结构与基础间接触面考虑切向滑动的数值模拟

在\"空间无厚度接触面单元\"的基础上,提出了模拟接缝面切向滑动的本构关系,采用\"变增量搜索法\"进行计算,通过算例分析得到了该模型的合理性、实用性验证.     

桩土接触面切向刚度数据拟合

为确定接触面参数的取值问题从而减小桩土体系中桩基与土体之间发生的相对滑移危害.引入摩尔-库仑和颗粒流理论,以桩土接触面粗糙程度作为切入点进行深入分析,确定可以作为切向刚度定量计算的影响因素.采用回归分析探究能够反映接触面切向刚度与影响因素关系的回归模型.建立切向刚度与两类影响因素之间的数学关系,通过Matlab数值分析软件,进行三维立体曲面拟合,从而得到接触面切向刚度变化规律及取值方法.以分析出接触面切向刚度对桩土体系工作性能的影响.     

重塑黄土-混凝土接触面直剪试验研究

采用直剪仪进行重塑黄土和混凝土接触面的快剪试验.分析接触面在含水率、干密度和法向应力影响下的剪切特性,探讨接触面抗剪强度、切向刚度、黏聚力和内摩擦角的变化规律.试验结果表明:受含水率和干密度的影响,剪切应力-剪切位移关系曲线有理想弹塑性和非线性弹性-理想塑性2种类型;接触面峰值剪应力主要和含水率有关,随着含水率的减小,峰值剪应力增大;含水率增加切向刚度减小,含水率越高切向刚度变化趋势越大,并且在试样达到峰值强度时变化趋势最大;接触面切向刚度随着干密度和法向应力的增大而增大,但干密度较小时,法向应力对接触面切向刚度的影响较大;接触面内摩擦角变化较小,接触面的黏聚力、内摩擦角均小于同性质土样的黏聚力、内摩擦角.     

用于接触面模拟的三维非线性接触单元

提出了一种新的模拟结构缝或接触问题的三维非线性接触单元,在本构关系上,模型同时考虑了已被大量实验证实的接触面法向和切向的非线性特性,法向采用了考虑法向变形的双曲线模型,切向采用了考虑应变化的双曲线模型,模拟了接触面的粘结、滑移和开裂等非线性现象,相对于其它接触单元,本文模型避免了Goodman单元等只考虑缝面变形及法向、切向参数取值的任意性,计算结果常使法向应力出现波动和过量嵌入等缺点,并据此编制了有限元计算程序,利用此程序分析了3个典型算例,验证了模型的合理性和程序的计算精度。     

三维多弹性体多接触面边界单元法

推导了多弹性体多接触面无摩擦接触问题的边界单元法的计算公式和方法，并编制了相应的ＦＯＲＴＲＡＮ程序。所给出的算例说明对多体接触问题只能根据不同的对象编制不同的多体多接触面计算程序来计算，用两体接触问题的解法近似计算多体接触问题其误差甚大。     

钢-土接触面位移与强度特性直剪试验

利用改进的直剪仪对不同密实度(40%、55%、70%、85%)的粗粒土与不锈钢毛坯板之间接触面进行直剪试验,研究粗粒土与钢板接触面之间的接触力学特性以及粗粒土相对密实度对其影响规律。结果表明:粗粒土与钢板之间的接触面在达到剪切破坏前,剪应力与剪切位移之间近似呈线性关系。接触面的抗剪强度及切向劲度系数均随着粗粒土相对密实度的增大而增大,相对密实度由40%增至85%时,接触面的黏聚力平均增大41.8%,内摩擦角平均增大35.4%;切向劲度系数k_s平均增加11.2%。接触面法向应力σ_n从100 kPa增加到800 kPa的过程中,切向劲度系数k_s平均增加40.3%。基于试验结果找到切向劲度系数k_s与法向应力σ_n和相对密实度D_r之间的关系,提出k_s-σ_n-D_r经验关系式,建立了具有简单形式的接触面本构模型。     

考虑桩土接触面特性的水平受荷单桩数值分析

采用数值方法研究了桩土接触面特性对水平受荷桩受力特性的影响,并通过对工程实例的分析验证了计算方法的有效性.实例分析表明,设置接触面对于正确模拟桩土受力特性有较大影响.计算所得的桩身弯矩和位移曲线表明,水平受荷桩的入土深度有个临界值,桩身过长对提高水平承载力无明显作用.     

车辆载荷作用下桩后黏性土主动土压力分析

针对现有设计规范进行桩后主动土压力计算时未考虑车辆载荷的动力效应对支护结构影响的问题,在平面滑裂面假定的基础上,结合拟动力学分析方法,考虑车辆动载荷作用下桩后土体受惯性力的影响,推导出车辆载荷作用下主动土压力的计算式,将主动土压力分为动土压力分量和静土压力分量。分析土体容重、桩-土外摩擦角对主动土压力的影响,以及水平振动加速度系数、内摩擦角、行车速度、车桩间距对动土压力的影响,对比分析不同黏聚力情况下的主动土压力分布规律。研究结果表明：桩后动土压力呈非线性分布;在车辆载荷作用下,一个振动周期内桩后主动土压力随滑动面倾角的增大和时间的持续先增大后减小;动土压力幅值随车桩间距的增大而减小,振动周期随车速的增大而增大。     

竖向力与扭矩共同作用下单桩承载特性试验

为研究竖向力(V)和扭矩(T)共同作用下单桩的承载特性及内力分布规律,通过自主设计的试验装置,进行了一系列的竖向力和扭矩组合加载试验.为方便推广应用,对试验结果进行拟合,得到了竖向力和扭矩共同作用下单桩承载力计算公式.研究表明:在V-T组合荷载的作用下,单桩的承载力较单一荷载作用下降低,且当先施加的荷载(V或T)大于其...     

散体单元法确定计算时步模拟刚度法

 散体单元法DEM的核心内容是运用所谓的中心差分法,实际上使用了迭代计算,在计算中确定合理的计算时步及其法向刚度是研究问题非常重要的方面,时步的选取与被研究颗粒的刚度、质量、阻尼,以及它们之间的匹配关系密切相关。目前,确定刚度的一般做法是实测,但实测只能对特定条件进行,且需要研究人员具有较丰富的经验,才能保证计算结果接近实际。本文通过质量-弹簧系统,对DEM计算过程进行理论与数值模拟讨论,给出确定计算时步和法向刚度的选取方法,对同类计算具有一定的参考意义。     

竖向振动荷载作用下的单桩动力性能分析

在结构物基桩中,常会遇到单桩受竖向振动荷载作用的情况,该文通过对在竖向振动荷载作用下单桩动力性能的研究,探讨了桩断面剪切变形效应和转动惯性力对单桩动力稳定性的影响,考虑到实际工程存在的阻尼问题,因而进一步探讨桩土阻尼对单桩动力性能的影响,并以实例说明何种情况需考虑上述影响因素,以供实际工程应用时参考。     

竖向抗压单桩变形破坏机制

采用可视化室内模型试验方法,对垂直受荷单桩桩周土体位移场、应变场发展规律及破坏性状进行较为深入研究。结果表明:桩侧土体变形影响范围为(3～4)b(b为方桩边长),桩端下土体影响范围为(5～6)b;单桩桩侧土体最大剪应变由桩身上部逐渐向桩身下部延伸,桩端以上(3～4)b截面附近存在侧阻力弱化区;单桩破坏面由桩侧土体剪切滑动面、桩端鼻锥状弹性核及桩端附近的2片剪切滑动面组成。     

沥青路面层间粘结性能的黏弹性有限元分析

为深入剖析半刚性基层沥青路面层间粘结性能,基于黏弹性理论,建立三维有限元模型研究不同层间接触状态下基面层之间的剪应力分布.考虑实际工程情况,引入夹层,应用层间剪力定量描述其与时间的关系,研究夹层存在薄弱粘结和夹层参数对层间粘结性能的影响.结果表明:随着层间摩擦系数的减小,层间剪应力逐渐减小,沿路宽方向的剪应力较大,层间接触不连续时,剪应力存在突变;引入虚拟夹层后,随着加载时间的增加,沿行车方向的层间剪力逐渐增大,沿路宽方向的层间剪力逐渐减小;由于夹层存在薄弱粘结,剪力向薄弱粘结周围扩展,剪力最大值也有一定幅度的增加;随着夹层抗压模量的增大,层间剪力最大值逐渐增大;层间剪力随着夹层厚度的增加而增大,且增大趋势接近线性变化.分析结果表明,沿路宽方向的层间剪应力对路面力学响应起着重要的作用,在路面设计中应对基面层间的抗剪性能给与足够的重视,需要设置粘结层来改善层间接触状态,并采取适当的方法来消除夹层薄弱粘结和优化夹层设计参数.     

用接触面弹塑性损伤模型分析群桩基础

探讨了接触面弹塑性损伤模型在群桩基础响应分析中的适用性。建立了用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。采用多种接触面模型及多组模型参数对单调和循环荷载作用下的群桩基础与地基相互作用进行了三维有限元分析。结果表明:弹塑性损伤单元能够合理地描述包括体应变及其与剪应变的耦合特性在内的接触面主要静动力学特性;接触面的力学特性对桩土相互作用分析有重要影响;Clough-Duncan模型和理想弹塑性模型不能反映接触面的体应变及其与剪应变耦合特性,算得的桩的响应与弹塑性损伤接触面单元差别较大。因此,使用弹塑性损伤接触面单元进行土体与结构物相互作用分析较为合理。     

影响剪切梁层间失效模型的参数分析

用剪切梁层间失效模型来分析地震的发生并考虑关键参数的变化对模型的影响。将岩体简化为弹塑性竖向夹层粘结在一起的剪切粱，考虑了侧压力沿竖向的变化；分析了岩体的位移和应力分布规律，建立了地震发生的条件，得到了层间裂纹产生及其扩展受材料特性等参数影响的变化规律。应力分布和弹性断裂理论所得值相比没有那样的奇异性，但比弹塑性分析所得值有更高的应力集中，比较符合岩石工程的实际。     

正交异性体移动常数荷载下的半无限长界面扩展裂纹

基于正交异性体中Ⅲ型对称扩展裂纹的解，给出正交异性体中半无限长界面扩展裂纹的应力位移场的推导方法，把所研究问题化为Riemann—Hilbert问题，复杂边界条件的求解变为寻找单一未知函数的问题，而不必考虑运动方程和连接条件，用此方法推导出了移动常数荷载的解析解，并且根据实例给出应力、位移以及应力强度因子的变化图。     

砂岩-混凝土结构面剪切特性试验研究及离散元模拟

为从宏、细观角度揭示常法向刚度（Constant Normal Stiffness,CNS）条件下锯齿状砂岩-混凝土结构面剪切机制,首先采用湖南大学自主改造的CNS岩石直剪仪开展3组砂岩-混凝土结构面室内剪切试验.在此基础上,采用刚性墙替代法建立与室内试验相应的离散元数值模型,并引入3个显式运动学方程控制砂岩试样运动轨迹从而实现CNS条件加载,将数值模拟与试验结果对比验证了模型的合理性.随后,开展16个工况的数值剪切试验,通过观察剪切裂纹扩展和力链演化形态,从细观角度揭示结构面破坏模式和荷载传递机制,并从宏观角度分析锯齿几何尺寸（半波长λ、起伏角θ）和加载边界条件（初始法向应力σn0、法向刚度K）对剪切强度和法向膨胀的影响.结果表明：剪切裂纹按照“平稳增加—急剧增加—增幅减小”的发展趋势由结构面区域逐渐向岩石内部扩展,结构面破坏模式随起伏角的增大由滑移磨损向剪断破坏过渡,剪切强度随λ、θ、σn0和K的增加呈指数函数型增加.     

火灾条件下混凝土柱温度场的数值模拟分析

采用非线性有限元方法对火灾时混凝土构件的温度场进行了仿真计算,计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上计算了多种火灾情况下混凝土受压柱的温度分布情况,为灾后建筑物的检测评定与加固设计提供了一定的依据。     

橡胶隔震支座疲劳试验研究

利用自行建立的疲劳试验系统，以国产Ф160mm橡胶隔震支座为研究对象，测试了支座在竖向10万次循环荷载作用下竖向变形和竖向刚度的变化，以确定支座的耐久性性能，结果表明：国产橡胶隔震支座疲劳性能稳定，符合规范规定的性能要求．     

异弹模界面裂缝的边界元分析及其应用

利用双域边界元法计算异弹模界面裂缝缝端应力场，由应力外推法求出应力强度 因子，所得结果具有较高的精度。作为应用，文中计算了坝踵界面裂缝的应力强度因 子，得出了应力强度因子随坝基弹模、库水位和缝水压力的变化规律．