真空-堆载预压作用下软土蠕变特性试验研究

采用改进的、可施加负压的三轴仪开展了真空预压、堆载预压以及真空-堆载联合预压作用下软土的固结蠕变试验,描述了加载率、应力比和时间等对软土蠕变特性的影响,分析了轴向应变（率）、体积应变（率）及偏应变（率）与应力比和时间之间的关系。结果表明：轴向应变率和体积应变率与时间的对数关系并非线性,但经过若干天以后可近似认为是线性关系;在不同应力比n下,体应变与时间的关系可用双曲线方程来表示;偏应变、偏应变率与时间的关系符合双曲线方程,通过温州软黏土样的蠕变试验结果验证了其有效性。     

统一弹塑性本构模型在FLAC3D中的计算格式

统一强度理论是一个有着坚实理论基础、可表达各种岩土材料强度特性且被广泛应用的新的强度理论。FLAC3D是一个具有强大的计算分析功能且专门针对岩土工程问题开发并被广泛应用的数值分析软件。若能将二者结合起来,无疑会大大促进岩土工程领域相关问题的解决。针对这一问题,研究了统一弹塑性本构模型在有限差分方法中应用的基本理论格式。根据FLAC3D软件中UDM接口计算格式的要求,将统一强度理论引入其中,详细推导了统一弹塑性本构模型在FLAC3D软件中应用的计算公式。由于统一屈服面在应力空间内由12个面组成,在应力角为[0,π/3]的范围内,统一屈服面由两个相交面组成,为计算塑性因子及处理计算中应力超出屈服面的应力调整问题,利用应力角分析了应力空间的分区,推导了区域分界面的公式。最后,编制了相应的UDM接口程序对一圆形隧洞进行了弹塑性分析,对比了计算结果与解析解,结果很好地验证了此计算格式及相应接口程序的正确性。统一强度理论和FLAC3D软件的结合,将使二者的优点得以充分发挥,以解决更多的岩土工程问题。     

考虑试验阻尼效应的一种土体动力双型抛物线本构模型

针对土动力试验中土体反向卸载（或加载）曲线形状有时表现为先变化平缓后变化剧烈这一特征,基于土体实验结果的 和 曲线,建立了不规则荷载作用下可调的双型抛物线形式的本构曲线规则,阐述了A型和B型抛物线的函数表达式及实现过程。采用9种方法对试验阻尼比的模拟对比,表明所建立的加卸载准则尤其能准确拟合试验阻尼值,是对广义Masing准则的一种简化及实用化。由于调制因子 的可变性,它具有更强地模拟试验本构曲线形状的能力。针对台湾Lotung DHB钻井台阵试验场地,以等效线性化方法SHAKE91、LSSRLI-1,时域非线性方法DESRA-2、Pyke方法、非Masing准则模型1、“隐式应力阻尼等效”模型、“阻尼比退化系数”模型和非Masing准则模型2以及双型抛物线本构模型等9种方法（或模型）分别进行了非线性地震反应分析,并将结果与强震观测记录进行比较,结果表明,双型抛物线本构模型计算的复合加速度地震动的峰值大小、波形大小相对关系及后续波形,与实际地震记录较相一致,说明了模型的合理性以及实际工程应用的可行性。     

在裂隙岩体中开挖隧道的双场耦合蠕变分析

运用黏弹性断裂、蠕变理论,对裂隙围岩在开挖时的蠕变现象进行分析,建立了隧道开挖的双场耦合蠕变模型。运用Laplace转换,推导出围岩的径向位移函数表达式,分析了应力卸荷、渗流力的作用以及节理裂隙分布对径向位移的影响。同时,利用FLAC中的FISH语言编写了FISH函数,将计算隧道模型的数值及解析结果与实测数据进行了比较。计算结果表明,径向最大位移变化量并不在主应力最大方向,也不在隧道顶端,而是受地应力分布、渗透水压和节理分布综合作用形成偏压位移,其结果可为隧道支护提供借鉴。     

基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI介质中波场数值模拟

分数阶微分算子具有描述历史依赖性和全域相关性的特质,本文利用这种特质描述双相介质固体骨架的黏弹性特征.基于Kjartansson常Q理论将含有分数阶时间导数的黏弹固体骨架各向异性本构关系与双相介质理论有机地结合起来,并引入流变学本构关系描述孔隙流体的黏滞性力学行为,提出一种新的基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI模型.推导了相应的时间域波传播方程,然后对该方程进行了数值模拟.对整数阶导数采用高阶交错网格有限差分算法,对分数阶时间导数采用短时记忆中心差分算法,进行了不同相界、不同品质因子组及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.模拟结果表明：将含有分数阶时间导数的常Q黏弹固体骨架各向异性本构关系及孔隙流体的黏滞性本构关系引入双相介质理论是可行的,二者的结合能更好地反映地下介质的黏弹性特征,对于进一步认识波在黏弹各向异性孔隙介质中的传播机理具有重要意义,为反演和重构地下油气储层和结构奠定正演理论基础.     

The influence of climate and microclimate (aspect) on soil creep efficiency: Cinder cone morphology and evolution along the eastern Mediterranean Golan Heights

Although hillslope evolution has been subject to much investigation for more than a century, the effect of climate on the morphology of soil‐mantled hillslopes remains poorly constrained. In this study, we perform numerical simulations of volcanic cinder cones in the Golan Heights (eastern Mediterranean) to estimate soil transport efficiency across a significant north–south gradient in mean annual precipitation (1100 to 500 mm). We use the initial cinder cone morphology (constrained by stratigraphy), the modern hillslope form (surveyed with sub‐meter accuracy) and the eruption age (based on ⁴⁰Ar–³⁹Ar chronology) to predict the best‐fit value of the soil transport coefficient (‘diffusivity’) based on a nonlinear transport model. Our results indicate that the best‐fit diffusivity (K ) varies from 1 to 6 m² ka^?1 among the five cinder cones in our field area. Diffusivity (K ) values vary systematically with precipitation and hillslope aspect; specifically, K is higher on south‐facing (drier) hillslopes and decreases with mean annual precipitation. We interpret this climate dependency to reflect vegetation‐driven variations in apparent soil cohesion, which increases with root network density, and attenuation of rain splash and overland flow erosion, which increases with vegetative ground cover. To assess how vegetative root mass and ground cover vary with precipitation and aspect, we quantified the spatial distribution of NDVI (normalized difference vegetation index) from ASTER satellite images and observed spatial variations that correlate with our calibrated values of K . Analysis of previously studied cinder cones in the USA can be used to extend our framework to arid domains. This endeavor suggests a humped relationship between K and precipitation with maximum diffusivity at mean annual precipitation of 400–600 mm. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

西北地区典型遗址土动模量与阻尼比特性试验研究

通过室内动三轴试验,研究了西北地区遗址土体的动本构关系,得到了模型参数,分析了遗址土体的动剪模量比和阻尼比的特性,并通过归一化处理得出模型参数,结果表明:遗址土体符合Hardin-Dinevich双曲线模型,其相关系数均大于0.991 7,模型参数a、b与土样密度不存在相关性;在相同荷载下,密度越大,动应变和动残余应变越小,其中陕西定边陡沟子明长城墙体土承受动荷载能力下降较快,而草滩段秦长城墙体、瞭望台台基处初始弹性模量和初始剪切模量较小,三处土体硬度较小,易于遭受病害侵蚀破坏,需进行重点加固维护;遗址墙体所建窑洞处土体强度和硬度明显大于长城墙体,动弹性模量和动剪切模量约为其墙体2倍。草滩段瞭望台土体强度和硬度明显大于同地区长城墙体;遗址土体的动剪切模量G/G0随着动剪应变γd的增加而减小,且密度越大,衰减速度越快,阻尼比D随着动剪应变γd的增长,呈现先缓慢增加-急剧增加-缓慢增加的过程,且密度越大,阻尼比越大。按建造年代、建造形制和用途划分、所处地区对典型遗址进行动力特性的对比分析,为今后土遗址加固保护提供理论基础和参考依据。     

利用Sentinel-1合成孔径雷达干涉测量技术监测海原断裂现今地壳变形特征

20世纪20年代,青藏高原东北发生了两次8级以上强震,其中1920年12月16日发生的海原M8.5地震距今已经100年。海原断裂带作为青藏高原东北缘最活跃的断裂带之一,至今仍控制着该区域微震及中强地震活动。本文基于ISCE软件和StaMPS平台,以2017年3月至2020年6月覆盖研究区的72景哨兵一号（Sentinel-1）SAR影像为数据源,采用PS-InSAR技术对海原断裂带进行时序形变监测,并以区域内GPS速度场进行校正,获取了其三年多来雷达视线向（Line of sight,LOS）的年平均形变速率。研究结果表明：①海原断裂带南北两盘形变速率差异明显,这与左旋走滑的运动性质相符;②毛毛山断裂、老虎山断裂西段处于闭锁状态,老虎山断裂中东段处于较为活跃状态,观测到蠕滑变形;海原地震破裂带部分断裂浅部处于愈合状态;③老虎山断裂中东段的蠕滑变形是青藏高原东北缘最为显著的区段,推断与1888年和1990年景泰的两次六级地震有关。     

考虑损伤效应的冻粘土蠕变本构理论研究

用简单的屈服函数作为冻土塑性损伤变量,对西源模型中的粘塑性蠕变量进行损伤修进。通过相关推导得到了冻土粘弹塑性损伤本构方程。通过用户子程序将此本构模型嵌入到大型商业有限元软件ADINA中。有限元计算结果表明:考虑损伤的冻土本构模型能较好的模拟加速蠕变阶段,可用于深井工程实践。      

冻土中锥形桩-土大变形有限元数值分析

应用冻土的粘弹塑本构力学模型,采用温度场与冻土大变形耦合作用的方法,编制了能够模拟寒区冻土大变形的本构有限元程序;并通过用户子程序嵌入到大型商业有限元软件ADINA中,对冻土中锥形桩室内模型试验进行了变形场和温度场耦合的有限元数值模拟.有限元计算结果和模型试验结果非常接近,并且两者的规律性也相同,验证了耦合温度自由度的粘弹塑本构力学模型的正确性和可靠性,表明应用有限元分析方法可为寒区冻土中锥形桩基工程设计提供参考.