融循环对改良土物理力学性质的影响主要集中在前5次循环过程,超过5次后影响逐渐减弱。冻融加载总损伤变量能够较好地反映冻融及加载过程中改良土性质的劣化,据此建立的损伤本构关系具有一定的精度,可以为季节冻土区煤渣改良土路基工程提供参考。     

确定砂土动剪切模量和阻尼比的方法对比

确定土体动剪切模量的常用方法有规范法、Kumar法和自相关函数法,确定相应阻尼比的方法有规范法、Das and Luo法、Kokusho法、Kumar法和互相关函数法,为了分析不同方法所产生差异,实现定量化对比分析,笔者以福建标准砂（粒径为0.5~1.0 mm）为研究对象,采用不排水的应力控制动三轴试验,探讨不同的确定土体动剪切模量和阻尼比方法的差异性,并给出了不同土体条件建议选用的方法。结果表明：1）3种方法确定动剪切模量的结果有一定的差异,随剪应变的增大结果的差异逐渐增大,有效围压对结果的差异性有所影响,当剪应变为4×10^-3,有效围压为100 kPa时,3种方法差异显著,相对误差最大接近20%;2）而5种方法确定阻尼比的结果差异显著,随着剪应变的增大,5种方法确定的阻尼比相对误差大体上均在迅速减小,只有规范法在有效围压为100 kPa时,其相对误差有较小的增大趋势;5种方法中,Kumar法确定的阻尼比最接近平均阻尼比,互相关函数法远高于平均阻尼比,Das and Luo法和Kokusho法确定的阻尼比基本一致但低于平均阻尼比。建议以后的工程应用中,加载方式为应力控制时,可采用自相关函数法确定动剪切模量,采用Kumar法确定阻尼比,二者确定的动剪切模量和阻尼比均最接近平均值。     

真空预压联合碎石桩加固港口吹填堆场地基的试验研究

在港口工程建设中,快速加固超软弱的吹填地基,采用真空预压法是一个经济有效的方法,再联合以碎石桩加固则能进一步提高地基的承载力、减少地基工后沉降.通过真空预压联合碎石桩加固地基的现场试验以及观测资料的分析,得出真空预压联合碎石桩加固后地基的承载力特征值由原天然地基的60 kPa左右提高到220 kPa,计算结果表明打碎石桩后的地基变形模量Esp与真空预压后的Ea相比提高了1倍,联合碎石桩加固后的地基沉降量比仅经过真空预压的地基减少1/3.     

DGZ-1多功能共振柱常规试验可靠性分析

针对新研制的多功能共振柱讕验机常规土类试验,发展此类仪器的试验可靠性分析理论,建立一套检验自身可靠性的分析方法傌技术,包括试验误差分析、试验定量考核、土工试验等多种技术手段。首先建立了共振柱仪动剪切模量误差、应叐误差和阻尼比误差的分析公式,得到了几种主要影响因素及其对试验误差影响程度的新认识。同时,通过若干已知动剪切模量且频率和土频率相接近的钢杆和铝杆试件的自振和共振试验,定量上验证该仪器常规试验结果的可靠性;通过砂土和原状粘土常规试验,定性上检验土工试验结果的合理性。通过对新研制的多功能共振柱试验机的常规试验功能进行可靠性的自身检验,所有试验结果是令人满意和可靠的,结果符合现有规律的认识。