粗粒土剪胀特性研究现状与趋势

从粗粒土剪胀性的影响因素、剪胀机理、剪胀方程与本构模型等几个方面的研究进展进行了总结,并就其中存在的问题进行了探讨,指出了今后的研究方向：研究粗粒土临界状态存在性、定量描述;在考虑颗粒破碎等因素对粗粒土剪胀性影响的基础上,深入研究粗粒土剪胀性的状态相关性质,确定合理的状态参量,建立适用于粗粒土的剪胀方程;基于粗粒土剪胀方程,建立有效可靠的粗粒土本构模型．     

路用红砂岩粗粒土的流变特性试验研究

为了研究红砂岩粗粒土高速公路路堤填料的流变工程性质,利用大型三轴流变试验仪对路用的90区和93区红砂岩粗粒土进行低应力状态(σ3=100,200和300 kPa)的三轴流变试验,研究红砂岩粗粒土在低应力下的流变规律以及应力状态对体积流变分量和剪切流变分量的影响。引入Morgan-Mercer-Florin核函数,建立描述红砂岩粗粒土的体积流变分量-时间的关系和剪切流变分量-时间关系模型,提出红砂岩粗粒土最终体积流变量和最终剪切流变量公式。最后,建立一个基于Morgan-Mercer-Florin函数新的红砂岩粗粒土流变本构模型,确定压实度为90％和93％的红砂岩粗粒土的流变模型参数,并将Morgan-Mercer-Florin模型嵌入椭圆-抛物线双屈服面弹塑性本构模型,用于描述红砂岩粗粒土的粘弹塑性性质。流变试验结果表明:球应力(p)对最终体积流变分量影响很大,应力水平(S)对最终剪切流变分量影响显著,最终体积流变量和最终剪切流变分量可以分别用p和S表示。     

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.     

基于细观理论的粗粒土剪胀性及本构模型

基于能量守恒原理和Rowe提出的最小能比原理从细观角度建立了考虑颗粒破碎的剪胀方程,并对不同围压下颗粒破碎耗能因子在试验过程中的变化趋势进行了归一化.为了验证该剪胀方程的正确性,引入修正硬化准则,建立了相应的弹塑性本构模型,然后将该模型用于2种不同形状粗粒土室内大三轴试验的数值模拟,对比分析表明,该模型能够较好地描述粗粒土的剪胀特性和应力应变关系.     

粗粒料颗粒破碎特性研究述评

从颗粒破碎的度量指标、影响因素、对土体强度特性的影响和本构模型4方面对粗粒料在高应力条件下的颗粒破碎特性研究进展进行评述,并就其中存在的问题进行探讨,指出今后的研究方向:分形理论在颗粒破碎度量中的应用;初始应力状态对颗粒破碎率的影响;土体结构性对颗粒破碎的影响;土体尺寸效应对颗粒破碎的影响;考虑微观力学机理的颗粒破碎本构模型。     

岩石力学本构模型的研究现状及其进展

在讨论岩石力学本构模型的发展理论基础上，重点分析了各类模型的发展情况和存在的缺陷及损伤力学在岩石力学理论中的作用，最后指出了岩石力学本构模型的发展趋势。     

基于Hardin骨架曲线的粗粒土非线性动本构模型

为研究高速铁路路基粗粒土填料在列车荷载作用下的动力特性,使用大型动三轴实验仪对粗粒土填料开展了动力变形特性试验研究。以Hardin-Drnevich骨架曲线为基础,采用Masing准则构造了粗粒土加载、卸载的动应力动应变关系滞回曲线;推导了粗粒土的Hardin-Drnevich骨架曲线和加载、卸载滞回曲线上增量剪切模量表达式。利用ABAQUS软件的UMAT子程序编制了基于Hardin-Drnevich骨架曲线和广义Masing准则的粗粒土非线性动本构模型子程序。通过与三轴试验结果比较,验证所建立粗粒土非线性动本构模型的正确性。将该本构模型应用到高速铁路路基动力响应分析中,模拟结果与模型试验数据吻合较好。相对于摩尔库伦本构模型,该本构模型能够更好地反映铁路路基动力响应特性。     

粗粒含量对砂卵石土宏细观力学特性影响分析

摘 要: 砂卵石土粗粒含量对基坑及隧道围岩等稳定性影响较大,然而不同粗粒含量砂卵石土宏细观力学特性尚不明确。采用室内大型粗粒土三轴试验与数值三轴试验相结合的方法,对不同粗粒含量砂卵石土宏观及细观力学特性开展研究。研究结果表明：随着粗粒含量增加,砂卵石土的应力应变曲线表现为应变软化性;围压不变时,砂卵石土随着粗粒含量增加,应力峰值增大而达到峰值时的应变逐渐减小;建立了砂卵石土粗粒含量与内摩擦角和粘聚力等力学指标之间函数关系,随着粗粒含量的增加,砂卵石土的内摩擦角与粘聚力呈线性增大;提出了不同粗粒含量砂卵石土的接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、接触粘结强度等颗粒离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层工程精细化设计及施工提供理论支撑。     

水土化学力学效应研究现状与展望

水溶液在入渗土体过程中会发生水土化学作用,进而影响土体力学性质,该作用在土质滑坡孕育阶段扮演重要角色,是诱发滑坡形成的关键因素。本文研究系统性地总结和梳理了水土化学作用对土体力学性质、微观结构影响,以及土体强度变化机理与力学模型等方面的研究现状。在近50年的研究历程中,水土化学作用力学效应研究不断深入,从力学性质影响规律的定性描述到初步建立水土化学力学效应模型,从细微观结构变化的唯象认识到土体强度变化机理性研究,但由于土体物质组成复杂,影响因素较多,现有研究成果还不足以指导土质滑坡的预报和防治工作。为进一步有效指导土质滑坡预报、预警和防治工作,根据现阶段研究状况,提出有必要就土体抗剪强度本构模型、水土化学作用下非饱和土体黏聚力变化定量模型、水土化学作用机理应用等深层次问题,持续展开深入细致的研究。     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

寒冷地区高校教室冬季室内热环境与热舒适性分析

以寒冷地区太原市某大学供暖季教室为研究对象,对教室室内外热环境进行现场实测,同时对室内人体热舒适情况进行主观问卷调查.研究结果表明:教室内实测热中性温度为25.21 ℃,80%满意度热舒适温度范围为19.64~30.78 ℃,而根据PMV(predicted mean vote)计算得到的室内热中性温度为21.07 ℃,80%满意度热舒适温度范围为16.61~25.53 ℃.说明PMV模型预测的热感觉与实测热感觉之间存在一定偏差,而验证Griffiths模型可以准确预测该地区教室内热舒适温度,预测值为24.69 ℃.利用最小二乘法优化PMV-PPD(predicted percent dissatisfied)模型,建立适应性PMV修正方程,最终提出适用于寒冷地区高校教室冬季热环境评价数学模型.     

寒冷地区复合自保温砌块墙体热湿耦合迁移特性研究

为了研究自保温砌块墙体的热湿耦合传递规律,将当前主流构造型式的复合自保温砌块墙体与同等厚度的外保温墙体进行对比。以寒冷地区保定市为例,通过数值软件进行模拟计算,分析自然环境下墙体内部的热湿耦合传递过程。模拟结果表明:自保温砌块墙体的保温隔热效果优于外保温墙体。在夏季工况下,墙体湿风险较低,不存在霉菌滋生与冷凝风险。在冬季工况下,自保温砌块墙体内部湿风险均高于外保温墙体。填芯自保温砌块墙体、夹芯自保温砌块墙体、外保温墙体内部相对湿度最大值分别为73.9%、92.1%、68.6%。其中,夹芯自保温砌块由于空腔的存在降低了墙体的传湿阻力,相对湿度超过80%,湿积累明显且霉变风险较大,使得墙体长期使用稳定性与保温性能受到影响。因此,填芯自保温砌块具有更好的适用性,有利于减小建筑热湿负荷,降低建筑能耗水平。     

寒区隧道衬砌结构冻胀破坏规律研究

冻胀力是造成寒区隧道冻害时常发生的主要原因。通过对寒区隧道衬砌结构冻胀力产生机理进行研究,认为冻胀力是围岩整体冻胀和局部冻胀共同作用的结果,并采用弹性力学计算方法推导了冻胀力的计算公式。利用有限元分析软件TRAS研究了青沙山隧道衬砌结构冻胀破坏规律及防治措施,研究发现:拱顶和拱脚处衬砌结构安全系数较低,容易发生冻胀破坏;增加衬砌厚度来预防冻胀力效果不明显,建议采用钢筋混凝土结构。     

冷芯复合钢锭组织及力学性能的实验研究

冷芯铸造技术是一种以固-液复合方式生产钢锭的铸造技术。本研究采用热物态模拟法制备冷芯钢锭,并利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)等表征手段,分别观察了冷芯钢锭复合界面、芯材和外材的宏观及微观结构组织,并利用真空电火花仪、夏比冲击试验机和洛氏硬度仪检测了冷芯钢锭的碳元素含量分布及其力学性能。实验结果表明:冷芯钢锭结构自内而外分别为芯材组织层、扩散层、激冷凝固层、方向性生长层、正常凝固层及等轴细晶粒层;芯材与外材结合效果良好,结合界面平整、无孔洞或夹杂物等缺陷;冷芯钢锭各位置的冲击韧性大小关系为:芯材结合处外材;各位置碳含量分布与洛氏硬度值分布曲线相吻合。     

Ti-Nb合金在冷变形中的微观组织和力学性能研究

研究采用钨极电弧炉熔炼Ti-35Nb-2Ta-3Zr β钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等试验设备,分析不同拉伸变形率下合金的微观组织结构和相转变规律.运用双辊轧机制备不同冷变形率下的合金,并进行室温拉伸等力学试验.试验结果表明：随着拉伸变形率的增加,合金会发生β→α″相转变,且合金中α″马氏体逐渐增多,增多到一定程度后保持稳定,α″马氏体的微观形貌由针状转变为粗大的片体;经过冷变形加工后,合金表现出良好的强度和塑性.     

芒硝力学特性及其本构模型

为了解芒硝的力学特性,在MTS815岩石伺服试验机上对其进行了力学试验,包括单轴压缩试验和等围压三轴压缩试验,并对其强度和变形特征进行了分析。分析表明,芒硝在单轴压缩下表现应变软化特性,且强度很低,属于软岩的范畴;当围压在5 MPa以上时,芒硝表现明显的应变硬化特征。根据芒硝变形特性,提出了以岩石塑性应变作为微元统计分布变量,同时引入一个能够反映岩石破坏部分承载力的比例系数,建立了能够反映岩石应变硬化特征的损伤统计本构模型,并用试验资料对其进行了验证。结果表明,该模型能够较好地反映芒硝岩样的破坏全过程,且在单轴压缩下,芒硝微元破坏部分承受的力很小,可以忽略;而在高围压作用下,微元破坏部分承受的力比较大,不能忽略。     

高寒地区深厚覆雪钢波纹板棚洞减载优化设计

为解决隧道入口覆雪钢波纹板棚洞在深厚积雪荷载作用下变形过大的问题,本文以新疆某隧道为工程依托,提出了制造两侧冰柱、制造上侧冰拱、冰柱冰拱耦合、冰柱冰拱EPS板耦合四种减载优化设计方案,并使用有限元软件ABAQUS分析四种方案的受力变形情况及可行性。结果表明：四种减载优化设计方案均极大地降低了钢棚洞的应力和变形,结构应力和变形满足设计规范允许值;马斯顿的“等沉面”土压力理论可以应用于堆积雪体中,增大内外雪柱沉降差,降低结构所受竖直压力;柔性填料EPS板在高覆雪工况中有一定的减载效果,但并没有在高填方土体中效果显著,在高覆雪工况中减载优先推荐加密钢波纹板棚洞周围雪体来达到减载的效果。     

Volume change behavior of unsaturated soils under non-isothermal conditions

With the development of modern geotechnical engineering practices such as the construction of high level radioactive waste repositories, exploitation and utilization of geothermal resources, energy-saving buildings and underground storage of CO 2 , research into the influence of temperature on the basic mechanical properties of unsaturated soils has become an important issue internationally. By using the work expression and considering the influence of temperature on the basic properties of unsaturated soils, the average soil skeleton stress, modified suction and temperature were selected as state variables of generalized forces in thermodynamics and the soil skeleton strain, saturation and entropy were chosen as state variables of generalized flows conjugate to the variables of generalized forces. Based on the nonlinear multi-field coupled model and by using existing experimental results, an elastic-plastic constitutive model of unsaturated soils under non-isothermal conditions was developed to analyze the influence of temperature on the deformation properties of unsaturated soils. The model was used to predict and analyze the influence of suction and temperature on the deformation properties of unsaturated soils under isotropic conditions, and was successfully verified using experimental results.