冲击载荷下饱和砂土渗流和破坏的实验研究

对饱和破土在冲击载荷下发现的变形和流动效应进行了落锤模拟实验研究,发现砂土骨架出现纵向排水通道和横向断裂等现象,对可能影响这些现象的主要因素进行了对比的实验,对上述实验现象进行了初步的解释．     

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。     

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。     

饱和砂土液化研究进展

首先对20世纪90年代以前有关饱和砂土液化的研究工作进行了简要回顾,然后重点对近期液化的离心机实验研究、液化引起的地面大位移及对结构物的破坏等进行了综述.同时也对液化的判别方法、粉砂液化、静态液化等进行了评述.认为今后的研究重点是液化引起的地面大位移及对结构物的破坏等,其中涉及到结构与土的耦合问题、流变体(液化区域内的砂土)和固体(未液化区域的砂土)耦合及演变的问题,需要多学科(岩土力学、数值分析、流体力学、结构力学等)的研究人员共同研究.其中,液化前后的土体本构关系是需要研究的核心内容.今后需利用离心机实验、现场原位实验开展工作,并进行相关实验技术研究工作.图0参118     

渭河盆地东南部砂土液化模糊综合评价及洪水影响研究

依据砂土液化影响因素和大量实际资料对渭河盆地东南部5县进行了砂土液化模糊综合评价, 给出了砂土液化分区, 并讨论了洪水泛滥对该区砂土液化的影响。     

饱和砂土的循环边界面本构模

饱和砂土在循环加卸载过程中,土体发生显著的组构变化和塑性变形的累积。试验现象分析表明,循环过程中,砂土的首次与再循环塑性模量既有区别又有联系。因此,论文引入考虑组构变化的剪胀内变量,并提出循环塑性模量的关系式,真实描述上述两种现象;进而基于已有本构模型的基础上,建立饱和砂土的循环边界面本构模型。最后,将饱和砂土的模型预测结果与三轴试验结果进行验证对比,得到较好地吻合,这表明该模型能够合理反映饱和砂土循环加卸载的变形行为。     

基于PFC~(3D)的砂土直剪模拟及宏细观分析

为能更好地分析砂土在剪切过程中的体积变化及力学行为,通过PFC~(3D)颗粒流程序,按照室内实际级配建立数值试样,进行了不同垂直压力下的砂土直剪试验模拟,并将模拟结果与室内试验结果进行了对比;研究了砂土在剪切过程中的体积变化,并用两种方法分析了砂土剪切带的演变过程;从细观角度对试样颗粒的速度场及力链网络的发展变化进行了分析研究。结果表明,数值模拟结果与室内试验结果基本一致,砂土的体积变化表现为先剪缩后剪胀,剪胀量与垂直压力成反比;剪切带厚度约为11～12倍d_(50),在剪切带内颗粒的位移和欧拉角变化较大;试样内部强力链的演变较为明显,力链网络对外荷载变化的敏感性很高;剪切过程中上盒颗粒速度场方向的变化能够较好地解释砂土产生的剪胀现象。     

饱和砂土的循环边界面本构模型

饱和砂土在循环加卸载过程中,土体发生显著的组构变化和塑性变形的累积.试验现象分析表明,循环过程中,砂土的首次与再循环塑性模量既有区别又有联系.因此,论文引入考虑组构变化的剪胀内变量,并提出循环塑性模量的关系式,真实描述上述两种现象;进而基于已有本构模型的基础,建立饱和砂土的循环边界面本构模型.最后,将饱和砂土的模型预测结果与三轴试验结果进行验证对比,得到较好地吻合,这表明该模型能够合理反映饱和砂土循环加卸载的变形行为.     

基于DIC的受载砂土颗粒体系的细观参数及运动分析

本文结合DIC方法对砂土体系进行可视化的直剪试验。通过对所采集的数字图片进行预处理,得到利于计算砂土体系细观参数的优质图片,经过图像分割和区域标记,最后利用MATLAB计算得到体系孔隙率、定向率和各向异性率等细观参数。对图像进行DIC计算分析,得到砂土颗粒体系的位移等值线云图,分析了体系内的砂土颗粒在直剪试验中的运动情况,并定性描述了位移突变对体系部分力链传递过程的影响。     

冲击压缩下玻璃样品后自由表面速度的过冲现象

实验发现当飞片碰撞玻璃样品产生的冲击载荷超过一定值后 ,玻璃样品后自由表面速度时程曲线上有过冲现象 ,即速度上升到最大值后 ,立即开始下降 ,其时间的开始部分类似于三角波。通过高速摄影和VISAR等测试手段对这一现象进行了较系统的研究 ,发现其与玻璃样品后自由表面附近的破碎有关 ,建立了描述这一破坏现象的损伤演化方程 ,并进行了数值模拟。计算结果和实验结果吻合 ,表明对这个现象的解释是合理的。     

黄河三角洲粉质土的动模量和阻尼比试验研究

结合室内共振柱和动三轴实验,对黄河三角洲饱和原状粉质土体(粉土、粉砂、粉质粘土)动模量和阻尼比的影响因素和发展规律进行了详细的研究。研究表明,在粉粒和粘粒含量对动模量的共同影响中,粉粒含量起着举足起重的作用;侧限压力对归一化剪模比和阻尼比的影响均较显著,相比粘粒含量的影响不大。通过与Seed建议的砂土及饱和粘土的G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行对比,结果显示研究区的粉质土相比一般的砂土和饱和粘土而言,其动力变形特性更接近于砂土,但是与砂土也存在着非常明显的差异;其发展规律与其他地区沉积粉质土也较为不同,具有明显的区域性。采用修正了的Hard in-D rnevich模型和对数模型分别对G/Gmax~γ曲线和λ~γ曲线进行拟合,给出了三类粉质土的归一化动力变形G/Gmax~γ/γr关系曲线,对模型中有关参数的影响因素做了初步的探讨。     

砂土双屈服面的数值建模

通过研究中密砂在等p路径和增p路径下的三轴试验曲线,发现其应力-塑性应变关系曲线在常规应力范围内具有较好的量纲一化特性。选择合适的指标对砂土三轴试验数据进行量纲一化,以量纲一的试验数据为训练样本进行神经网络训练,得到了两种砂土比较理想的双屈服面神经网络模型。研究结果表明两种路径下屈服面是不同的,该方法能反映应力路径的相关性。     

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。     

砂土类材料离散元细观参数的自动识别

准确的细观参数是采用离散元进行合理模拟的前提,基于最优化理论,本文提出了一种砂土类材料离散元细观参数的自动标定方法:采用PFC离散元软件模拟砂土的双轴压缩试验,以使PFC数值模拟的应力–应变曲线与某标准砂土室内双轴压缩实验结果的误差最小为优化目标,采用模式搜索法实现砂土类材料离散元细观参数的自动标定。本文提出的离散元细观参数自动标定方法具有识别效率快,精度高的优点。     

低含水率砂土和饱和砂土场地爆炸成坑特性实验

爆坑是土中爆炸荷载作用下的主要响应形式,基于大型爆炸实验场地,开展了一系列低含水率砂土和饱和砂土中的爆炸成坑现场实验,研究了药量、埋深及含水率等因素对土中爆坑效应的影响。研究结果显示:根据药包的比例埋深,低含水率砂土场地的最终爆坑形态可以分为隐爆、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑3类,发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3;形成抛掷型爆坑的条件为比例埋深小于1.5 m/kg1/3;当比例埋深为1.5~2.3 m/kg1/3时,形成塌陷型漏斗坑。土中孔隙水压力的增大导致坑壁周围土体发生了液化流动、坍塌,最终造成爆坑横向尺寸的扩大。相同爆源条件下,饱和砂土场地形成的坑面直径比低含水率砂土场地提高了25%~35%,饱和砂土场地发生封闭爆炸的极限比例埋深可达2.5 m/kg1/3。     

圆板振子超谐分岔和混沌运动的实验研究

设计了非线性圆板混沌实验振动台,就轴对称圆板在简谐载荷作用下的非线性动力学行为进行了较为系统的实验研究,理论分析和数值计算,对基础作简谐运动,周边固支圆板,进行了实验。通过测量时间－中心挠度的加速度曲线,进行快速傅立叶变换（FFT）分析,实验发现了对称破缺,超谐分岔,调幅调相等复杂现象;对基础作简谐运动,周边固支,中心加质量块的圆板,进行了实验,通过测量时间－周边应变曲线,进行FFT分析,实验发现了混沌,对称破缺和恢复及超谐分岔等复杂动力学行为。     

以超声振动原理模拟滑动轴承的气蚀磨损

采用超声振动原理建立了滑动轴承气蚀磨损模拟试验装置,并用该试验装置研究了滑动轴承气蚀磨损现象,通过分析比较大量实验研究结果,发现了一些新的气蚀现象,并对滑动轴承气蚀机理进行了分析。     

饱和砂土对地震的动力响应

本文用“工程近似”方法研究了饱和砂土对地震的动力响应。根据饱和砂土对循环荷载动态响应的机理建立了简化模型，给出了描述动态响应的动力方程和描述孔压产生与消散的扩散方程。用Ｎｅｗｍａｒｋ方法与有限差分数值求解这些方程。求得了饱和砂土层对地震的动力响应，包括孔压、剪应力与表面加速度的变化，并对数值结果进行了分析、讨论。     

剪胀性饱和砂土弹塑性模型

在修正剑桥模型基础上,本文建立的剪胀性饱和砂土弹塑性模型使用相变状态参数描述剪胀性饱和砂土剪胀特性,克服了修正剑桥模型不能直接模拟剪胀砂土力学行为这一局限性。该模型有两方面的改进:一方面,模型将剪胀应力比Md引入剪胀方程;另一方面,模型在塑性功基础上提出用与应力路径无关的硬化参数来替代修正剑桥模型中的塑性体积应变增量。通过试验验证及与修正剑桥模型计算结果对比,结果表明,该模型较适合模拟剪胀性饱和砂土的力学性能,同时也能较好地体现较密实砂土的硬化及软化现象。模型共8个参数,用常规三轴试验就可获取。     

饱和砂土动本构理论研究进展

饱和砂土由于它对动载荷作用的特殊敏感性在土动力学和土工抗震问题研究中占据了重要的地位,本文介绍了饱和砂土的基本动力学特性,并对当前饱和砂土动本构理论的研究进展作了较为系统的评述,以期对进一步的研究有所稗益．