静力触探锥头阻力的近似理论与实验研究进展

锥头阻力在静力触探试验中扮演着十分重要的角色.从不同角度,对触探中锥头阻力的研究进行简要阐述,对承载力理论、空洞膨胀理论、应变路径法及运动点位错法等几种理论分析方法进行了回顾.另外,对数值分析和实验研究的进展情况进行了叙述.并对各种方法的适用性进行了比较.承载力理论虽然简单,但忽略了土的压缩性和探杆周围初始应力的增加,所以不能精确地模拟锥头的深层贯入.空洞膨胀理论提供了一个分析锥头阻力的简单而较精确的方法,它考虑了土的压缩性(或膨胀性)和锥头贯入过程中锥杆周围应力增加的影响.但这种方法是将锥头贯入与空洞膨胀之间做了一个等效模拟,所以不同的模拟方法,得到的结果差别较大.应变路径法能够有效解决饱和粘土中的不排水贯入,但不适用于砂土.运动点位错法因为考虑了部分排水,所以能较好地预测固结系数,但采用了线弹性分析,故位错法在其他方面的应用还需要大量的试验验证.有限元法在处理锥头贯入这类慢侵彻问题时缺乏一种很好的处理技术,导致它在进行破坏荷载计算时有显著的误差和数值计算困难.标定槽试验将在验证和建立锥头阻力与土的性能关系方面继续起到一个重要作用,但其结果需经过校正后才可应用到现场.最后对该领域的研究趋势进行了讨论.      

基于孔压静力触探(CPTU)测试的连云港海相粘土前期固结压力确定方法研究

首先回顾了基于孔压静力触探(CPTU)测试确定前期固结压力的方法,通过连云港海相粘土场地进行的CPTU试验资料,以室内固结试验得到的前期固结压力作为参考值评估了经验方法预测前期固结压力的有效性。最简单的方法是直接建立前期固结压力和净锥尖阻力的关系,同时也是最有效的方法。     

运用轻便触探和静载荷试验研究黄土的湿陷性(英文)

黄土在应力作用下迂水时力学强度迅速下降 ,产生大范围的快速沉陷。这就是黄土的湿陷性 ,是黄土的诸多特性之一。鉴于对黄土湿陷性以往用各种实验室试验指标进行评价 ,这里提出运用动力触探和静载荷试验进行黄土湿陷性原位评价的一种简便的新方法。该方法的试验程序是 ,先用轻便可变动能触探仪在天然状态和饱水状态下进行触探试验 ,而后在触探孔完成静载荷压缩性试验。运用中国黄土高原黄土原位动力触探和静载荷试验测得的资料 ,详细分析了天然状态的黄土对探头阻力 qdnat,饱水状态的黄土对探头阻力 qdsat,实验室测得的湿陷性指数δs压缩曲线参数 (即触探极限压力 ppf,触探蠕变压力ppl 和触探载荷模量Epn)的关系。结果证明所提出的方法适用于原位判定黄土的湿陷性。     

上海软土地区静力压桩若干问题的探讨

我国目前桩基设计规范对压桩施工过程中的桩身结构强度验算,尚未做出明确的规定,本文围绕这一问题讨论了以下问题:(1)进入持力层不同深度对压桩阻力的影响;(2)用静力触探比贯入阻力预估压桩阻力;(3)压桩施工过程中桩身结构强度的验算。     

基于CEL有限元法的大管径钢管桩贯入海基过程的承载力分析

鉴于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)有限元方法在计算分析接触大变形问题时的优势,建立了大管径钢管桩贯入海基的CEL有限元模型,即在被贯入的海基层采用欧拉有限元法建模,其它层采用拉格朗日有限元法建模,两者之间通过罚函数的接触算法进行耦合．在欧拉有限元模型中,采用算子分裂技术．为兼顾计算模型的精度和效率,本文先对模型的网格密度和贯入速度进行稳定性分析,以此确定合适的网格模型和适宜的贯入速度,同时验证CEL方法在贯入模拟中的可行性．随后针对不同土体类型和不同土体参数变化,探究土体贯入阻力随贯入深度的变化规律．计算结果表明砂土的贯入阻力最大,粉砂土次之,粘土的贯入阻力最小;且贯入阻力对土体内摩擦角的变化最为敏感,对土体粘聚力的变化比较敏感,而对土体模量的变化不敏感．     

基于邓肯-张的冻结粉质粘土本构模型试验研究

为研究冻结粉质粘土强度和变形特性,以沈阳地铁DK11+395联络通道处人工冻结粉质粘土为研究对象,通过冻土三轴剪切试验,研究了不同试验条件下冻结粉质粘土的强度和变形特性。试验结果表明：围压、温度和试件初始含水量是影响冻结粉质粘土强度和变形的主要因素。冻结粉质粘土偏应力-应变曲线呈应变硬化型,其破坏强度和切线弹性模量随围压和试件初始含水量的增加而增大,随温度的升高而减小,破坏偏应力比Rf取值在0.79~0.96之间。基于试验数据建立了以上述三因素为影响因子的冻结粉质粘土Duncan-Chang模型。通过回归分析,建立了模型参数a和b与围压、初始含水量和温度之间的线性回归公式。将依据模型计算的偏应力-应变曲线与对比试验曲线相比较,发现两者具有较好的吻合程度,说明建立的模型能够准确反映围压、初始含水量和温度等条件对冻结粉质粘土强度和变形的影响规律。上述研究成果为冻结粉质粘土强度和变形特性的研究提供了参考,为人工冻结法施工提供了指导,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

FFP在黏土中贯入过程的CFD模拟

圆锥静力触探法(Cone penetration test, CPT)广泛应用于土的抗剪强度测试中。在此基础上发展的自由落体式贯入仪(Free fall penetrometer, FFP),依靠自由下落获得的动能和自身重力势能贯入土中,不需要借助外部加载装置,提高其使用的便捷性。但在动力贯入过程中FFP与土的相互作用更为复杂,涉及到土体的率效应和拖曳阻力等的影响。因此,对FFP各项受力和相关参数的准确分析有助于提高其实用性以及测量的准确性。作者采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)的分析软件ANSYS CFX 17.0模拟FFP在均质黏土中的贯入过程,借助动网格的大变形分析方法来模拟FFP贯入过程中的运动边界问题。提出了薄层单元法模拟FFP与土体的界面摩擦接触行为。在CFD模拟中,土体材料采用非牛顿流体来模拟,其剪切强度受土体切应变率的影响(即土体的率效应)。通过模拟贯入仪在黏土中以不同的速度贯入的过程,研究FFP的端部阻力和侧壁阻力与贯入速率、土体强度和密度、界面摩擦系数以及率效应参数之间的关系,建立了端部承载力系数、端部和侧壁率效应参数及拖曳系数的表达式,并提出了土体不排水抗剪强度的预测方法,为FFP测试数据的解析提供依据。      

FFP在黏土中贯入过程的CFD模拟

圆锥静力触探法(cone penetration test,CPT)广泛应用于土的抗剪强度测试中.在此基础上发展的自由落体式贯入仪(free fall penetrometer,FFP),依靠自由下落获得的动能和自身重力势能贯入土中,不需要借助外部加载装置,提高其使用的便捷性.但在动力贯入过程中FFP与土的相互作用更为复杂,涉及到土体的率效应和拖曳阻力等的影响.因此,对FFP各项受力和相关参数的准确分析有助于提高其实用性以及测量的准确性.作者采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的分析软件ANSYS CFX 17.0模拟FFP在均质黏土中的贯入过程,借助动网格的大变形分析方法模拟FFP贯入过程中的运动边界问题.提出了薄层单元法模拟FFP与土体的界面摩擦接触行为.在CFD模拟中,土体材料采用非牛顿流体来模拟,其剪切强度受土体切应变率的影响(即土体的率效应).通过模拟贯入仪以不同的速度在黏土中贯入的过程,研究FFP的端部阻力和侧壁阻力与贯入速率、土体强度和密度、界面摩擦系数以及率效应参数之间的关系,建立了端部承载力系数、端部和侧壁率效应参数及拖曳系数的表达式,并提出了土体不排水抗剪强度的预测方法,为FFP测试数据的解析提供依据.     

粉质粘土结构性参数试验研究

为合理描述外部环境改变引起土体结构性的变化规律,基于综合结构势理论,通过三轴剪切试验,研究了应力比结构性参数(mη)随试验条件的变化规律。试验结果表明:粉质粘土应力-应变曲线包括应变软化型曲线、理想弹塑性曲线、应变硬化型曲线3种形式;粉质粘土强度随着含水量的增大而减小,随着围压的增大而增大。粉质粘土应力比结构性参数随着含水率和围压的增大而减小。采用初始应力比结构性参数和结构性损伤量参数两个参数,建立了粉质粘土结构性应力-应变数学模型。将试验结果与模型计算结果进行了对比分析,结果表明二者强度误差小于3%,说明了所建立模型的合理性。     

上海市崇明岛浅层砂土、粉土分布探讨

通过对崇明岛内大量勘探资料的分析研究,本文分析了岛内浅层砂土、粉土的分布特征,并根据岩性及静力触探指 标对其进行详细分类,找出了每类土的典型静力触探曲线,最后探讨了各类土的液化问题。     

The extension theorems of cone linear operators

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｔｉｓｗｅｌｌ＿ｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｔｈｅｏｒｅｍｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｅｍｓｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓ.Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏｍａｎｙｆｏｒｍｓ,ａｎｄ ,ｏｆｃｏｕｒｓｅ,ｈａｓｆｏｕｎｄｍａｎｙｉｍｐｏｒｔａｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｕｃｈｆｉｅｌｄｓａｓｎｏｎｓｍｏｏｔｈａｎａｌｙｓｉｓ,ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｐｒｏｂｌｅ…     

Existence and Multiplicity of Positive Solutions for a Fourth-Order P-Laplace Equations

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐ＿Ｌａｐｌａｃｅｅｑｕａｔｉｏｎｓａｒｉｓｅｉｎａｖａｒｉｅｔｙｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ,ｔｈｅｙａｐｐｅａｒａｓｍｏｄｅｌｓｏｆｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａ,ａｌｓｏｉｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｅｌｆ＿ｉｇｎｉｔｉｏｎｏｆａｃｈｅｍｉｃａｌｌｙａｃｔｉｖｅｍｉｘｔｕｒｅｏｆｇａｓｅｓ(ｓｅｅ [1 ]ａｎｄｉｔｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ) ,ｒｅｃｅｎｔｌｙ ,ＷＡＮＧＪｕｎ＿ｙｕ (Ｒｅｆ.[1 ] )ｓｔｕｄｉｅｄｔｈ…     

Effect of disturbances at inlet on hypersonic boundary layer transition on a blunt cone at small angle of attack

To investigate the effect of different disturbances in the upstream, we present numerical simulation of transition for a hypersonic boundary layer on a 5-degree half-angle blunt cone in a freestream with Mach number 6 at 1-degree angle of attack. Evolution of small disturbances is simulated to compare with the linear stability theory （LST）, indicating that LST can provide a good prediction on the growth rate of the disturbance. The effect of different disturbances on transition is investigated. Transition onset distributions along the azimuthal direction are obtained with two groups of disturbances of different frequencies. It shows that transition onset is relevant to frequencies and amplitudes of the disturbances at the inlet, and is decided by the amplitudes of most unstable waves at the inlet. According to the characteristics of environmental disturbances in most wind tunnels, we explain why transition occurs leeside-forward and windside-aft over a circular cone at an angle of attack. Moreover, the indentation phenomenon in the transition curve on the leeward is also revealed.     

圆柱、圆锥和圆台的平衡裕度分析

提出了平衡裕度的新概念,并给出了保守力场中物体或系统静力平衡裕度的定义。以此为基础,分析计算了圆柱、圆台和圆锥体的静平衡裕度,并讨论了各几何参数的变化对平衡裕度的影响。文中提出了对静力平衡系统平衡状态差别的定量评价问题,并给出了利用平衡裕度对系统平衡状况进行定量分析的方法。文中提出的研究思路是一种新的系统安全评价方法,对其它系统的研究也有借鉴意义,研究结果对工程安全设计也有启发。     

解三维摩擦接触问题的一个二阶锥线性互补法

针对三维摩擦接触问题的求解,给出了一种基于参变量变分原理的二阶锥线性互补法. 首先,基于三维Coulomb摩擦锥在数学表述上属于二阶锥的事实,利用二阶锥规划对偶理论,建立了三维Coulomb摩擦接触条件的参变量二阶锥线性互补模型,它是二维Coulomb摩擦接触条件参变量线性互补模型在三维情形下的自然推广;随后,利用参变量变分原理与有限元方法,建立了求解三维摩擦接触问题的二阶锥线性互补法. 较之于将三维Coulomb摩擦锥进行显式线性化的线性互补法,该方法无需对三维Coulomb摩擦锥进行线性化,因而在保证精度的前提下所解问题的规模要小很多. 最后通过算例展示了该方法的特点.      

流动聚焦实验

介绍了一种制备微纳米量级颗粒的流动聚焦技术,它的最基本的特点是从毛细管流出的液体由高速运动气体驱动经小孔聚焦形成稳定的锥,锥顶端射出的微射流因不稳定性破碎成小颗粒.实验在自行设计的装置上完成.分析了流动聚焦技术中影响锥-射流以及颗粒形貌的因素,总结了过程中装置的结构参数以及气体压力降、液体流量和物性等参数对射流的直径的影响.结果显示该技术制备的颗粒单分散性好,直径达到微米和亚微米量级,在工业方面有重大应用前景.     

锥体效应对超音速湍流边界层统计特性的影响

通过直接数值模拟,计算了空间模式下,来流马赫数为2.5, 半锥角为$5^{\circ}$, 零攻角的绝热钝锥湍流边界层,研究了湍流的统计特性,并把结果与超音速平板湍流边界层和马赫数为6的高超音速钝锥湍流边界层的结果进行了比较,重点定量地考察了锥体效应对边界层湍流统计特性的影响. 研究发现,锥体效应对平均温度剖面以及压缩性的影响是显著的;而其它统计量,比如速度壁面律、雷诺应力的分布和湍动能各项的贡献等,受锥体效应的影响很小.      

Recovery of Stresses in a Beam from those in a Cone

We consider a trapezoidal thin plate, as shown in Figure 1, which has one end loaded by a concentrated transverse unit force and the other clamped at zero displacement. The stress is determined according to a method proposed by Galerkin [1] which involves the superposition of two plane elastic stress distributions. To access the accuracy of the method, the oblique sides of the trapezium are allowed to become parallel so that, in the limit, the trapezium becomes a rectangle of the same area. The limiting values of the maximum stress components are exactly those obtained by the Saint-Venant method for a bar. However, over the clamped end, the displacement vanishes only at three arbitrarily selected points. A similar procedure is applied to the transversely loaded truncated cone, but now the limiting values of the stress do not entirely match those obtained by the Saint-Venant theory for a circular cylinder. We also briefly discuss, for completeness, the same bodies under axial loadings, and arrive at similar conclusions which therefore hold for general loads. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

应力脉冲在变截面SHPB锥杆中的传播特性

为研究混凝土材料的动态力学性能 ,将原有的SHPB装置改装成直锥变截面式SHPB。系统分析了应力脉冲在直锥变截面杆中的传播特性 ,讨论了大小端杆径、过渡段长度以及锥角等对波传播的影响 ,为合理设计直锥变截面式SHPB装置提供了理论依据。