基于变形时间效应的高速铁路地基压缩层厚度计算方法

路堤荷载作用下地基变形是高速铁路路基沉降的主要来源,地基有时间效应的变形是引起高速铁路长期服役性能劣化的核心因素,掌握具有变形时间效应的地基土层区域是合理计算地基工后沉降、优化地基加固方案的技术关键.基于分形的无标度特性,确立塑性变形速率随时间的分形关系,揭示了地基土变形随荷载水平呈现快速稳定、长期稳定、长期破坏和快速破坏的四种演化状态类别,提出了表征变形速率变化快慢的土体变形状态"分维数判别法";开展了单元结构填土模型和三轴流变试验,获得了中低压缩性粉质黏土的变形状态荷载阈值及其与抗剪强度或极限承载力的比值;基于摩尔-库伦准则,采用强度折减方法,获得了地基土变形状态强度参数,结合地基土中应力,得到了由库伦强度理论表达的变形状态控制方程,明确了地基沿深度具有时间效应变形区域的深度即为基于变形时间效应的地基压缩层厚度.提出的"时间效应法"确定压缩层厚度为进一步完善高速铁路的地基沉降计算提供了理论依据和实验支撑.     

土的统一硬化函数的构造

弹塑性本构模型中的硬化函数在加载条件下应该与应力路径无关.本文基于两条正交的加载路径(即等平均正应力剪切和等向压缩)下的土的变形规律,构造了能够统一地描述剪缩和剪胀特性的硬化函数,称为统一硬化函数.然后根据格林公式和试验数据,分别从理论和试验的角度验证了统一硬化函数在加载条件下的应力路径无关性.最后通过与各种加载应力路径下黏土、砂土的应力应变关系的试验结果进行对比,进一步证明了统一硬化函数及其统一硬化本构模型的合理性.     

基于Hvorslev面的超固结土本构模型

基于Hvorslev面、当前屈服面和参考屈服面之间的相互关系, 提出潜在强度的概念, 并将其与特征状态应力比一起引入到统一硬化参数中来建立超固结土的本构模型. 所提出的模型能够反映超固结土的硬化、软化、临界状态、剪缩和剪胀等应力应变特性以及应力路径对它的影响, 此超固结土模型仅比剑桥模型增加了一个材料参数, 即Hvorslev面的切线斜率. 通过Fujinomori粘土的常规三轴排水试验结果证明了基于Hvorslev面的超固结土模型能够合理地描述超固结土的基本力学特性, 同时还预测了等向压缩条件的应力应变关系和不排水三轴试验条件下的应力路径.     

条带式带齿加筋砂土挡墙的模型试验

在提出条带式带齿加筋的基础上, 进行了一系列条带式带齿加筋砂土挡墙的室内模型试验, 测试了墙面板水平位移、齿筋侧向土压力, 并利用高倍数码摄像机拍摄了加载过程中挡墙侧面土体的变形特征以及渐进破坏过程, 研究了这种加筋形式挡墙的承载力和工作机理, 提出了破裂面的具体形式. 试验结果表明: 与传统的水平加筋形式相比, 条带式带齿加筋可以较大幅度地提高挡墙承载力、抑制挡墙变形.     

植物摩擦型根-岩土相互作用的初步研究

草本、灌木植物及木本植物的侧根与岩土体相互作用是类似的,都对边坡岩土体起到摩擦加筋的作用,使边坡土体成为土与根的复合材料,在浅层边坡岩土的加固中起到重要作用,从而提高土体强度,达到使边坡浅层土体稳定的目的.但是目前的研究仍然停留在定性地分析根与土体的作用关系上,本文试图在定量分析摩擦型根和岩土相互作用原理方面做些探索性的工作,通过对草本植物的根系(包括木本植物的侧根系)与岩土体的相互作用的研究分析,建立了摩擦型根-土力学作用模型,运用云南松野外实验结果验证了模型预测的正确性.力学模型的建立为定量地分析植物根系与土体的相互关系提供了重要的理论指导,具有一定应用价值.     

纤维灌浆材料在预应力锚索中的作用机理研究

纤维灌浆材料能大幅度提高预应力锚索锚固段的抗拉强度、抗剪强度及断裂韧性指标,显著地提高预应力锚索在长期荷载作用下的耐久性,因而具有较好的应用前景,以细观力学的剪切滞模型及Hashin-Shtrikman上下限定理为基础,维灌浆材料对胶结面上的抗剪强度、锚固段侧阻力分布规律以及锚固段荷载变位特性等的影响.     

非饱和土水力和力学性状耦合的弹塑性模型研究进展

对非饱和土力学的研究现状进行回顾，在总结前人研究成果并结合当前研究趋势的基础上介绍了能耦合模拟非饱和土水力和力学性状的弹塑性模型。该模型综合考虑到了饱和度对应力应变关系和强度以及变形对水力性质的交叉影响。给出了将耦合弹塑性模型应用于非饱和土体固结问题中进行有限元数值计算的公式。     

冻融作用对土的工程性质影响的研究进展

冻融作用是诱发寒区工程构筑物破坏与失稳的主要原因.近十年来,采用室内试验研究冻融作用对土的工程性质的影响取得了长足进步.在分析并归纳现有冻融试验方法的基础上,从冻融作用对土的结构、基本物理参数、工程力学性质等的影响及抗冻融改良措施等方面综述了该领域的研究成果,取得如下主要认识:(1)统一冻融试验方法是系统地分析冻融作用对土的工程性质影响规律的前提,也是建立土体抗冻性能数据库的基础;(2)土的粒径分布、孔隙形态以及初始含水率等三方面因素决定着冻融作用对土结构的影响程度;(3)冻融试验方法和土的初始状态是决定冻融作用对土的物理性质影响程度的主要因素,当土的物理参数处于临界状态值时,相应的物理性质将不受冻融作用影响;(4)冻融循环作用导致土的强度及模量先降低随后趋于稳定,但土的抗剪强度指标的变化规律差异较大,可从试验条件及土的初始状态存在差异等方面查找原因.融化过程中出现的"温度阈值"现象值得引起关注;(5)提高土的抗冻融性能应该从改善土的颗粒级配、孔隙形态以及初始含水率等三方面入手来筛选改性剂及改良方法.     

基于本构模型的橡胶衬套刚度分析

选取Mooney-Rivlin、YEOH和Ogden三种超弹性本构模型,以橡胶材料基本力学实验数据为基础,识别出三种本构模型的参数。建立汽车悬架橡胶衬套有限元模型,以三种本构模型设置材料属性,计算了橡胶衬套轴向、径向和扭转三个方向的静态力学特性。结果表明,在小变形范围内,YEOH对橡胶衬套轴向变形仿真效果较好,Mooney-Rivlin模型对径向和扭转变形仿真效果较好。     

混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.