岩石的非定常Burgers模型

建立一个与时间、应力状态有关的非线性黏滞体,该黏滞体可以描述岩石的非线性黏弹性流变特征;将该非线性黏滞体替换Burgers模型中的线性黏滞体,得到修正Burgers模型,该模型也称为非定常Burgers模型。对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩进行双轴压缩蠕变试验,将定常Burgers模型和非定常Burgers模型对蠕变试验曲线进行拟合对比分析。研究结果表明:采用非定常Burgers拟合时,拟合曲线与试验曲线基本吻合,残差平方和比采用定常Burgers模型时的小,且相关系数也有明显提高,因此,非定常Burgers模型更适用于描述硬岩的黏弹性蠕变特征。     

基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟

为了全面研究高填方地基的工后沉降规律,通过一维固结蠕变试验,研究了黄土的蠕变效应,分析了含水量及压实度对黄土蠕变的影响。选取不同的模型来拟合黄土的应变与时间关系;并且运用FLAC 3D计算了黄土高填方的沉降变形。结果表明:初始荷载越大,黄土蠕变稳定的时间越长; Burgers模型能很好地反映试验曲线各级荷载的变形和时间的关系,适合作为压实黄土土体蠕变变形的模型;高填方的沉降稳定期约为3～4年,工后沉降主要集中在填筑完成后的1年;而且填筑体高度越大,工后沉降稳定期越长。     

基于黄土蠕变试验的高填方地基沉降的数值模拟研究

为了全面研究高填方地基的工后沉降规律,本文通过一维固结蠕变试验,研究了黄土的蠕变效应,分析了含水量及压实度对黄土蠕变的影响,选取不同的模型来拟合黄土的应变与时间关系,并且运用FLAC 3D计算了黄土高填方的沉降变形。结果表明：初始荷载越大,黄土蠕变稳定的时间越长;Burgers模型能很好地反映试验曲线各级荷载的变形和时间的关系,适合作为压实黄土土体蠕变变形的模型;高填方的沉降稳定期约为3~4年,工后沉降主要集中在填筑完成后的1年,而且填筑体高度越大,工后沉降稳定期越长。     

基于颗粒流程序的非定常西原体模型

为实现岩石试样蠕变全过程的准确模拟,并从细观角度探究蠕变过程中微裂隙的发生和发展规律,在二维颗粒流程序(PFC2D)中开发出具有黏弹塑性特征的西原体流变接触本构模型,进一步提出包含两种非定常元件的非定常西原体模型,推导了模型本构关系和蠕变方程.在PFC2D中调用自定义西原体流变模型,通过参数调试,获得与真实试样具有相同强度特性的数值试样.以室内单轴压缩蠕变试验数据为基础,在Matlab中对模型非定常参数进行拟合反演分析.在此基础上,进行单轴压缩蠕变试验的模拟,计算过程中分别采用定常和非定常两种模型,并对微裂隙进行监测.对比分析结果表明:定常模型仅适用于衰减和稳定蠕变阶段;非定常模型也可用于描述加速蠕变阶段,从而准确模拟蠕变全过程;加速蠕变阶段主要是由微裂隙的加速发展而产生,加速蠕变将导致试样剪切破坏.     

高应力下重塑黄土蠕变特性试验

以延安地区黄土高填方填筑体为研究对象,进行了控制含水率和压实度的高压固结蠕变试验。分析了初始含水率、压实度、固结压力等因素对重塑黄土蠕变特性的影响。使用对数函数对试验结果进行拟合,得到了适合描述延安地区黄土高填方填筑体工后沉降的蠕变模型。试验结果表明:减小初始含水率或增大压实度,能在一定程度上降低土体的蠕变量,从而更好地控制高填方工程的工后沉降。固结压力越大,试样达到稳定所需的时间越长,最大固结压力(2 400 kPa)时,蠕变稳定时间是低固结压力(100 kPa)时蠕变稳定时间的4倍左右。该本构模型能够较好地反映出延安地区黄土高填方填筑体的蠕变特性。     

洞桩法导洞开挖方案分析与优化

为了研究开挖方案对地表变形的影响,以北京17号线东大桥地铁车站为例,根据Peck公式采用地表沉降量和沉降槽宽度表征地表变形,采用Midas结合正交设计和回归分析研究采用对称开挖施工时,开挖顺序和开挖错距与地表变形的函数关系,最终得到最优开挖方案。结果表明：先开挖上层后开挖下层,先开挖边导洞后开挖中导洞时,沉降槽宽度最小;先开挖上层后开挖下层,上层采用先中后边,下层采用先边后中的开挖顺序时,地表最大沉降量最小。层间开挖顺序对地表最大沉降量的影响较为显著,上层开挖顺序是沉降槽宽度的主要影响因素。采用沉降槽宽度最小的开挖顺序,综合得出开挖错距与地表变形的函数关系;同时对沉降槽宽度进行优化,得到层间、上层、下层开挖错距依次为4、20、20 m。     

交通荷载作用下高填方路堤的工后蠕变模型探析

针对交通荷载长期作用下高填方路堤的工后蠕变沉降问题,基于车辆交通荷载的特性分析,将路堤填筑体上产生的应力考虑成动静组合应力,建立了填筑体动静组合荷载下的Kelvin体蠕变方程,并将荷载参数对计算模型的影响进行了分析,结果表明:组合荷载下填筑体的蠕变与静载条件下蠕变有相同的时间变化趋势,与相同静载(与组合荷载最大应力相等...     

砂井地基固结过程的监测与分析

采用沉降板、分层沉降仪、孔隙水压力计等仪器,对路基分层填筑过程中砂井地基的固结规律进行监测,保证了路基的安全填筑.将非线性弹性本构关系引入Biot固结理论有限元程序,把砂井地基等效为砂墙,采用中点增量法研究施工过程中地基沉降与孔隙水压力消散的规律,其计算参数由室内三轴试验确定.研究结果表明:采用非线性弹性模型计算的孔隙水压力峰值和沉降量均大于弹性模型计算值,能模拟在分级加载过程中砂井地基的沉降和孔隙水压力消散的规律;泊松比对非线性模型的孔压变化趋势影响不大,但沉降量随泊松比的增大而减小;只有当渗透系数发生数量级改变时,才引起孔压的明显变化.     

土工格栅对在役桩承式路堤蠕变的影响

为了研究土工格栅在黄土地区对在役路堤蠕变变形机制的影响,利用FLAC3D软件及内嵌的FISH语言,对长治至安阳高速公路长平(长治-平顺)路桥过渡段进行一比一数值模拟分析。通过对实测值与模拟值的对比,验证了所建模型的正确性,从而确保了模拟工后蠕变的准确性。通过格栅上部桩土应力比的与格栅下部桩土应力比的比值来分析格栅在工后蠕变中荷载传递的变化机制,通过横向差异变形率来探究格栅对减小因蠕变引起的不均匀沉降的作用。研究表明:格栅、土拱在路堤填筑过程中和工后蠕变间断二者传递荷载的大小处于动态平衡中,虽然填筑过程中,土拱效应远大于张拉膜效应,但随着工后蠕变,张拉膜效应发挥的作用逐渐增大,二者的作用效果差距逐渐缩小,直至达到新的平衡;土工格栅对减小路堤工后蠕变和减小路堤工后不均匀沉降有不可替代的贡献。     

土工格栅对在役桩承式路堤蠕变影响的研究

为了研究土工格栅在黄土地区对在役路堤蠕变变形机制的影响,利用 FLAC3D 软件及内嵌的FISH语言,对长治至安阳高速公路长平（长治—平顺）路桥过度段进行一比一数值模拟分析。通过对比实测值与模拟值,验证了模型的正确性,从而确保了模拟工后蠕变的准确性。本文通过格栅上部桩土应力比与格栅下部桩土应力比比值来分析张拉膜效应在工后蠕变中荷载传递能力的大小,通过横向差异变形率来探究格栅对减小路堤不均匀沉降的作用。研究表明：张拉膜效应和土工效应在路堤填筑过程中和工后蠕变间断二者传递荷载的特性处于动态平衡中,虽然填筑过程中,土拱效应远大于张拉膜效应,但随着工后蠕变,张拉膜效应发挥的作用逐渐增大,二者的差距逐渐缩小,直至达到新的平衡;土工格栅对减小路堤沉降和减小路堤不均匀沉降有不可替代的贡献。     

考虑蠕变特性的软土路堤沉降有限元分析

高速公路软土地基的工后沉降很大部分来自软土的次固结沉降,因此采用有限元计算工后沉降有必要考虑软土的蠕变特性。利用Plaxis软件对揭普高速某断面软土地基路堤填土施工进行数值模拟,通过等效渗透系数将砂井地基简化为天然地基进行计算,考虑软土蠕变特性,采用软土蠕变(SSC)模型,结合B iot固结有限元,计算施工期沉降和工后沉降,得到与实际较相符的结果。     

真空负压源深度对吹填土地基固结沉降的影响

为研究真空负压源深度对吹填土预压处理效果的影响,开展真空负压源分别位于深部的下位抽真空和位于表层的上位抽真空预压加固室内试验。根据固结过程中土体分层沉降量、排水量、不同深度处真空度监测结果,对不同真空负压源深度的固结土层真空度传递效率、固结沉降特点等进行分析。结果表明:当负压源位于加固土体深部时,可有效提高真空度传递效率,缩短下层土体排水路径并改变中层土体渗流方向,同时上层固结土体可保持较高真空负压;深部土体可得到有效加固且土层固结沉降将更为均匀,真空预压加固方法的有效加固深度得到较大幅度的增加并可一定程度上控制加固土体的工后沉降。     

山区高填方路堤沉降监测及数值分析

依托厦沙高速某段高达63.38 m的填方路堤,使用分层沉降仪监测填方路堤的工后沉降,分析其沉降规律。监测结果显示,工后240 d高路堤总沉降量处于0.151-0.191 m之间。使用有限元软件ANSYS计算高路堤的沉降量,得到工后240 d总沉降值为0.232 m,与监测值接近。数值计算结果所显示的分层沉降规律和监测结果也较为一致。并且计算了不同压实度下路堤工后沉降量,为填方路堤工后沉降计算和控制提供了有益的借鉴。     

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析——以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC~(3D)(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。     

考虑时间效应的高回填场地不同桩顶荷载基桩受力特性分析

由于基桩在高回填场地的应用不可或缺,考虑在其使用过程中高回填土的蠕变特性对基桩力学特性的影响,利用有限差分软件FLAC3D,并考虑时间效应,对填土厚度为10m,桩径为1m,嵌岩深度为3m的基桩进行桩顶荷载分别为0、0.5MPa、1Mpa、2Mpa、3Mpa和5Mpa的数值模拟分析,得到不同桩顶荷载作用下基桩的受力和变形特征。研究结果表明：桩周填土沉降随时间呈现先加速增加后逐渐趋于平衡的趋势,不同桩顶荷载作用下桩顶位移随时间的变化速率滞后于桩周填土的沉降变形速率;在桩周填土蠕变初期,桩身最大内力加速发展,而桩端阻力在此段时期的增长并没有出现加速增长;随着填土蠕变进入中后期,桩端阻力加速发展,桩侧摩阻力向桩端阻力转移;待桩周填土蠕变稳定后,桩身最大轴力与桩顶荷载呈现正相关,但是桩身轴力附加值随桩顶荷载的增加而减小;增加桩顶荷载桩,桩端阻力及其附加值也随之增大。该研究可为高填土场地桩基的设计施工提供参考。     

持续暴雨作用下排土场层状碎石土边坡稳定性

为了研究排土场层状碎石土边坡在持续暴雨条件下的入渗过程及稳定性,推导了土体天然含水率、天然重度与天然体积含水量的换算公式,作为快速确定边坡土体初始基质吸力分布的依据。建立算例排土场有限元分析模型,进行降雨条件下饱和-非饱和渗流、孔压-应力耦合以及边坡稳定分析。结果表明：持续暴雨作用下排土场会在透水性最强的边坡浅层形成集中渗流通道,当坡底存在弱透水性土层时会切断渗流通道,导致雨水从坡脚涌出;排土场边坡位移在降雨期间不断增长,但增长速度越来越慢,雨后边坡位移立即开始减小;降雨初期边坡稳定性系数下降较快,边坡浅层渗流稳定后基本保持不变,雨后缓慢增大。排土场层状碎石土边坡在持续暴雨作用下容易在降雨中后期失稳。     

蒸汽-兰炭传热及余热回收特性

为了提高兰炭余热回收效率,建立了蒸汽-兰炭三维非稳态传热模型,对单颗粒传热机理进行了分析,并研究了兰炭粒径、料层厚度和蒸汽流量对蒸汽-兰炭传热及余热回收特性的影响。通过搭建蒸汽-兰炭换热实验台对所建传热模型进行验证,计算结果与实验结果具有良好的一致性。结果表明:对于单颗粒传热,中层颗粒和顶层颗粒热流量均是随着换热时间先增加后减小,具有相似的变化规律,而底层颗粒热流量的变化规律不同于中层颗粒和顶层颗粒热流量的变化规律,底层颗粒热流量是随着换热时间逐渐减小最后趋于0。蒸汽-兰炭换热初期热交换剧烈,料床整体平均温度下降较快,热回收量显著增加。热回收量随着兰炭粒径的增大逐渐减小,随着料层厚度的增加几乎呈线性增加,随着蒸汽流量的增大先逐渐增大后趋于稳定,在保证余热回收量最大的情况下蒸汽的最佳流量为9.0 kg/h。     

污水移动床连续过滤过程的数值模拟研究

通过建立数学模型对污水固定床和移动床过滤过程运行特性进行了模拟分析，该模型包括滤料和污水质量衡算方程、滤层过滤动力学方程和滤层压降计算方程。对固定床过滤过程的模拟结果表明，在一个过滤周期内随时间增加，污水过滤的负荷由顶部向底部滤层逐渐转移，滤出水的水质逐渐变差，同时滤层的总压降逐渐增加，经过足够长的过滤时间后，整个滤层将达到饱和状态从而过滤失效。对移动床过滤过程的模拟结果表明，在移动床过滤期间，滤料由上到下得到逐渐更新，滤层过滤能力得到恢复，滤出水的水质变好，滤层的总压降减小。     

污水移动床连续过滤过程的数值模拟研究

通过建立数学模型对污水固定床和移动床过滤过程运行特性进行了模拟分析,该模型包括滤料和污水质量衡算方程、滤层过滤动力学方程和滤层压降计算方程。对固定床过滤过程的模拟结果表明,在一个过滤周期内随时间增加,污水过滤的负荷由顶部向底部滤层逐渐转移,滤出水的水质逐渐变差,同时滤层的总压降逐渐增加,经过足够长的过滤时间后,整个滤层将达到饱和状态从而过滤失效。对移动床过滤过程的模拟结果表明,在移动床过滤期间,滤料由上到下得到逐渐更新,滤层过滤能力得到恢复,滤出水的水质变好,滤层的总压降减小。