非饱和Q2原状黄土工程特性试验

为了研究非饱和Q2原状黄土的破坏形式、变形、强度和屈服特性,采用SJ-1A型三轴剪力仪改造的非饱和土三轴剪切试验测试系统进行了5组非饱和Q2原状黄土的三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:非饱和Q2原状黄土在三轴条件下,呈剪切破坏,破裂角一般在55°～61°;非饱和Q2原状黄土在低围压下呈剪胀性,在高围压下呈剪缩性;随着围压增大,应力应变曲线由软化向硬化发展。此外,通过εv-q/p关系曲线可以较好的确定非饱和Q2原状黄土在各围压下的屈服应力(py,qy),且研究发现随着围压的增加,屈服偏应力qy与屈服球应力py呈对数关系。     

结构性Q2,Q3黄土的力学特性对比研究

通过时Q2和Q3黄土的单轴压缩和常规三轴试验研究，对两种黄土单轴压缩曲线和CU剪切的应力应变曲线特征进行分析比较，探讨了两种黄土应力应变本构模型。研究表明：强软化型Q2黄土应力应变关系，可采用强软化型模型进行描述，并对其模型参数进行了分析；弱软化-硬化型Q3黄土应力应变关系可用两参数的指数模型描述，也可用强软化性模型描述。     

Q1黄土的弹塑性软化本构模型

通过对陕西洛惠渠五洞简易盾构法施工现场取样试验，在对试验Q1黄土的应力应变曲线特性进行分析的基础上，根据弹塑性理论提出了黄土的弹塑性软化本构模型，并将模型计算与试验结果进行比较。结果表明，该模型能够较好地模拟Q1黄土的软化和剪胀性。     

基质吸力对原状非饱和黄土强度与变形特性的影响

为研究基质吸力和净围压对原状非饱和黄土的变形、强度特性的影响,采用非饱和土三轴仪对延安新区的原状Q_3黄土及原状Q_2黄土做了2组共18个三轴固结排水剪切试验.研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力-应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性演变为硬化型,且试样在试验过程中一直处于剪缩状态;原状Q_2黄土的偏应力-应变曲线表现为软化型,吸力、净围压较小的试样,体变由剪缩逐渐变为剪胀;原状Q_2黄土的结构性比原状Q_3黄土更为显著;基质吸力对非饱和黄土的强度特性、起始杨氏模量有显著的影响;表观黏聚力c及参数k均随着吸力的增加而增大,而吸力对有效内摩擦角φ′及参数n的影响并不显著;提出考虑吸力和净围压影响的原状非饱和Q_3、Q_2黄土的切线杨氏模量的修正计算公式.     

西宁地区原状黄土三轴试验及数值模拟

在数值模拟中合理选取土的本构关系与模型参数,对模拟的合理性和可靠性十分重要。为研究西宁地区LNG储存罐基础原状黄土数值模拟中本构关系与模型参数选取的合理性,采用三轴试验与数值模拟相结合的方法,分别对Mohr-Coulomb、土体硬化及修正剑桥模型3种本构模型进行分析研究。结果表明:西宁地区原状黄土采用土体硬化双曲线本构模型与试验结果吻合程度较高,其模量随应变增大而减小的特征与原状黄土实际力学特征相似,土体硬化本构模型更加符合土体的实际力学特性。     

基于胶结破损机理的非饱和结构性黄土本构模型

非饱和结构性黄土本构模型需同时考虑非饱和性和结构性,为简化建模过程,基于实用化宏微观土力学研究思路,以岩土破损力学及临界状态土力学为框架,建立了非饱和结构性黄土的本构模型.通过三维离散元法开展不同含水量结构性黄土数值试验,基于离散元和前人试验结果建议采用幂函数描述吸应力和初始饱和度的关系,从而建立非饱和黄土有效应力公式,进而将临界状态线、扩展椭圆屈服面和临界Lade-Duncan强度准则推广到非饱和土体,以考虑黄土的非饱和性.通过定义与重塑黄土屈服面形状相似的结构性黄土屈服面反映结构性的影响,鉴于室内试验无法直接获取土体胶结破损演化规律,基于离散元分析结果和胶结颗粒材料力学理论,得到具有微观机制的胶结破损规律,该演化规律建立在等效塑性应变上,可以很好地反映结构损伤过程;通过将其引入到硬化规律考虑黄土的结构性演化,从而建立了非饱和结构性黄土本构模型.将该模型应用于Q3天然非饱和结构性黄土三轴试验及人工制备结构性黄土侧限压缩试验和三轴试验模拟,初步验证了该模型的合理性及适用性.     

Q2黄土统计损伤本构模型

利用黄土微元强度服从Weibull随机分布的特点,引进Drucker-Prager破坏准则作为黄土微元强度分布参量,基于Q2黄土三轴应力-应变试验曲线,同时考虑了损伤门槛值的影响,建立了反映Q2黄土损伤全过程的损伤软化本构模型.在此基础上,探讨了Q2黄土损伤软化模型参数与围压和黄土含水量的关系,对其参数进行了合理修正,从而建立了更加符合实际的黄土损伤软化本构模型,并与试验结果进行对比分析,结果显示该模型的合理性,表明该模型具有广泛的工程应用前景.     

考虑粗粒土应变软化特性和剪胀性的本构模型

在传统细粒土本构模型的基础上进行了改进,建立了一个能较好地描述粗粒土应变软化特性和剪胀性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,克服了单屈服面模型存在的一些不足,可同时反映剪切变形和压缩变形机理.模型在应变软化特性描述方面,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,较为合理地反映了粗粒土的应变软化现象.在剪胀性描述方面,考虑了状态转换应力比与初始有效围压的相关性.数值模拟结果与试验结果较为接近,表明该模型描述粗粒土在低围压和相对中高围压下的应变软化特性和剪胀性方面具有一定的优越性.     

旋转硬化与统一硬化参量在修正剑桥模型中的应用

针对修正剑桥模型不能模拟土体剪胀性、应力路径转折时土体的应力应变特性以及应力引起的各向异性,将旋转运动硬化理论引入到修正剑桥模型中,给出了椭圆屈服面的旋转运动硬化机制,把等向硬化的修正剑桥模型扩展为旋转运动硬化模型.同时,为了能够反映砂土和超固结土的剪胀等本构特性,用统一硬化参量H代替修正剑桥模型中的等向硬化参数一塑性体积应变εpv,建立了一个新的基于旋转硬化与统一硬化参量的改进的修正剑桥模型.对修正剑桥模型、旋转运动硬化修正剑桥模型和新模型进行了定性对比,结果表明,新模型不但能够反映应力路径转折时土体的特性,也能描述土体的剪缩和剪胀.     

结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

基于整体海洋平台模型的下落物体撞击数值仿真

针对海洋平台受落物撞击后的性能进行研究,采用非线性有限元数值仿真方法,探讨了落物撞击模型的建模技术和参数选取,建立了整体海洋平台模型,对落物与平台的撞击进行了数值仿真,并分析了撞击全过程,得出下落物体撞击海洋平台过程中关于碰撞力、结构损伤变形及能量转换等的一般性规律。主要结论如下：海洋平台结构的碰撞损伤变形主要表现为弹性变形,绝大部分塑性变形发生在撞击区域;海洋平台整体具有较好的弹性变形性能,能够降低下落物体撞击引起的结构损伤;建模时必须建立整个海洋平台模型,以充分体现平台结构的整体性能。     

脉冲电磁场对草酸钴粉末表面分维的影响

以氯化钴为原料,草酸铵为沉淀剂,在脉冲电磁场作用下,采用常规沉淀方法成功地制备了形貌不同的草酸钴粉体,SEM照片和颗粒表面3D视图分析显示草酸钴团聚体颗粒具有分形结构特征。采用差分盒维法计算了团聚体颗粒表面的分形维数,并采用分形维数和轴向比对草酸钴粉末颗粒的形貌进行了表征。结果表明,施加脉冲电磁场条件下制备的草酸钴粉末颗粒的表面分形维数在1.986~2.096之间;脉冲电磁场的作用使草酸钴分维D值增大,颗粒分形形态由开放型转变为紧密型。     

半敞开式隧道火灾试验

为了研究顶部开口半敞开式隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,设计并实施了隧道火灾全尺寸实体试验,得到了温度随时间的变化数据,温度随着离开火源距离的变化数据,烟气纵向蔓延和沉降数据.用Matlab软件编程对上述数据进行统计和分析,得到了距离火源不同位置处温度随时间的变化规律、顶棚射流最高温度随着离开火源距离和纵向变化规律、安全高度处烟气温度随着离开火源距离的纵向变化规律以及烟气纵向蔓延规律和沉降规律.在对实验数据进行理论分析的基础上,评价半敞开式隧道在自然通风方式下火灾排烟的安全性并提出相应的对策措施,为未来的隧道建设采用半敞开式自然通风模式提供科学指导.     

柔性动边界梁在横向撞击下的动力响应

研究特定约束条件下梁受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力—嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比增加一个变形阶段. 受横向撞击的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特征,也就是具有柔性动边界.建立了具有动边界梁的力学模型,综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况.根据撞击局部区域的接触力一嵌入深度关系式,利用拉格朗日方法建立了横向撞击下柔性动边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同撞击条件下撞击力、横向位移的对比分析,说明了柔性支承对结构动力响应的影响.结果表明,低速撞击条件下,柔性支承对撞击力的影响较小,但对结构位移响应的影响较显著,并且弹性支承会使梁受撞击后的变形过程与简支梁相比 加一个     

多层板架结构在2次攻击下的动态响应分析

为研究多次爆炸作用下舰船舷侧多层防护结构的破坏变形情况,借助于大型有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA对该结构在2发武器攻击下的动态响应进行模拟,分别分析了炸药相对加强筋位置不同的3种模型,在武器同时攻击和先后攻击下的破坏情况,描述了钢板的破口大小、最大位移、有效应力以及塑性区的范围等动态参数。对2种攻击情况进行了分析比较,结果表明,破损结构在遭受第2发武器攻击时产生的破坏更大,因此,2发武器先后攻击更为理想。     

高温后结构钢力学性能试验

为了研究结构钢高温后材料力学性能变化规律,对Q 235结构钢加热至不同高温,再经不同方式冷却后进行了力学性能试验。试验表明:结构钢经不同高温冷却后,有显著热变色反映;高温后的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等力学性能变化程度主要与曾经历的最高温度和冷却方式有关。根据试验结果,编制了高温后钢材热变色图谱,提出了高温后结构钢的屈服强度、抗拉强度计算公式,对高温后弹性模量的取值提出了建议。研究成果可供火灾后钢结构损伤评估和加固分析时参考。     

均布荷载作用下碳纤维布加固预应力空心板延性分析

为了研究碳纤维布加固后预应力空心板延性的变化,进行了7块碳纤维布加固预应力空心板试件在均布荷载作用下的试验,分析了碳纤维布粘贴量和粘贴方式对延性的影响,提出了碳纤维布加固预应力空心板曲率延性系数计算方法。试验结果表明,碳纤维布粘贴量和粘贴方式对位移延性系数影响明显,随着碳纤维布粘贴量的增加,试件位移延性系数减小,单层双幅粘贴方式下,延性系数最大。曲率延性系数计算值与位移延性系数之比在0.82左右,所提出的曲率延性系数计算方法是偏于安全的,具有较高的计算精度。     

掺入轮胎橡胶颗粒对砂土剪切性状的影响

为有效提高砂土填料的抗剪强度并降低其重度,利用废弃轮胎橡胶颗粒的良好表面摩擦性与低重度特性,将其掺入到砂土填料,形成加筋机制,通过直剪和三轴压缩试验,研究多种掺入比与不同围压条件下砂土剪切性状,对应力-应变特征进行模拟,并提出模型参数.根据实验结果,峰值剪切强度随橡胶颗粒掺入量增加而减小,峰值偏应力或峰值应力比在300～400 kPa围压下随橡胶掺入量增加而减小,在100～200 kPa围压下,基本不变,砂土泊松比受橡胶颗粒掺入量影响,并随主应力发生"弯转".围压小于200 kPa,掺入10%～20%的轮胎橡胶颗粒可提高砂土的抗剪强度,并降低材料重度,砂胶混合材料应力-应变关系可用Duncan-Chang模型模拟.     

爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应及破坏形态分析

在冲击、爆炸荷载作用下结构底层柱的破坏可能导致结构的连续倒塌.利用LSDYNA对爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应进行了数值模拟.建立了三维实体钢筋混凝土柱模型,爆炸荷载施加在柱子的前表面.钢筋采用塑性硬化模型.混凝土材料采用脆性损伤模型,考虑了损伤及应变率效应.分别对矩形截面、方形截面的柱子在不同折合距离时的侧向位移和失效情况进行了分析.从结果可以看出,在配筋率相似的情况下,截面面积对柱子的动态响应具有显著的影响.当折合距离约为2.0时,爆炸荷载对两种截面钢筋混凝土柱的影响均可以忽略不计.     

梁桥非线性随机地震响应的概率特性

为了分析随机地震作用下桥梁结构非线性响应的概率特性,采用Monte-Carlo数值模拟的方法,并利用弹塑性纤维梁柱单元模型模拟梁单元的非线性行为,对连续梁桥在不同地震峰值加速度作用下的非线性位移及内力时程响应进行了研究.得到了:墩顶位移非线性包络响应服从对数正态分布;桥墩轴力非线性包络响应的概率分布介于对数正态分布和极值I型分布之间;墩底剪力和弯矩非线性包络响应近似服从正态分布;墩底曲率非线性包络反应服从对数正态分布.研究表明:在相同场地条件下,地震峰值加速度的变化不影响结构非线性响应的分布类型,但对非线性响应的变异性影响较大.