动力排水固结法加固吹填黏性土的模型试验研究

为了研究动力排水固结法加固吹填土地基的效果,研发了大比例尺的室内模拟试验装置并开展了试验。重点对夯沉量、土体内孔隙水压力的瞬时和长期变化进行了监测和分析,得到如下结论:夯击产生的能量以波的形式向土体内部传播,由于波的作用造成土体拉伸形成裂隙,这些裂隙成为初期的排水通道; 孔隙水压力的动态变化具有明显的脉动特性,夯击瞬间出现负增长,然后再累积增长; 不同深度土体的孔隙水压力增幅不一样; 土体表面铺设的砂垫层不仅可以用做排水,还可以作为静力荷载,有助于土体的排水固结。     

高填方路堤强夯效果的现场检测及三维有限元模拟

针对河南某岩石碎渣高填方路堤,提出了夯击能1000kN·m、虚铺厚度1.5m的强夯施工工艺,对试验段进行了现场检测：地质雷达波形较好地反映强夯后虚铺层厚度的减小幅度,并可判断强夯水平有效加固范围为4m,瑞利波速沿深度变化比较均匀,平均值达到了310m·s-1,重型动力触探结果表明试验段达到中密程度,灌水法测得的固体体积率都达到了83%以上,上述检测结果说明强夯的加固效果比较理想。采用ABAQUS有限元分析软件,将夯锤简化为刚性体,通过施加竖向初速度的方式模拟了强夯作用,结合雷达测试结果,认为夯沉量20mm可作为强夯的有效加固范围,最后模拟了存在涵洞结构物的路堤的强夯作用,指出涵洞上方路堤厚度必须达到8m以上,才能保证强夯安全作业。     

夯击能应用于高填土地基的一些探讨

大量工程实践表明 ,对填土及软土地基进行夯击加固时 ,夯击能的选取不仅与填土层的厚度有关 ,而且与填土层下覆土质的工程地质条件等因素密切相关。本文结合南方某港口填土地基加固工程实例 ,对在高填土地层中夯击能的使用问题进行了探讨 ,分析了当填土层的下卧层分别为坚硬土层和软弱土层、以及当填土层的填料分别为粗颗粒料和含水量较高的粘性土等细粒填料时 ,填土层加固的机理 ,制定了在不同条件下选取夯击能的标准 ,并根据现场检测资料 ,评价了该场地的地基加固效果 ,进一步验证了所确定夯击能标准的可靠性。     

预排水动力固结法处理吹填粉土地基的试验研究

为加固新近吹填的处于流塑状态的粉土地基,首先采用轻型井点降水和动力碾压的方法使地基具有一定的初始承载力。然后,施加较大的强夯动力荷载,从而使地基承载力得到显著提高。这一新的综合加固技术称之为“预排水动力固结法”。通过现场测试,研究了施工过程中诸如井点降水的影响范围、强夯时孔隙水压力的变化范围、深层沉降的变化等问题。同时,对强夯夯击遍数、每点夯击次数、遍与遍之间的间隙时间等有关问题进行讨论。研究表明,预排水动力固结法可显著提高吹填粉土地基的承载力。     

强夯接触力和接触位移的碰撞分析求解

首次采用大变形动力接触有限元法分析了强夯对地基土的冲击碰撞过程 ,锤底接触力和夯沉量过程中直接求得 ,且能模拟夯锤与地基土的多次接触分离过程 ,适应于各种复杂的地基土条件和夯击能条件 ,克服了现有其它方法的不足和缺陷。文章最后给出了系列工程算例 ,验证了本文计算模型的合理型     

强夯法处理软弱粉土地基试验研究

介绍了钱塘江南岸软弱粉土地基试验区通过降水强夯与填石强夯的试验效果, 并对不同夯击能夯击前后粉土地基的物理力学性质、变形特性、抗液化性能等静力动力特性进行了对比研究。     

夯扩异形桩施工振动效应分析

建筑垃圾夯扩异形桩是-种新型地基加固处理技术, 但是由于夯击能量较大, 施工过程中产生-定的振动效应。此种振动效应能否对环境、特别是临近建筑物产生有害影响, 是制约本施工工艺普遍应用的关键问题之-。本文通过对两侧建筑垃圾夯扩异桩施工振的监测, 对夯扩异形桩施工振动效应进行了分析, 研究了不同施工状态对地面振动参数的影响, 指出夯扩异形施工振动随距离呈负幂函数的形式进行衰减, 不同的施工状态对地面振动参数的影响只局限于距离夯击点非常有限的范围内。     

强夯处理高填方的大变形有限元数值模拟

根据强夯处理高填方时土体存在局部大变形的特点,运用非线性有限元理论,导出弹塑性大变形有限元动力平衡方程,对高填方强夯处理进行数值模拟,得到夯坑形状、土体应力变化及塑性区演化等结果.研究表明,采用弹塑性大变形有限元动力分析方法模拟高填方的强夯处理过程是可行的,其力学分析与传统方法相比更加精细,模型更加符合强夯加固的实际特征,数值模拟结果与现场试验吻合较好,对强夯加固机理研究和工程实践具有较高的参考价值.     

螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测。首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化。本文以某飞机舱门单锁机构中的螺旋压缩弹簧为试验对象进行了不同温度条件下的应力松弛试验,得到其松弛动力学曲线,并基于Arrhenius模型建立了弹簧在工况下的应力松弛服役寿命预测模型;其次,基于应力松弛和蠕变在本质上的一致性,结合金属材料蠕变规律并根据试验弹簧的受力特点,推导出用于描述试验材料松弛行为的蠕变本构方程,由试验结果获得该本构方程的材料常数;最后,通过该本构方程及材料常数,在ANSYS软件中对试验弹簧的松弛过程进行模拟,结果表明,模拟结果与试验结果误差不大于4%。因此,通过本文方法所建立的蠕变方程对弹簧在不同载荷条件下的应力松弛规律进行仿真分析具有一定的可行性与准确性。     

基于球单元组合颗粒模型的筒仓卸粮速度场演化机理研究

由于现有的单一球单元模型不能客观反映颗粒之间以及颗粒与筒仓仓壁之间接触的实际情况,本文提出了一种组合颗粒模型。以室内卸粮物理试验为基础,基于该组合颗粒模型进行离散元模拟,研究了卸粮速度场的时空变化,并对比分析了仓壁动态压力变化。研究结果表明:(1)改进的组合颗粒模型相比传统的ball单元模型,卸粮时间大幅增加,且动态侧压力波动幅度增大;(2)组合颗粒模型相比原模型中心颗粒垂直速度更小,而仓壁处颗粒由于剪切带颗粒堆积,两模型的垂直速度并无明显差别;(3)颗粒的水平速度波动与仓壁的动态压力波动呈同种变化趋势,且组合模型颗粒水平速度变化幅度较原模型更大;(4)组合模型由于颗粒间空隙较小、摩擦较为充分,在中心卸粮过程中会周而复始地出现压力拱现象,因此其中心颗粒的转动角速度(较仓壁处)的增长幅度更大。本文建立的组合颗粒模型能更准确地模拟筒仓卸粮动态物理特征变化,可广泛应用于粮食散体细观力学模拟等领域。     

桩柱水流作用力实验测量技术研究

桩柱的绕流水流作用力一直是工程设计中所关注的问题。为了精确地测量模型试验中竖直桩柱在不同来流夹角下的水流作用力,基于力的平衡原理,设计并制作了一种新的桩柱水流作用力试验测量装置,并采用标准砝码模拟水流作用力,验证了该测量装置在不同来流工况下的测量精度。结果表明:桩柱受不同来流夹角的水流作用力时,该装置都具有相当高的测量精度,可满足模型试验要求。因此,该测量方法可用于竖直桩柱在水平或斜向水流作用下模型试验中水流作用力的试验研究。     

互逆规划理论及其用于建立结构拓扑优化的合理模型

在数学规划的领域里定义了互逆规划——各自目标函数与约束条件位置相互交换的一对规划. 接着指出,尽管互逆规划与对 偶规划在表面上似乎类似,但是二者存在 5 点不同:(1) 是否为同一个问题的不同;(2) 存在``对偶间隙'与否的不同;(3) 设计变量数目的不同;(4) 是否单目标与多目标问题的不同;(5) 问题合理与否的不同. 然后,基于互逆规划的定义,用以审视结 构拓扑优化模型,给出如下结果:(1) 从这个角度洞悉,在结构优化中,确实有不合理的模型一直被沿用着;(2) 找到了修正不 合理模型使之合理化的方法;(3) 对于给定体积下的柔顺度最小化 (MCVC) 模型,指出了其不合理的原因;(4) MCVC 模型实际是互 逆规划的 m 方,由此建立起其对应的 s 方, 即给出了多个柔顺度约束的体积最小化 (MVCC) 模型;(5)给出了MVCC模型中的结构 柔顺度约束的物理解释和算法,论证了 ICM (independent continuous and mapping) 方法以往关于全局化应力约束的概念和方法;(6)数值算例表明了 MCVC 与 MVCC 模型作为互逆规划的差异,且印证了 MVCC 模型的合理性.MCVC 模型在不同体积约束及多工况下不同的权系数时,得到最优拓扑不同;但 MVCC 模型在多工况柔顺度约束下可得到唯一的最优拓扑.      

FRP-混凝土界面剥离破坏过程并行数值模拟

FRP-混凝土界面粘结性能和抗拉裂能力是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题。基于FRP与混凝土界面面内剪切试验的结果,采用材料真实破裂过程三维并行分析(RFPA3D-Parallel)系统,对FRP-混凝土界面的粘结性能进行了三维并行数值模拟研究。数值试验再现了FRP-混凝土构件的三维破裂过程演化过程,清晰地反映了拉伸载荷作用下FRP-混凝土构件界面剥离破坏的规律,FRP-混凝土界面剥离破坏是一个细观损伤不断产生和宏观裂缝形成的渐进过程,可通过监测FRP-混凝土结构损伤演化过程的声发射来揭示FRP-混凝土结构在外载荷作用下的损伤程度。FRP片材在加载过程中的变形剥离破坏过程大致可以划分为四个阶段：(1)弹性变形阶段;(2)弹性软化阶段;(3)弹性软化剥离阶段;(4)软化剥离阶段。本文的数值计算表明RFPA3D-Parallel并行数值模拟方法为FRP片材-混凝土界面剥离破坏过程和机理研究提供了一个很好的途径,同时也为研究FRP-混凝土工程结构等的损伤断裂机理提供了一个新的分析手段,这对于土木建筑工程中FRP-混凝土结构的工程设计施工、损伤断裂控制及混凝土结构加固等研究无疑具有重要的理论指导和实践意义。     

Sasobit温拌SBS沥青混合料的施工温度研究

本文对温、热拌SBS改性AC-20开展了6个不同温度条件的室内击实试验。以等体积原则初步提出碾压温度;然后结合集料加热水损失情况,模拟拌和楼的工作条件,进行了4种温度下的变温击实试验和路用性能检验,进一步确定了碾压温度;接着根据拌和楼试拌混合料的性能,提出各个阶段的施工温度建议值,并据此进行了试验路铺筑;最后利用红外热像仪、无核密度仪和钻芯取样等对现场进行检测与评价。试验结果表明:室内外工作条件差异直接影响混合料的施工温度,模拟拌和楼工作条件下得到的施工碾压温度为135℃左右,比室内试验的高了15℃;Sasobit使混合料的碾压温度降低了约25℃;降低一定拌和楼集料加热温度的温拌方式不会影响集料的水分蒸发,试验路性能也说明所建议的各个施工阶段温拌混合料施工温度是合理可行的。     

钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的非线性有限元分析

以10根采用钢板-混凝土组合加固技术加固的钢筋混凝土梁的试验为基础,建立了钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的非线性有限元模型.沿用了钢板-混凝土组合梁有限元分析中栓钉的荷载-滑移曲线及断裂模型,提出了新老混凝土界面的剪切-滑移模型,可以较好地模拟界面受力性能.采用有限元软件ABAQUS,模拟了一次加固、不同损伤加固及持载加固等加载情况下加固构件受力全过程和受弯破坏以及新老混凝土剥离破坏等破坏形态下加固试件的受力性能.在验证了有限元模型的准确性后,分析了钢板厚度、加固部分高度及长度等参数对加固构件承载能力及刚度的影响.最后提出了几点对钢板-混凝土组合加固RC梁的设计建议.     

爆炸冲击震动模拟平台的研制

为了模拟核爆、化爆冲击震动环境,根据能量守恒和弹性碰撞原理,研制了悬挂式爆炸冲击震动模拟平台。该平台能够完成水平向和垂直向冲击试验,通过对锤重、锤高和垫层厚度等参数的合理选择,性能指标可达到:水平向冲击加速度峰值5~1 500 m/s2,作用时间50~4 ms;垂直向冲击加速度峰值10~1 000 m/s2,作用时间60~4 ms。性能试验表明,该平台能够为防护工程结构抗震及其他有关冲击振动问题的研究提供安全、方便、经济、可靠的试验手段。     

冲击荷载下土中浅埋箱形结构反应的模型试验研究

本文叙述了土中浅埋箱形结构模型动力试验结果。试验的目的是检验我们在文献[8、9]中,所提出的地表冲击波荷载作用下,土中箱形结构动力反应分析的两步法。试验有两种情况:一是利用室内模爆器进行的小模型(模型尺寸与实际结构之比约为1:40)试验;另一种是利用室外试验坑中进行的模拟平面波加载下的中等模型(尺寸缩比约为1:10)试验。试验的箱形结构有单孔与双孔两种。根据埋深与超压的不同,共进行了20炮次试验,试验对自由场中应力、结构周边压力、结构应变、结构运动等参数进行了测量。试验结果表明,所提出的两步分析法中关于土中结构内力分析的准静态法是可行的。     

饱和砂土相变和峰值状态的研究

在实验室内运用TSZ-1全自动三轴仪,对重塑饱和砂土进行了一系列不同排水条件下的三轴剪切试验。通过控制土样的初始孔隙比、围压及其排水条件,设计了三轴试验的方案。对试验结果进行了分析,研究了相变点、峰值点与饱和砂土的初始孔隙比、围压之间的线性规律,并建立了相应关系式,为进一步基于相变和峰值建立饱和砂土的本构关系提供基础。     

MPS方法数值模拟楔形体入水问题

入水问题是船舶海洋工程中典型的流动问题。当船舶在恶劣海况中航行或海洋平台遭遇恶劣天气时,结构物和水体之间往往会出现剧烈的砰击作用。砰击发生时,伴随着结构物湿表面的变化、自由液面的翻卷和破碎等强非线性现象。本文采用本课题组自主开发的基于移动粒子半隐式法MPS(Moving Particle Semi-Implicit Method)的求解器MLParticle-SJTU对二维楔形体入水问题进行了数值模拟。选取斜升角为30°的楔形体模拟其入水过程,研究了不同粒子布置方式对于计算结果如垂向水动力和自由面变化的影响,并与MLM砰击模型(Modified Logvinovich Model)的结果进行了比较,吻合较好。在此基础上,进一步研究了不同斜升角对计算结果(垂向水动力和自由面变化)的影响,其中流动分离前的垂向水动力与MLM结果相近,表明了MPS方法能有效地模拟入水问题。     

CMSC型固化剂改良土的新型CBR试验研究

针对苏北某高速公路沿线特殊软土的特点,采用两种方案按全粉料配料的方法配制CMSC型固化剂,并按一定剂量掺入土中。同时,考虑当地的水文气候因素,针对传统钢制击实筒的饱水条件偏保守的特点,研制了新型击实筒,在新型击实筒内制备试件并养护至规定龄期,采用新型浸水装置饱水,进行贯入试验。结果表明,试件的各向饱水条件更接近实际工况,增强了CBR值的可信度。CMSC型固化剂改良土的改良效果优于石灰改良土,且固化剂掺入剂量存在最佳掺量,同时分析了CMSC型固化剂的加固机理,为进一步研究和工程应用提供了参考。