人字形骨架路基护坡模型试验及数值模拟

为了掌握人字形骨架公路路基护坡结构的力学响应分布规律,选择最佳护坡结构类型,修建了砂浆底加预制块面人字形骨架防护边坡实体模型,完成了分级加载条件下的位移、应变测试;同时在ANSYS软件中建立了三种不同的人字形护坡结构三维模型,进行了数值模拟与对比分析。模型试验与数值模拟结果一致表明,人字形护坡结构坡脚处为全局应力最不利位置,坡顶为竖向位移最不利位置。对不同结构的数值模拟以及对比分析表明,浆砌片石底加预制块面护坡结构在载荷作用下平均位移最小即抵抗变形能力最好,而砂浆底加预制块面结构在相同载荷下平均应力最小即应力分布最佳。     

不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.     

玛湖凹陷百口泉组砾岩储层泡酸后岩石损伤及压裂泵压下降机理

针对玛湖凹陷百口泉组砾岩储层水平井固井完井射孔后直接压裂施工存在泵压高、需借助长时间泡酸工艺来降低压裂启泵压力的问题,开展了储层射孔后酸损伤及降压机理研究:①通过玛湖1、玛131、玛18区块储层岩心及水泥石在模拟温度下的酸岩反应实验,得到了岩心及水泥石的宏观溶蚀率及其变化规律;②进行了玛湖1、玛131、玛18区块岩心及水泥石在酸岩反应前后的三轴力学实验,得到了酸作用前后岩石/水泥石力学特征及其变化规律;③采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)、X-射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)分析了酸作用前后岩石孔/缝/面等微观结构的变化,从微观角度探索了酸岩反应机理;④综合玛湖压裂施工现状、酸反应前/后岩石及水泥石SEM/EDS/XRD分析结果、岩石/水泥石酸岩反应前后三轴力学性能,利用"七五"或组合弹簧模型及破裂压力公式分析了酸作用对地层破裂压力的影响规律,揭示了玛湖砾岩储层水平井固井完井射孔后酸损伤及降压机理.     

冲击切削破岩中最佳冲击间距的混沌判据

在不同冲击能的切削破碎水泥砂浆岩块试验基础上,分析了冲击间距与切削深度的关系及其比值对破岩比能的影响,并采用GP算法对冲击切削破岩的分形特征进行了研究,探讨了不同冲击间距和切削深度对关联维数的影响.研究表明:破岩比能随冲击间距与切削深度的比值呈凹形曲线分布,当冲击间距减少时,能大幅度提高岩石的切削深度,并且存在最优的比值,使破岩比能最小.关联维数是反映破岩比能改变的灵敏度量,能直观、有效地识别冲击间距对破岩效果的影响程度,为选取最佳冲击间距,使破岩效果达到最优,提供了新的分析途径.     

柱壳轴向冲击屈曲实验研究及其应力波效应的分析

采用落锤及空气动力枪作为加载装置对铜、铝及钢质圆管进行了轴向冲击实验,得到了丰富的屈曲模态及冲击力时程曲线,并从应力波的角度定性地讨论了材料特性对圆柱壳出现塑性动力屈曲或渐进屈曲的影响,指出了高速撞击不是产生动力塑性屈曲的充要条件,对某些韧性材料撞击速度不很高时也能出现动力塑性屈曲.动力塑性屈曲和动力渐进屈曲形成条件应该是:前者仅仅是在一个持续的轴向塑性流动内能够产生,后者是塑性应变局部化的结果.     

氯化钠溶液对水泥砂浆的腐蚀行为

为研究氯化钠溶液对水泥砂浆的腐蚀,以浸泡在不同浓度氯化钠溶液中的水泥砂浆试块为研究对象,进行了电阻率和无侧限抗压强度试验。结果表明:不同龄期、不同氯化钠浓度下试块的电阻率均随电流频率的增大而明显降低,建议采用50 k Hz~1 MHz的电流测试频率范围为宜;试块电阻率和无侧限抗压强度随龄期的不断增加均呈现不同速率的增长;试块的电阻率均随氯化钠浓度的增加先保持稳定后呈减小趋势,无侧限抗压强度呈现相同的变化规律;随电阻率的增长水泥砂浆的无侧限抗压强度线性增大。     

超空泡射弹的尾拍载荷与结构响应

通过对水下超空泡射弹的相关碰撞动力学理论的综合分析,给出了完整的尾拍力随时间变化的关系式.在此基础上,对射弹的结构响应进行有限元仿真计算.结果表明,尾拍碰撞时间与飞行时间成正比,尾拍力大小与飞行时间近似成反比.纵向和横向的加速度响应的主频律都在160 Hz附近.在飞行初始时刻,压应力极大,拉应力和剪应力则不大.主应力和...     

基于ABAQUS有限元仿真的车辆碰撞护栏动力响应

当前基于车辆碰撞护栏的研究多以单一车型或单一碰撞位置为研究对象,侧重护栏结构或参数优化,较少探寻多车型多碰撞位置条件下护栏所受冲击而产生的动力响应规律。以国内常用的3mm厚波形梁护栏及三种车型(1.5t小型客车、10t中型客车、10t中型货车)为研究对象,基于ABAQUS有限元仿真软件,在三种车型及两个不同撞击点的情况下,分析护栏冲击加速度、护栏横向最大位移、护栏应力等变化动力响应指标。研究结果表明,不同车型撞击下护栏冲击加速度响应具有明显差异,10t车型撞击下护栏所受的最大冲击加速度显著高于1.5t小客车,可通过护栏加速度值判别碰撞事故车辆类型及危险程度;在10t车型不同位置撞击下,护栏的最大横向位移相差50%,最大位移均超过1m,最严重情况达1.35m,针对大型车辆通行率较高路段,护栏至路侧外边缘应留有1m-1.5m安全距离;不同车型碰撞下护栏受损跨数不同,1.5t车型碰撞下护栏应力最大值247Mpa,仅使护栏达到弹性变形阶段,护栏仍具有安全防护能力;10t车型碰撞下护栏应力最大值329Mpa,使碰撞点及前方护栏发生塑性形变,完全丧失防护能力,需及时对碰撞点前后跨数护栏进行完整更换,保证道路护栏处于完整防护能力水平。     

水中爆炸对围岩增耦的实验研究

为研究水中爆炸对围岩的增耦,在一个直径1.6 m的水泥砂浆半球体装置上,将其中心预留的直径0.3 m的腔室内注水和置入水泥砂浆芯体,对比性地进行了一系列的1.00 g TNT （2,4,6—三硝基甲苯）当量的填实和空腔爆炸实验。水泥砂浆球表运动测量数据表明,与水泥砂浆中的空腔解耦相比,水中空腔爆炸的解耦效果较差,尤其水腔中爆炸可大大增强爆炸能量的耦合。可以推断,水下爆炸会明显增强围岩中的爆炸应力波强度,近水域中的空中爆炸也可能会增强围岩中的爆炸能耦合,因而相对于围岩和堤坝中同距离、同药量的爆炸来讲,所引起     

碳化对水泥石和砂浆的结构及砂浆渗透性的影响

用压汞法、扫描电子显微镜、X射线衍射及渗透高度法研究了碳化对水泥石和水泥砂浆的孔结构和显微结构及砂浆渗透性的影响．结果表明,碳化生成的碳酸钙在毛细孔中沉积后会堵塞毛细孔或将大的毛细孔分割成小孔,使水泥石和水泥砂浆总孔隙率降低、孔径细化,从而可提高砂浆抗渗性．     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

钢-水泥砂浆石界面动态粘结强度的实验与计算研究

设计和制作了一种用以考察钢和水泥砂浆石界面动态粘结强度的新型试件,并开展了实验和计算研究工作。通过准静态实验与冲击实验,研究了钢-水泥砂浆石界面粘结强度随加载速率的提高而产生的变化。计算工作以LS-DYNA软件为有限元计算平台,选用Johnson-Holmquist-Cook模型作为水泥砂浆石材料的本构模型。通过计算分析了冲击载荷下界面破坏的过程和机理,并验证了基于split hopkinson pressure bar(SHPB)实验技术的冲击实验方法的可行性和可靠性。研究结果表明界面粘结强度与加载速率的对数大致成线性关系。     

水泥砂浆及钢筋网水泥砂浆面层加固砖砌体试验

采用水泥砂浆及钢筋网水泥砂浆面层加固砖砌体进行试验研究，在水平荷载作用下，分析其破坏机理，量测其应变，并计算其应力，试验结果表明，采用水泥砂浆抹面加固墙体可提高抗剪能力约１倍；采用钢筋网水泥砂浆面层加固墙体可提高抗剪能２倍以上，计算得加固后砖砌体延伸系数为１．８。     

地震信号的时域模拟

目前获得的地震波数据大都是以加速度时程形式给出的,直接积分获得的速度时程和位移时程往往存在着明显的基线漂移现象．简便的时域优化校正算法是一种较好的选择．提出了一种分步时域校正法．首先基于最小二乘法以三阶多项式形式来拟合加速度的非零曲线,对原始加速度时程做基线预校正处理;其次对于校正后的积分速度和位移曲线仍存在的长周期基线波动问题,将校正后的加速度曲线代入单自由度系统地震反应递归公式,从而生成地震波的速度时程和位移时程．该方法原理简单,实施方便,而且能够很好地消除速度波和位移波的漂移现象．     

堆积型滑坡地震响应的离心模型试验

基于离心振动台模型试验,采用Taft波激励,不断增大其幅值,研究不同强度地震波作用下堆积型滑坡地震响应特征,对比分析了汶川地震清溪台站基岩波结果的异同.结果表明:坡面水平向和竖直向峰值加速度放大系数均随坡高增加而增大,呈现高程放大效应;坡体内水平向峰值加速度放大系数分布与坡面不同;坡面对输入地震波有反射作用并呈现坡面浅表放大效应;基岩水平向加速度随高程增加存在增大现象,与地震动输入相比,均有缩小现象.同一高程处,坡面水平向与竖直向、坡体内及基岩水平向峰值加速度放大系数随地震波幅值的增大其变化规律不同.     

层状介质波动问题的时域边界元模型及实验

建立了研究层状介质波动问题的时域边界元计算模型。为考察其精度和稳定性 ,对受冲击载荷作用的简单分层平板同时进行了动态光弹性和动态焦散线实验。由动态光弹性实验获取的系列双折射条纹相片反映出波动在层状介质中的传播、反射和透射特性 ,而动态焦散线实验为相应的时域边界元计算提供了精确的冲击载荷曲线。通过比较分别由实验和计算得到的在多个测点处双折射条纹级数的变化历程 ,对上述计算模型的适用性和可靠性进行了验证     

基于无限元和波场分离法的地震响应数值分析

用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场区域,并在有限元和无限元接触处施加等效荷载以输入地震作用,从而求解半无限地基的地震响应.通过算例对边界和地震输入方式进行验证,研究剪切波作用下,重力和土与结构相互作用对场地地震响应的影响.结果表明:基于无限元和波场分离法的地震输入,能够有效仿真波动在半无限地基中的传播过程;重力对水平地震运动无影响;土与结构相互作用效应使短周期段加速度反应谱值降低,而长周期段加速度反应谱值增加;土与结构相互作用对岩石地基水平位移无影响,但使结构底部地基的最大主应力和最小主应力幅值增大.     

波浪对弹性支撑结构物冲击作用试验研究

位于浪溅区的弹性结构物的上部结构可能会受到幅值很大、历时较短的波浪冲击荷载.高强度的瞬时冲击荷载作用以及由它引起的结构振动响应往往是导致结构损坏的主要原因.通过物理模型试验,研究了波浪对弹性支撑平板结构的冲击作用.试验中设计了3种不同支撑刚度的结构物模型,对结构物底面所受的波浪冲击压力和结构物振动加速度响应进行了同步观测.分析了支撑刚度对冲击压力和结构振动的影响,以及结构物所受的波浪冲击压力与对应时段振动加速度之间的关系.试验结果表明,结构物支撑刚度越大,其所受的冲击压力也越大,对应时段的振动加速度幅值也越大.     

不同水平充填纵向采空区群的爆破动力响应衰减规律

以爆破荷载下不同水平充填的纵向采空区群动力响应为研究对象,考虑充填体与围岩的摩擦阻力作用,按充填采空区群的层数不同分为3种工况建立动力响应模型,分析各层中围岩、顶板和充填体的位移、速度响应衰减规律。计算结果表明:在爆炸应力波作用下,充填采空区群内各部位的振动具有一定滞后性;同一工况下,与位于同一层的围岩和顶板相比,充填体的振动频率衰减最快;各工况下,速度和位移的初始响应频率和幅值相近,但层数越多的充填采空区群的动力响应衰减速率越快,恢复至平衡状态所需时间也越短。将动力模型计算结果与数值模拟结果和现场监测数据进行对比,三者速度响应的幅值、频率接近,并具有相似的衰减规律,验证了动力响应模型的可靠性。     

深部巷道构造应力作用下岩爆过程的数值模拟

针对深部巷道岩爆现象,结合华丰煤矿深部开采的冲击地压问题,采用FLAC-Dynamic进行了深部巷道岩爆动力学计算分析.计算结果表明,发生岩爆时,巷道围岩的速度曲线和加速度曲线出现突变.在水平构造应力的作用下,巷道可能岩爆的过程是先从巷道的两帮开始,然后迅速扩展到巷道的顶、底板的过程.