水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展

坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏 (灾变) 的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度. 阐述了岩石渗流 --变形 --破坏特性及机理研究的进程, 侧重于物理实验成果. 综述了水岩耦合变形破坏过程分析模型和数值计算, 特别是有限单元法处理裂纹的思路, 并介绍了作者课题组近年来所取得的一些代表性成果. 给出了当前理论 (数值) 研究中所面临的几个具体问题和挑战, 并对今后研究工作进行了力所能及的展望.     

胶新铁路砂土液化区路基沉降规律研究

地震液化常给人们带来巨大损失,而剪切振动和循环荷载作用下的动力学效应常被认为是地震液化的主要原因,人们对剪切荷载作用下饱和砂土的液化问题进行了较多的研究,而对循环荷载作用下砂土液化的动力学效应研究较少。胶新铁路在DK39+000开始为高地震烈度区,DK283+550~DK283+770分布有地震可液化层,工程修建后列车动荷载的影响将会有诱发砂土液化的可能性。为了研究通车前自然沉降特征和通车后循环荷载作用下的路基沉降变形规律,本文在具体分析了砂土液化的概念和准则判别的基础上,重点分析了砂土液化区路基沉降特征,包括测试断面竖向分层沉降变形特征分析和路基水平位移特征分析。最后在试验的基础上,从理论上给出了循环荷载下砂土的本构关系。     

天然气水合物分解对地层稳定性影响的离心机实验模拟

水合物分解后将引起地层强度的降低,可能造成海床沉陷、滑塌以及海洋结构物基础的破坏。针对该问题,首先以南海浅层粉砂为沉积物骨架,采用生物厌氧发酵技术合成水合物沉积物,然后进行水合物热分解引起地层响应的离心机实验模拟,获得了水合物分解引起地层变形与滑塌的特征以及孔隙压力发展的物理过程,为研究水合物分解引起海床失稳的条件进行了新的尝试。     

地震液化问题研究进展

概括了地震液化问题研究的框架和主要内容.从液化的机理、液化可能性分析, 液化稳 定分析、液化变形分析及液化分析的数值方法等几个方面, 总结了液化问题的主流研究思路 和近期进展, 指出了目前的不足和应着重研究的方向.随着对地震液化问题研究的深入, 液 化问题研究的重心逐渐由液化可能性分析、液化稳定分析转向液化引起的变形评价.在液化 变形的评价方法中, 基于震害调查的经验统计方法的预测精度较差, 且不能考虑土与结构的 相互作用;而基于数值模拟的方法可以考虑复杂的边值问题, 显示出广泛的前景.在以后对 地震液化问题的研究中, 除了进一步收集分析已有震害资料提高液化可能性分析及液化变形 分析的现有方法的可靠性以外, 应着重深入研究饱和砂土液化变形的基本规律及物理机制, 在此基础上建立能够合理模拟饱和砂土整个液化过程中(包括液化前和液化后)的应力应变 行为的本构模型, 发展能有效地预测实际边值问题中液化变形的数值模拟方法.     

2011年3月10日盈江5.8级地震诱发砂土液化灾害特征研究

2011年3月10日中缅边境附近的云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县发生Ms5.8级地震,震源深度10km,造成25人死亡, 250人受伤, 13万人口受灾,众多构(建)筑物损毁,砂土液化广泛发育,约19km长的盈江河堤开裂。5.8级地震诱发如此大的次生灾害是近年来少有的。通过对本次地震地质背景和地质灾害调查分析,初步认识到:(1)本次地震是2011年初盈江4级震群继续增强活动的结果,近年来盈江地区地震群总体上呈现沿苏典断裂带从北至南逐渐迁移的趋势,本次地震是这一趋势的延续,位于苏典断裂南端,主余震显示本次地震破裂为苏典断裂与大盈江断裂的共轭破裂; (2)砂土液化是本次盈江地震震损严重的主要原因之一,在地表产生喷沙冒水、砂土体侧向滑动、地面开裂和下沉等次生地质灾害,对房屋、江堤、道路、水利设施和电线杆等构(建)筑物造成了较大破坏作用; (3)砂土液化主要发育在大盈江全新世粉细砂冲积层分布区,严重液化区主要为盈江的老河道,构(建)筑物损毁程度与液化区范围和强度有较好的对应关系,而晚更新世砂砾地层作为盈江的二级阶地不仅地势高、防洪能力强,其地基基础承载力高,抗砂土液化能力强,是盈江盆地内工程地质条件较好的地块,未发现砂土液化且构(建)筑震损轻微,可作为当地城镇未来规划发展的首选区域。     

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的?1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。     

在摆动和移动耦联作用下结构物对周期性水平运动的反应

本文研究了在水平地面运动情况下,墙——刚性条形基础——地基系统的动力相互作用问题.文中考虑了土——结构物系统摆动和移动的耦联振动.对于地基与基础间的接触,作了如下一些假定:1)接触是焊固的,即基础的运动与地面运动相一致;2)基础底面上各点的水平位移是一常数;3)在摆动中,基础垂直位移的分布保持为一直线.为了比较起见,同样研究了非耦联情形.利用富里叶变换,问题归结为对偶积分方程(对于无耦联情形)和对偶积分方程组(对于耦联情形).借助于雅可比多项式的无限级数对此二种方程进行求解.数值结果表明,对于存在和不存在耦联影响,基础位移、墙顶对其底部的相对位移、基础底面的接触应力分布等等之间,存在着相当大的差异.     

横观各向同性砂土的破坏准则

对砂土类材料，各向异性状态参数定义为材料微观结构张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量。通过在Lade破坏准则内耦合各向异性状态参数，建立了横观各向同性砂土类材料的破坏准则，并分别结合中密和密实的Santa Monica河滩砂的扭剪和真三轴实验资料进行了验证工作。研究结果表明：局部剪切带、加荷方向与材料主轴方向间的相对方位是影响砂土内摩擦角的主要因素；与扭剪实验和真三轴实验进行验证时均发现，当中主应力比 b 在0.18~0.85范围内时，由于砂样易出现局部的剪切带，这使砂样在达到其真正的峰值强度前破坏，从而使预测出的砂土内摩擦角均大于其实测值；但当0.18b≤和0.85b≥时，砂样始终呈现无剪切带的均匀变形破坏，因此预测出的砂土内摩擦角基本等于其实测值。这些研究结果说明了该横观各向同性砂土的破坏准则是合理的。     

含粘粒砂土抗液化性能的试验研究

通过对含粘粒砂土所作的试验研究, 包括: 粘粒矿物成分不同、粘粒含量不同的重塑土样所作的室内动三轴试验; X光衍射试验, 试验结果对比分析后, 得出了含粘粒砂土抗液化性能的特性。并得出以下结论: (1)粘粒矿物成分不同, 也引起砂土动力稳定性的变化; (2 )动剪应力强度与粘粒含量并非呈单调增加关系, 而呈抛物线型, 并给出回归方程; (3)含粘粒的砂土, 其抗液化能力最低点总是在粘粒含量 8.5～ 9.5 %之间。     

液化地基中桩的破坏机理研究进展

地震诱发的地基液化对桩基础的破坏极大,液化地基中桩的破坏机理是岩土地震工程中的一个重要研究课题。目前地基液化时桩—土—结构系统的地震性态尚没有认识充分,已有的研究内容较多局限于桩身材料的强度破坏方面,难以考虑液化土体侧向流动、基桩屈曲失稳、以及土与结构动力相互作用等复杂因素的影响。本文重点加强以下3个方面的深入探讨和研究:(1)液化地基中桩的屈曲失稳;(2)液化地基中桩基破坏的数值模拟新方法;(3)液化地基中桩-土-结构的动力相互作用分析。     

Domain Decomposition Methods for Sensitivity Analysis of a Nonlinear Aeroelasticity Problem

Abstract

We consider the nonlinear aeroelasticity problem of the interaction between a viscous, incompressible fluid and Lin elastic solid undergoing large displacement. The non-linearities of the problem formulation include the solid and fluid governing equations. as well as thc dependence of the How geometry on the solid deformation. The resulting coupling is thus two-way. We develop domain-decomposition methods for solution and sensitivity analysis of the coupled problem. The domain decomposition is in the form of a block-Gauss-Seidel-like prcconditioncr that decomposes ihc coupled-domain problem into distinct nonovcrlapping fluid and solid subdotnain problems. The preconditioner thus enables exploitation or single-domain algorithms for solid and fluid mechanics discretization and solution. On the other hand, two-way fluid-solid coupling is retained within the residuals, which is essential for correct sensitivities. Sensitivities of field quantities can be found with little additional work beyond that required for solving the coupled fluid-solid system. The methodology developed here is illustrated by the solution of a problem of viscous incompressible flow about an infinite clastic cylinder. Sensitivities of the resulting velocity and displacement fields with respect to elastic modulus and fluid viscosity are computed.     

叶轮机械非定常流动研究进展

本文就叶片排进出口流场畸变型动力响应、压缩系统气动稳定性、叶轮机械非定常气动问题的数值模拟以及失速颤振轴流压气机系列转子实验等４个方面问题，从非定常气动力学角度作一概述和展望     

建筑场地地震液化危害评价及地基处理

本文分析了地基失稳，计算震陷值及差异震陷等地基失效形式和液化土层的隔震作用，研究了液化指数、地基失效、液化土层隔震与多层房屋震害的关系，根据液化土的双重作用原理划分了液化危害等级，并提出了建筑场地地震液化危害评价方法和按“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗液化处理原则。     

三峡工程中的若干力学问题

简要介绍了三峡水利枢纽工程概况，工程建设中主要技术难点，以及几个主要工程力学问题，包括流体力学、固体力学、二相流及爆破力学等问题．结合三峡工程侧重叙述岩石（体）力学应考虑的新问题．大型岩土工程是庞大的复杂系统，岩石力学涉及众多学科．建议应用系统工程的理论和方法研究岩石（体）力学，使其在国民经济中发挥更大作用，在岩石（体）力学研究中还需针对不同的目标、任务考虑各种非线性问题．因此，岩石（体）力学应与工程问题更紧密地结合．     

An immersed smoothed point interpolation method (IS‐PIM) for fluid‐structure interaction problems

An immersed smoothed point interpolation method using 3‐node triangular background cells is proposed to solve 2D fluid‐structure interaction problems for solids with large deformation/displacement placed in incompressible viscous fluid. In the framework of immersed‐type method, the governing equations can be decomposed into 3 parts on the basis of the fictitious fluid assumption. The incompressible Navier‐Stokes equations are solved using the semi‐implicit characteristic‐based split scheme, and solids are simulated using the newly developed edge‐based smoothed point interpolation method. The fictitious fluid domain can be used to calculate the coupling force. The numerical results show that immersed smoothed point interpolation method can avoid remeshing for moving solid based on immersed operation and simulate the contact phenomenon without an additional treatment between the solid and the fluid boundary. The influence from information transfer between solid domain and fluid domain on fluid‐structure interaction problems has been investigated. The numerical results show that the proposed interpolation schemes will generally improve the accuracy for simulating both fluid flows and solid structures.     

针尖的分子生物物理力学研究进展

围绕包括扫描探针显微镜在内的各种探针技术下核酸、蛋白质等生物分子及生物材料的生物 力学与力 - 电耦合实验研究, 较系统地总结了分子层次或纳米尺度下生物分子和材料的力学性能的扫描 探针显微镜、光镊、磁镊等探针技术的实验研究方法和主要进展, 进而探讨了在``针尖'这 个极小、极特殊环境下的分子生物物理力学研究状况.通过介绍借助探针技术研究相关生物 物质的结构、力学、电学等性能以及提出的一些理论模型, 指出探针技术在生物分子（包括 遗传物质和蛋白质）力学性能、纳米生物材料结构及分子仿生等研究中的广泛意义.提出多 场耦合作用下的针尖的生物物理力学研究必定是将来研究的重点；将针尖的分子生物力学的 物理实验研究与分子物理力学理论、计算科学相结合, 发展分子物理力学虚拟实验技术是本 领域的一个重要发展方向.     

碎石桩复合地基的抗液化特性探讨

饱和砂土地震液化问题是岩土地震工程中一个重要的研究课题。在多种可行的防治液化措施中 ,最普遍的方法是采用碎石桩复合地基。本文结合目前国内外碎石桩复合地基的抗液化研究的最新进展 ,对碎石桩的密实、排水减压和减震作用做了较详细的评述 ,最后还提出碎石桩复合地基抗液化特性需要进一步研究的问题