华南武功山地区韧性剪切带的纳米尺度测量研究

在华南加里东造山带中段区域构造调查和中法合作研究的基础上, 对武功山地区从新元古代到中生代的韧性板劈理带、逆冲断层带、挤压片理带和拉伸构造带等多种构造类型的变形带, 就其超微观纳米粒子结构和动力薄膜进行了扫描电镜(SEM) 测量和新的探讨。 上述4类韧性剪切带的表层高应变域ab、ac组构面上均发现纳米粒子, 颗粒直径一般为50~90nm, 并因研磨滚动而形成磨粒(grinding grains)。 由纳米粒、纳米线和纳米层构成一套纳米微线理、面理和组构系统, 与宏观的线理和面理平行一致, 还可见到完好的超微SC面理和优选方位的纳米级应力矿物。 韧性剪切的所谓静态摩擦, 实际上是纳米界限层以微弱摩擦力推进滑移量(slippage)形成的平滑运动, 这种平滑运动是纳米级单体和复体磨粒滚动滑移所致。 本文从上述几方面揭示了韧性剪切带中纳米粒子存在的普遍性; 纳米结构与显微构造的可比性; 韧性剪切滑移机理的特殊性。 最后, 以区内韧性剪切带在地壳浅构造位异常发育的特点, 从一个方面讨论华南加里东构造带在系统动力学行为上的时间滞后性。     

平台巴西圆盘研究综述及三维启裂点研究

总结了对平台巴西劈裂试验平台中心角的研究,归纳总结了抗拉强度计算公式的修正系数k。通过建立两种平台角的三维有限元模型探究试样内应力分布状态,通过对受压直径所在平面及过平台末端的竖直平面的受力分析,发现Griffith等效应力分布规律会随平台角的改变而改变,且在两种平台角下等效应力最大值均出现在平台边缘处。结合三维离散元方法模拟试验中裂纹开展过程,发现微裂纹最早集中于平台末端,但随着荷载的增加致使试样破裂的裂纹起始于试样中部。有限元的力学分析与离散元的破裂过程模拟可很好地相互印证。通过与试验现象对比发现,加工精度对裂纹模式有着重要影响,为保证由平台巴西劈裂试验测量岩石抗拉强度的有效性,在试样与试验机之间垫入垫片是较为可行的方法。     

多投影面下珊瑚砂砾颗粒形貌量化试验研究

珊瑚砂砾是一种由死亡的珊瑚、贝类等遗骸经过了漫长的物理与化学风化作用形成的一种特殊岩土介质。珊瑚砂砾颗粒具有易破碎的特点,其细观结构对岛礁地基的宏观力学性能有着重大影响,而砂土颗粒形貌的定量化一直是未能很好解决的技术难题。利用PartAn颗粒形貌观测系统可对同一砂土颗粒的多角度下投影图像进行研究,并通过多种参数对砂土颗粒的形貌进行评估,进而精确区分珊瑚砂砾中枝状、棒状、片状、块状颗粒的形貌特征,适用于不同形状砂砾材料的大量样本的快速测量。同时所得测试数据也可作为数值模拟的基础数据库,为随机生成不规则颗粒的手段提供了数据资源支撑。试验中对17万个单独颗粒进行了形貌量化分析,所得数据库量大,具有较高的统计可信度,同时免除了试验前人工挑选试样所带来的人为因素的干扰影响。所得珊瑚砂砾分形数据具有较高真实度,可为珊瑚砂砾在荷载作用下颗粒破碎的定量化提供可靠方法。     

基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟

本构模型是描述泥石流流变特性的关键,也是决定其动力过程数值模拟准确性的核心问题之一。泥石流流体属多相混合物,现有的研究已证实其存在剪切增稠或剪切变稀的现象,传统基于Bingham及Cross线性本构关系的数值模型难以准确描述泥石流流变特性。文中探讨了Bingham模型在低剪应变率下的数值发散问题,在光滑粒子流体动力学（SPH）方法框架上建立了整合Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP）本构关系的稀性泥石流动力过程三维数值模型。相比传统基于浅水波假设的二维数值模型,所述方法从三维尺度建立SPH形式下的泥石流浆体纳维?斯托克斯方程并进行数值求解,可获取泥石流速度场时空分布及堆积形态,同时采用HBP本构关系描述泥石流流变特性,能在确保数值收敛的前提下反映泥石流流体在塑性屈服过渡段及大变形状态下应力?应变的非线性变化。为验证提出方法的合理性,结合小型模型槽实验观测进行了对比,结果表明数值模拟与实测结果基本吻合。     

粗粒土的颗粒破碎耗能及剪胀方程研究

颗粒破碎对于粗粒土的应力变形性质有显著影响。在Rowe剪胀方程的基础上考虑颗粒破碎耗能的影响,并引入颗粒破碎的演化规律对颗粒破碎耗能进行计算,得到了一个简单实用且对粗粒土适用性较好的剪胀方程。主要结论如下：（1）通过粗粒土的三轴CD试验结果分析并证明了弹性应变对于剪胀比的影响较小,因此,可以将剪胀比 表示为 ,进而得到了剪胀方程表达式的一般形式。（2）将剪胀方程中的临界状态应力比Mc折减为摩擦系数M,并引入了颗粒破碎的演化规律,将M定量表示为广义剪应变的函数,从而使得所计算的破碎耗能在剪切过程中是递增的,且逐渐趋于稳定值,符合了颗粒破碎不可逆的规律。（3）试验表明,剪胀方程中的未知量 与摩擦系数M之间呈现显著的线性关系,将该关系代入剪胀方程即确定了方程的具体表达形式,并且利用堆石料的三轴CD试验证明了其对粗粒土的剪胀性预测效果较好。     

基于光滑粒子流体动力学的流动法则对土体滑坡大变形的影响探讨

光滑粒子流体动力学（SPH）是近年来发展起来的一种纯拉格朗日无网格法,并因其在大变形领域内的优势而受到广泛关注。在进行滑坡大变形分析时,流动法则及剪胀角的选取对于边坡失稳后的运动特性有重要的影响。采用Fortran自行编写了基于SPH的边坡稳定性及失稳后大变形分析程序,然后通过2个经典的算例,讨论了不同流动法则及剪胀角的选取对滑坡大变形分析精度的影响。结果表明：（1）剪胀角的选取对土体失稳后的滑动距离有显著影响,随着剪胀角的增大,土体的滑动速度与距离呈明显增大趋势;（2）在关联性流动法则及非关联性流动法则? =1/2? （? 为剪胀角,? 为摩擦角）条件下,土体在大变形过程中会产生过度膨胀,且运动速度与距离要大于实际情况,而采用关联性流动法? =0时,对于非膨胀土可以得到比较令人满意的结果,但对于膨胀土体会使得运动速度和运动距离过小,不符合实际情况。建议在计算膨胀土大变形时,采用非关联性流动法则且适当考虑膨胀性（? =(0.1～0.2)? ）,可以得到较好的结果。     

整体刚性面板加筋土挡墙基频影响因素计算分析

作为一种柔性支挡结构,加筋土挡墙相较于传统重力式挡墙具有优越的抗震性能。由于结构在地震等动荷载作用下的动力响应大小与其自身的固有频率大小有关,因此,固有频率的研究显得尤为重要,特别是其最小值基频。以整体刚性面板加筋土挡墙为研究对象,分别用弹性地基梁模型、线性弹簧模型表示面板、填土及筋材,提出了一种加筋土挡墙固有频率计算方法。计算求得的基频值与既有瑞利能量法计算值具有较好的一致性。参数分析表明：填土中铺设筋材可以增大墙体的基频;对于加筋土挡墙,筋材长度以及筋材-填土界面摩擦系数对墙体基频影响较小;随着筋材竖向间距的增大,加筋密度对加筋土挡墙基频的影响逐渐减小;墙体基频随着面板宽度的增大先减小后增大;随着面板模量的减小,墙体基频趋于恒值。     

考虑颗粒破碎的冻结砂土非线性本构模型研究

颗粒破碎是粒状材料在高应力状态下的一种基本现象。为了研究冻结砂土中颗粒破碎对应力应变关系的影响,将冻结砂土视为复合颗粒材料,忽略冰的压融,考虑内摩擦角随应力状态的变化,构建一个适用于冻结砂土的考虑颗粒破碎的非线性本构模型。构建过程分为三步,首先是基于三轴剪切前后颗粒分析对冻结砂土颗粒破碎模式和产生机理进行探讨;其次是基于考虑颗粒破碎的能量平衡方程,对冻土在三轴剪切试验过程中的颗粒破碎耗能进行分析,结果表明颗粒破碎耗能随轴向应变呈双曲线变化趋势;最后应用考虑颗粒破碎的剪胀方程修正沈珠江三参数非线性模型中的体积切线模量ν_t,得到一个考虑颗粒破碎的非线性本构模型,模型参数可以通过单轴压缩试验和常规三轴试验确定。将原模型和修正后模型的计算结果与控制温度为-6℃,围压为1 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa和10 MPa时冻结砂土的试验结果进行对比,结果表明该模型能够较好的模拟冻结砂土从低围压到高围压的应变软化特征与剪胀特征。      

组合桩在唐山沿海地区的试验应用

唐山沿海地区由于自然历史原因造成土体结构与内陆地区相差甚远,土体结构多层,且上部以软弱粘性土、砂类土为主,使得单一桩型成本较高、效率低、施工难度大且易造成环境污染。针对这些问题并结合本地区地层,设计试验了一套粉喷桩和预应力混凝土管桩相结合的柔刚组合桩施工方法,降低了施工难度、提高了效率、降低了成本,实现桩基施工无泥浆排放的节能环保示范,为类似地区地基基础工程施工提供了借鉴和参考。