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     

龙口垂向二维流场数值模拟

根据物理实验的具体条件,应用基于RANS方程和VOF方法对堰流垂向二维流动进行了数值模拟.计算结果复演了堰流的四种典型流态,并与实验结果中水位、流速分布以及最大流速沿程分布相比较,表明数值模拟方法是可行的.以长江口青草沙水库主龙口施工过程为背景,在给定上下游不同水位差的情况下,对龙口垂向二维流动进行了数值模拟.给出了龙口大流速区的位置,比较了在不同龙口底槛高程的情况下龙口局部流场的变化特征.     

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.     

利用强夯模拟试验研究饱和砂土强夯动本构关系

饱和土是孔隙中充满水的松散介质, 在强夯冲击荷载作用下的变形是非线性变形, 因此, 饱和土强夯动本构关系有其特殊性。本文利用具有 90年代先进水平高精度、高灵敏度的MTS810土动三轴仪对强夯加固饱和土地基进行了全面、系统的模拟试验, 试验按模型比设计, 试验条件与实际土体工况符合, 通过多组不同条件的组合试验, 获得了大量强夯数据, 在此基础上结合强夯现场试验对强夯过程中各种变量的变化过程及其相互关系进行了分析研究, 推导出强夯冲击荷载作下饱和土的动本构关系, 对强夯作用下土体动本构关系问题作出了有益的探索。     

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．     

饱和-非饱和土壤中污染物运移过程的数值模拟

本文提出了一个模拟饱和 非饱和土壤中溶和污染物运移过程的数值模型．模拟的控制污染物运移的物理 化学现象包括：对流，机械逸散，分子弥散，吸附，蜕变，不动水效应．发展了一个修正的特征线Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法以离散污染物运移过程的控制方程并导出了一个用于有限元方程求解的显式算法．数值例题结果表明所提出模型和算法的功能     

饱和土中爆炸波传播问题的数值模拟

应用流体弹塑性力学的框架描述了爆炸荷载作用下饱和土介质的本构模型,包括体积压缩关系和强度关系。应用LS-dyna软件分析了三相饱和土介质中的爆炸波传播及其与结构的相互作用问题,并与先前完成的试验结果进行了对比,两者吻合较好。饱和土中爆炸波传播的一些特殊现象被重现,表明本构模型的描述是可行的。     

基于Monte Carlo模拟的砂土液化评估研究

探讨了MonteCarlo模拟方法用于砂土液化势评估的基本原理和过程, 建立了评判砂土液化的随机模拟模型和概率分布函数, 以及随机模拟的流程框图。     

冲击载荷下饱和砂土渗流和破坏的实验研究1)

对饱和砂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.     

饱和砂土的三剪弹塑性边界面模型研究(二)——模型验证及应用

为验证所提饱和砂土三剪弹塑性边界面本构模型的适用性,取南昌地铁某车站进出口底板下的纯砂,掺入粒径小于0.075mm的江西红黏土颗粒,配制成含泥量分别为0%、5%、10%且密实度分别为25%、45%、70%的砂土样,通过常规三轴试验和循环动三轴试验确定模型参数,将试验数据与理论计算结果对比后发现两者具有较好的一致性,本构模型能较真实地反映饱和砂土样的变形、体变、孔隙水压力特性。其中,等量代换法和坐标平移法的数值计算结果相差不大,坐标平移法数值计算结果更接近试验结果。结果还表明:在单调荷载作用下,砂土的围压和含泥量越大,剪胀现象越不明显;砂土的密实度越大,剪胀现象越明显。在循环荷载作用下,砂土的围压和密实度越大,达到循环稳定时的轴向应变和孔隙水压力越小;轴向应力幅值、频率、含泥量越大,达到循环稳定时的轴向应变和孔隙水压力越大。另外,还将本构模型应用于砂土样的真三轴数值模拟。结果表明:单调加载时中间主应力影响系数b取值越大,应力峰值也越大;循环加载时侧向主应力σ₂和σ₃与竖向应变的关系均呈负相关性,侧向最小主应力s3、含泥量、循环应力幅值与孔隙水压...     

复杂加载条件下的砂土本构模型

试验表明,饱和砂土的应力应变关系具有显著的密度以及压力依存性,上述两点构成了描述砂土静力加载下变形特性无法忽视的因素. 此外,在循环加载等复杂加载作用下,砂土还会表现出明显的应力诱导各向异性以及相变转换特性. 基于在e--p空间中存在唯一的临界状态线这一基本假定,通过在e--p空间中引入当前状态点与临界状态线的距离R来作为反映密度与压力依存特性的状态参量, 将变相应力比以及峰值应力比表达为状态参量的指数函数,将上述应力比参量引入到统一硬化参量中可准确地反映初始状态下围压、密度 对于单调加载下应力应变关系的影响规律,能描述砂土剪缩、剪胀,应变软化、硬化等特性. 采用非相关联流动法则,p--q空间中采用水滴型屈服面,塑性势面为椭圆面,松砂在单调加载下的静态液化现象也可描述. 为反映循环加载下塑性体积应变的累积特性以及塑形偏应变的滞回特性,在循环加载下将状态参量R表达为应力比参量,并在硬化参数中引入描述应力诱导各向异性特性的旋转硬化部分,所提模型可有效地描述循环加载下剪切模量的衰减特性、刚度衰化性质、强度减小特性,在不排水约束作用下,则会产生往返活动性现象. 通过一系列的模型模拟与试验结果对比,验证了本构模型的有效性及适用性.      

上覆单相弹性层饱和地基上弹性基础的竖向振动分析

基于Biot动力控制方程,运用Fourier积分变换技术,并按照混合边值条件和连续条件建立了上覆单相弹性层饱和地基上弹性基础竖向振动的对偶积分方程.利用正交多项式将对偶积分方程化简,得到了动力柔度系数随无量纲频率b0的变化关系曲线,从而得到了上覆单相弹性层饱和地基上弹性基础的竖向振动规律.数值分析结果表明,对于弹性基础,当弹性基础的挠曲刚度较大时,发现弹性基础的竖向振动特性与刚性基础的类同,可忽略挠曲刚度对竖向振动的影响,且当无量纲频率较小的时候,动力柔度系数Cv随着无量纲频率b0的变化而发生显著的变化,但当无量纲频率b0较大的时候,动力柔度系数Cv受无量纲频率的影响较小,甚至基本上不受影响.当弹性基础的挠曲刚度较小时,随着挠曲刚度的减小,弹性基础的竖向振动将发生显著的变化,动力柔度系数Cv的实部和虚部的绝对值均变大.     

饱和粉细砂层变形对锚索预应力影响规律研究

土层变形是造成预应力值波动甚至失效的重要原因. 利用载荷位移传递函数,基于弹性理论建立了饱和粉细砂层变形过程中锚索受力模型,通过实例研究了锚索预应力值在施工过程中的变化规律及锚固体在地层变形中的受力特性,结果表明锚固体接触面剪切刚度,锚索倾斜角度以及锚固体直径都是影响锚固体内力及接触面剪切应力的重要因素,为类似的预应力锚索支护工程的设计施工提供经验.     

上覆单相弹性层的饱和地基上弹性圆板轴对称竖向振动分析

基于弹性层和饱和土半空间轴对称弹性波动方程,运用Hankel积分变换方法,得到它们在变换空间内的解.进而由层间完全接触条件及圆板底面的混合边值条件,构造一组描述上覆单相弹性层的饱和地基上弹性圆板轴对称竖向振动的对偶积分方程.将该对偶积分方程化为易于数值计算的第二类Fredholm积分方程,求得地基表面动力柔度系数随无量纲频率的变化曲线及弹性圆板的相对位移幅值.     

Liquefaction and displacement of saturated sand under vertical vibration loading

In order to investigate the influence of the vertical vibration loading on the liquefaction of saturated sand, one dimensional model for the saturated sand with a vertical vibration is presented based on the two phase continuous media theory. The development of the liquefaction and the liquefaction region are analyzed. It is shown that the vertical vibration loading could induce liquefaction. The rate of the liquefaction increases with the increase of the initial limit strain or initial porosity or amplitude and frequency of loading, and increases with the decrease of the permeability or initial modulus. It is shown also that there is a phase lag in the sand column. When the sand permeability distribution is non-uniform, the pore pressure and the strain will rise sharply where the permeability is the smallest, and fracture might be induced. With the development of liquefaction, the strength of the soil foundation becomes smaller and smaller. In the limiting case, landslides or debris flows could occur. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (40025103, 10202024)     

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．      

NUMERICAL SIMULATION OF WIND-BLOWN SAND MOVEMENT BASED ON SPH

运用光滑粒子流体动力学(smoothed particles hydrodynamics, SPH)方法对沙粒和气流的相互耦合运动特性进行了分析,研究提出了风沙流的SPH数值方法并进行了数值模拟. 首先提出了风沙流的SPH建模方法和基本理论,建立了风沙流动的SPH数值模拟平台. 其次通过建立风沙流的SPH 模型并施加边界条件,对自然风作用下沙粒的运动情况进行了数值模拟,详细分析了沙粒运动轨迹及特性,最后通过与相关研究成果对比分析,验证了完善后的SPH方法有效性. 通过考虑气流场的可变性,在风沙流SPH计算模型中引入了加载(起风)和卸载(停风)方式,观察并对比分析了沙粒的运动轨迹和特性. 为进一步研究风沙流的实时动态非线性行为提供了SPH理论基础和数值分析方法.     

梁-桩-土竖向耦合振动特性分析

针对桩与连续梁组合这一基础形式,研究了梁—桩—土竖向耦合振动特性. 首先,将桩假设为一维黏弹性杆件,采用平面应变模型模拟桩侧成层土对桩的动力作用. 同时,桩顶对梁的支撑简化为竖向点支撑. 然后,分别根据一维杆件纵向振动理论和Timoshenko梁理论给出桩和梁的竖向振动控制方程并求解,进而借助离散傅里叶逆变换获得在梁上瞬时激振下梁和土层以上桩段的时域响应半解析解. 通过与有限元模拟结果对比,验证了解的合理性. 在此基础上,讨论了梁几何参数和桩身缺陷对梁—桩—土竖向耦合振动特性的影响.      

爆破震动对某边坡稳定性影响的数值模拟

爆破震动是影响边坡稳定性的一个重要因素之一。结合实际工程文章利用了拉格朗日有限差分法FLAC程序对爆破震动作用下某边坡进行了数值模拟。讨论了利用FLAC进行边坡动力分析时设置边界条件设置、动力时程的合成、输入以及转化,阻尼的合理选取。从位移场和速度场进行了详细的动力分析。获得该边坡爆破震动特征及位移场、振动速度场的变化规律。研究成果对保证边坡安全具有较好的指导作用。