充填土袋受力和变形特性离心模型试验研究

利用疏浚土及吹填泥作为充填料的土工织物充填袋筑堤技术得到极大关注.针对连云港疏浚土,采用土工离心模型试验技术,研究黏粒含量对充填土袋受力和变形的影响以及充填袋水平排水效果.试验结果表明,充填土袋沉降主要发生在施工期,竣工后沉降变化很小,施工期充填土的孔隙水压力和充填袋的应变明显增大,竣工期达到最大,随后缓慢减小,不排水强度随深度增大.沉降和孔隙水压力随粘粒含量的增加而增大,不排水强度随粘粒含量的增加而减小.充填袋水平排水效果达10%~15%,充填土袋筑堤,充填土的黏粒含量应小于20%.     

充泥过程中土工织物管袋的受力和变形分析

为充分认识大型土工织物充泥管袋受力和变形的时变特性,并为管袋设计提供计算依据,采用无量纲化的方法,推求土工织物管袋在充泥过程中,从管袋顶部压力为零(即自由充填)到大于零(即通过泵压充填阶段)的拉力、变形形状以及充填高度随时间变化过程的解答。结果表明:当采用密度为ρ的泥浆充填横截面周长为L的管袋时,从自由充填到泵压充填的临界充填高度为0.1L,单位长度充填体积为0.04L2,对应的管袋拉力为0.002 5ρg L2;管袋在达到临界充填高度后,需要持续增加泵压才能使其继续充填,所需泵压与管袋拉力均随充填高度呈非线性快速增长。     

土工织物充填管状袋固结过程的有限元分析

用土工织物充灌袋堆积成围埝已经在围海造田中得到了广泛应用。土工编织袋用砂、粉土或者其他渗透性较大的土搅拌成泥浆来充填。在高含水的土工材料的使用问题中,脱水是非常重要的一步。由于这些土工材料具有较低的剪切强度,因此对它们的使用需要等到脱水程序完成。对于袋体在固结过程发生的变形研究,国外已有的计算方法认为:袋体高度的下降仅仅是由于袋体体积减小引起的,没有考虑孔隙水的排出。因此,这些解答只能用于对简单问题的研究。利用ABAQUS有限元软件,考虑孔隙水的排出,使用流固耦合分析步进行土工织物充灌袋的固结计算,求得固结完成后高度的下降值和充填物孔隙水压力的分布。这些结论可以用于后续土工织物充灌袋的堆积问题的研究。     

充填体应力分布理论分析及数值模拟对比研究

考虑充填采场上下盘倾角不等,以及围岩与充填体交界面处由于剪切摩擦作用力会发生主应力方向的偏转,在土力学理论的基础上,引入考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数;同时考虑水平微分单元体的受力平衡,推导得出了充填体中的竖向应力解析表达式.研究表明:考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数随采场高度发生变化;当充填采场下盘倾角相同时,上盘倾角越大,由围岩与充填体交界面处摩擦力引起的主应力方向偏转程度越小,成拱效应越不显著;充填体与围岩交界面处的摩擦角对充填体内部的成拱效应影响较大,而充填体的内聚力对成拱效应影响相对较小.     

土工袋单元体循环剪切特性试验

采用室内大型剪切系统通过变剪切应变幅值条件下土工袋单元体系列循环剪切试验,研究了土工袋单元体的袋内材料填充率、竖向应力、剪切应变幅值等因素对其动力特性的影响.结果表明:在竖向应力为80 kPa时,袋内材料填充率越大土工袋减振效果越好,综合考虑施工效率等因素,建议采用90％作为土工袋单元体的最优填充率;竖向应力越大土工袋...     

考虑外部接触面摩擦的堆叠土工管袋的力学分析

针对刚性水平地基上3个对称堆叠的充水、充泥或充浆管袋,分别在两底袋接触和分离这2种堆放方式下,考虑管袋与管袋、管袋与地基之间接触面的摩擦作用,推求管袋拉力、摩擦力和几何形状的解析解答,分析充填压力和底袋的堆放距离对管袋受力的影响,并探讨管袋堆叠的稳定性问题。研究结果表明:底袋的堆放距离固定时,存在临界充填压力,使得管袋与管袋、地基之间动用的摩擦力较小;管袋的充填压力固定时,底袋的堆放存在临界距离,使得管袋的拉力和摩擦力均达到最小值,对应于最稳定的堆叠结构。     

竖向荷载下土工袋的有限元数值模拟

利用有限元数值模拟方法,研究土工袋在竖向荷载下的变形、孔隙水压力、应力及袋子张力。土工袋由土体和编织袋2种材料组成,土体采用修正剑桥本构模型,编织袋采用改进的两节点张拉杆单元模拟。计算结果表明,竖向荷载下土工袋的最大水平位移和竖向位移分别发生在土工袋两侧边缘和土工袋表层,孔隙水压力随加载时间先增长后消散,同时,袋子的平均张力与荷载呈近似线性关系。     

软土地基上模袋砂围堤稳定性分析

模袋砂围堤存在模袋与模袋之间及砂与模袋之间的摩擦,并具有模袋横纵向拉力相异的特点,为此,在三维有限元方法和试验结果的基础上,对模袋砂围堤的稳定性及其影响因素进行了仿真分析。研究结果表明:模袋砂围堤整体安全系数随着土工织物——模袋抗拉强度及袋内填充土体强度参数的增大显著增加;随着模袋充填厚度增大,围堰整体安全系数迅速降低并趋于稳定。     

尾砂级配的混沌优化

采用分形理论研究分级尾砂的级配.计算国内外大量矿山尾砂材料的分形参数,研究尾砂的分形级配与其胶结强度的关系.采用神经网络建立尾砂胶结强度与水泥质量分数、料浆浓度、尾砂颗粒分维数、孔隙分雏数及分维数相关率的知识库模型.研究结果表明,尾砂胶结强度与其分形级配相关;随着尾砂颗粒间孔隙分雏数减小,充填体强度增高;尾砂分雏数相关率越大,充填体强度越大.用所建立的神经网络知识库模型,利用Logistic迭代方程的混沌遍历特性,采用混沌优化方法研究使充填体达到最佳强度的选矿尾砂最优分级.根据采场脱水工艺,应用该方法,获得安庆铜矿选矿尾砂的最佳级配参数.工程应用结果显示,该方法年增加尾砂用量2.87万t,胶结充填体强度提高8%,为矿山年节约充填成本55.8万元.     

水驱油微观孔隙内流场分析

目前大多数油田进入高含水期,针对如何继续提高原油采收率这一问题,考虑了压力梯度、流道宽度、油膜高度、油水之间的界面张力、原油黏度等对流场内的速度分布、应力分布的影响。选用等温情况下广义牛顿流体本构方程,建立了水在微观孔隙空间流动的流动方程,运用Polyflow对模型进行数值计算。结果表明:压力梯度越大,油膜高度越大,油水之间界面张力越小时,驱油效率越高。     

袋装淤泥土土工袋的强度变形研究

土工袋可将高含水量的淤泥土装入编织袋封口而重新用于工程实践中,解决淤泥土难处理的问题.通过室内试验研究,验证土工袋可显著提高淤泥土的强度,其极限抗压强度达到普通混凝土的1/10左右.在压缩过程中,袋内土体的凝聚力有所降低,摩擦角有所增大,同时由于编织袋的滤水作用,淤泥土的含水率有所降低.通过沉降固结试验,得到了淤泥土土工袋的沉降过程曲线,并推得了淤泥土土工袋的累计沉降预测公式.     

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

土工袋一体化柔性挡墙结构的性能

土工袋体之间摩擦力不足是造成土工袋挡墙整体性较差的主要原因,现阶段增强土工袋挡墙整体性的研究较少。以传统土工袋挡墙为基础,通过对墙体结构形式进行改良,提出了一种土工袋一体化柔性挡墙结构。结合室内模型试验,研究了以砂土为填料的土工袋一体化柔性挡墙结构在竖向和水平荷载作用下的墙面位移、受拉装置的应力分布规律,并与传统土工袋挡墙和加筋土挡墙进行对比分析,探讨了该挡墙结构水平承载力机制及变形机理,并进行了稳定性分析。该柔性挡墙产生一体化效果并形成连续墙体,有效控制墙面变形,提高墙体抗变形能力,使其稳定性和水平承载力比传统土工袋挡墙高。     

袋装膨胀土强度变形特性及其碾压质量控制与检测

为研究袋装膨胀土的强度变形特性,开展了袋装膨胀土的无侧限抗压强度试验,分析了袋体加载过程中的应力应变关系演化规律,并验证了落锤式弯沉仪用于袋装膨胀土施工质量检测的可行性,探讨了小型平板振动碾的碾压时间和小型滚筒振动碾的碾压遍数对袋装膨胀土回弹模量的影响。试验结果表明:土工袋用于处理膨胀土渠道边坡时只需通过适当碾压消除应力应变关系曲线上初始变形模量“较低”的阶段即可;落锤式弯沉仪可用于袋装膨胀土的施工质量检测;建议膨胀土渠道边坡施工过程中采用小型滚筒振动碾对袋装膨胀土进行碾压,碾压遍数应不低于4遍。     

上埋式涵洞土压力影响因素分析

利用弹性理论对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力的计算方法进行了探讨，根据力的平衡条件和变形协调条件得到一个土压力计算公式，并由此分析填土内摩擦角、填土与地基的弹模比及涵洞的宽高比等因素对洞顶土压力的影响，所得的洞顶土压力系数在1．01—1．43之间连续变化。     

含泥量与含水率对三峡库区花岗岩风化砂细集料抗剪强度的影响

为了研究含泥量和含水率的变化对三峡库区花岗岩细集料强度特性的影响,通过控制含泥量和含水率的变化,采用四联式电动直剪仪在四个不同垂直应力下进行16组直剪试验。结果表明：花岗岩风化砂细集料抗剪强度随含水率和含泥量的增加表现为不同程度的减小;细集料的内摩擦角随含泥量的增大而减小,当含水率为15%时,含水率对内摩擦角不再具有明显的影响;而黏聚力随含泥量的增大而增加,随含水量的增大而减小。花岗岩风化砂细集料的内摩擦角 在20.9°～24.9°之间变化,黏聚力 值6.4 kPa ～21.3kPa之间变化。研究结果可为三峡库区地基或路基工程作参考。     

用能量方法计算滑动摩擦力的研究

根据独立振子模型的能量耗散机理,提出一个用能量方法计算弹性接触光滑界面滑动摩擦力和摩擦系数的方法,并根据计算结果研究摩擦力和摩擦系数与摩擦副各种参数之间的关系.通过研究指出两摩擦副界面原子失稳跳跃后在平衡位置附近相对摆动是机械能耗散的关键.研究表明随着接触峰高度的增加摩擦力和摩擦系数也增加,当超过某个临界值时,摩擦力和摩擦系数基本上不再增加,此时能量方法与Bowden黏附摩擦理论公式计算值相近.     

考虑转动阻抗对砂力学特性影响的离散元分析

基于离散元法进行一系列砂真三轴剪切模拟试验,探讨了颗粒间转动阻抗对砂宏细观力学特性的影响。分析了不同抗转动系数下砂的力学特性,并从细观角度解释了转动阻抗的影响机制。结果表明:随着抗转动系数的增加,偏应力峰值及其对应的峰值内摩擦角相应增加,同时应变软化现象逐渐加剧。在细观层面,从有效配位数、概率密度、颗粒间法向接触力和各向异性的角度分析转动阻抗的影响机理。研究进一步发现,转动阻抗抑制了砂颗粒之间的相对转动,导致砂颗粒之间的平均配位数降低;砂颗粒间强接触力概率密度及接触力大小均随着抗转动系数的增大而增大;通过三维直方图直观定性分析由不同转动阻抗对法向接触力以及应力诱发各向异性的影响,同时结合第二不变量表征组构张量和法向接触力张量的各向异性,发现各向异性系数均随着抗转动系数的增大而增大。     

基于能量法的填土地基单桩负摩阻力计算方法

深厚填土地基因土体固结沉降导致桩基产生负摩阻力,负摩阻力会造成桩身的沉降量过大和承载力降低。针对能较准确计算深厚填土场地基桩负摩阻力方法研究成果不足的问题,通过不同法向应力下的土–混凝土界面剪切试验讨论了桩侧摩阻力的发挥机理,并考虑桩侧摩阻力随深度的分布规律,提出结合双曲线模型和有效应力法的桩侧摩阻力分段计算模型。然后,基于桩–土体系的能量传递,建立负摩阻力条件下基桩的能量平衡方程,进而导出同时考虑桩–土相对位移和桩–土体系势能变化的桩身轴力和位移计算表达式。以某桩基现场试验项目进行计算,将理论计算结果与试验实测结果对比分析,结果表明：理论计算所得桩身轴力沿深度变化曲线与试验结果基本吻合,本方法能够较准确的分析深厚填土地基中基桩的力学特性。     

考虑颗粒级配影响的高聚物改良钙质砂抗剪强度特性试验研究

基于南海某岛礁典型回填工程面临的钙质砂问题,提出采用环保固化剂高聚物对钙质砂地基进行加固。制作不同级配、不同高聚物含量的固化钙质砂试样,开展一系列直剪试验和SEM微观结构试验,研究高聚物固化钙质砂的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角等参数随着高聚物掺量和颗粒级配变化的演变规律,以及高聚物改良钙质砂力学性能的微观机理。试验结果表明,随着高聚物掺量的增加,高聚物改良钙质砂的抗剪强度明显增大,试样的剪应力-位移曲线由硬化特征逐渐呈现为软化特征;高聚物主要通过影响钙质砂的粘聚力来改变其抗剪强度,对内摩擦角的影响十分有限;钙质砂中粗颗粒含量越多,其孔隙越大,高聚物改良钙质砂的反应越明显,对其强度的提升作用也越明显; 高聚物主要包裹在钙质砂颗粒表面或填充于颗粒之间,从而改变钙质砂材料原本的力学性质,使得土体的抗剪强度明显增长。