颗粒表面粗糙度对材料小应变动力特性的影响

土体的小应变剪切模量和阻尼比是表征土体动力学特性的重要参数,不仅受到土体密实度和应力状态的影响,还受到土体颗粒级配、形状等颗粒特征的影响。颗粒表面粗糙度是重要的土体颗粒特征之一,然而关于颗粒表面粗糙度对土体小应变动力特性影响的研究较为匮乏。利用能量注入式虚拟质量共振柱设备,系统地测试了颗粒表面粗糙度不同的玻璃珠所成试样的小应变剪切模量和阻尼比;采用三维干涉显微镜测量了玻璃珠的表面粗糙度,并量化表征粗糙度对试样小应变剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明,在相同孔隙比和有效应力条件下,试样的小应变剪切模量随颗粒表面粗糙度增大而减小,而小应变阻尼比受颗粒表面粗糙度影响的规律不明显。研究结果表明,当材料的颗粒形状、级配等因素相近时,颗粒表面粗糙度对材料小应变剪切模量的影响不应被忽略。

混凝土芯水泥土复合桩竖向承载特性分析方法

基于Euler梁理论和状态空间法,建立了综合考虑非线性芯桩-水泥土-桩周土界面作用的双层叠合直梁分析模型及其状态方程,推导了成层土中不同组合形式的复合桩截面内力与变形的统一解析解,有效地考虑了复合桩分析中土与结构相互作用、结构局部参数发生变化等难点。通过与已有文献中现场试验和数值计算结果对比,验证了该方法的有效性,并讨论了桩径比、芯长比和水泥土弹性模量对桩承载特性的影响。研究结果表明:(1)桩径比增大,可提供的桩侧摩阻力和桩端阻力增大,复合桩竖向承载力基本呈线性增长;(2)芯长比增大,复合桩竖向承载力的增长幅度逐渐增大;(3)水泥土弹性模量对于桩竖向承载力影响较小。

砂土各向异性和不排水剪切特性研究

在不同应力路径下,进行三轴和扭剪不排水剪切试验,揭示砂土力学行为与应力路径和各向异性的关系,并对砂土的细观结构和各向异性进行量化.研究结果表明,砂土的力学特性受材料各向异性和应力各向异性耦合影响.砂土各向异性的量化研究和力学试验结果为后续本构模型发展提供了依据.

砂土中打入桩沉桩过程位移与应变场的三维离散元分析

模型槽试验可用于分析打入桩沉桩过程中土体应力、位移和应变场的演化规律,对准确分析打入桩的承载特性至关重要。采用GPU加速三维离散元软件,通过轴对称模型及粒径细化方法,模拟了60°圆心角断面模型槽内砂土中的闭口桩打入过程,着重分析了桩端阻力、土体位移场与应变场的演化趋势,与文献中的试验和有限元模拟结果进行了定性与定量对比,验证了该离散元模型的有效性。主要结论如下:(1)对沉桩过程的离散元模拟,模型尺寸需满足最小槽径-桩径比和桩径-粒径比等尺寸要求,经单元试验参数标定后,可定量分析打桩过程中的土体变形模式;(2)根据沉桩过程中的位移场形态,近桩处土体可分为竖向压缩区、过渡区、径向压缩区,土体最大位移发生在过渡区;(3)桩下方土体主要受到竖向压缩且在桩端处存在应变集中,桩侧土体主要受径向压缩且在桩肩处存在应变集中。模拟结果可结合打桩过程中的土体应力场分布,为打入桩设计方法的改进和承载力计算提供依据。

砂性土打入桩竖向承载力计算方法评价

海洋工程中常见的砂性土打入桩设计方法包括传统美国石油协会API法与基于静力触探试验CPT的ICP-05、UWA-05、Fugro-05和NGI-05等。但这些设计方法的可靠性与准确性仍然存在争议,其主要原因在于缺乏高质量的静载试验数据来对这些计算方法进行全面评价。为了对各种设计方法进行统一评价,并为新建立的打入桩设计方法提供原始数据进行标定和校验,因此建立具有广泛代表性的桩基承载力静载试验数据库尤为重要。基于以上原因,在国际上一些常用数据库的基础上进行扩充整理,组建了更具代表性的ZJU-ICL砂土数据库,其中包含118根高质量打入桩静载试验数据,并对该数据库采用统计方法对上述5种设计方法进行评价。

土的组构各向异性及其本构模拟研究进展

天然土的组构具有各向异性,对其力学特性影响显著。随着实验和数值模拟技术的进步,对土的组构各向异性及其演化规律的认识也逐渐深入。本文介绍了近年来各向异性砂土和黏土本构模型的发展,分析了基于弹塑性和亚塑性理论框架建立的土体本构模型的特点,总结了当前模拟各向异性砂土和黏土所面临的挑战,对进一步开发模拟更准确、物理意义更明确、更具普适性的本构模型进行了展望。

顶管施工对土体影响的现场试验研究

通过对顶管工程的现场试验,得到了顶管施工对土压力,孔隙水压力,水位以及深层土体位移和地表位移的影响,从中得出了顶管施工对土体扰动的大小及其扰动范围的规律,并从理论上分析了原因,为顶管工程的应用提供了参考。

土的基本特性及本构关系

面对土的外延持续拓展、内涵不断深化、本构模拟精度要求日趋提升的挑战,土的基本特性与本构关系研究要回归初心,面向工程需求,聚焦于达到工程分析精度而需要刻画的土的宏细观一体化特性,称作土的工程本征性。工程本征性主要有三相性、各向异性、摩擦性和剪胀性等几个方面,其内涵和发展趋势基于研究现状进行探讨。研究与刻画土的工程本征性时,应基于一体化的思路,注重细观特征和宏观特性刻画精度的均衡性,即:宏观层面的研究指导在细观层面有目标的观测,而不需要无止境的追求各类细观层面的细节;细观层面的研究为宏观层面的刻画提供充分依据,从而克服脱离细观机理的唯象假设。以土的工程本征性为核心探讨土的基本特性与本构关系研究的宏细观一体化建模方法,结合强度理论和多过程耦合模型等课题探讨研究现状与发展趋势。简要回顾本构理论研究的重要进展,指出土的本构理论研究已经具备深厚积累,以期为宏细观一体化的工程本征性研究奠定坚实的基础。

MATLAB在有限元教学中的应用与实践

利用MATLAB在有限元教学中进行公式推导和程序编写,可极大地降低学生掌握有限元理论和进行程序设计的难度,从而提高学习兴趣和效率.另外,利用MATLAB强大的图形处理功能,也可方便地进行有限元分析的后处理,增加学生对计算结果的感性认识,提高教学效果.经过几年的教学实践,发现学生经过本课程后,均具有独立使用MATLAB进行有限元程序设计的能力.

砂土中桩循环打入过程大变形数值模拟

深入认识桩打入过程引起的桩周土体应力场变化对准确计算打入桩的竖向承载力十分重要。在有限元分析软件ABAQUS中采用大变形任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法以及状态相关莫尔-库仑砂土本构模型,模拟了室内标准模型槽试验,得到了桩循环打入过程中桩周砂土全阶段的应力变化规律,并重点分析了径向应力,验证了桩侧砂土应力水平的h/R效应(h为测点与桩尖竖向距离,向上为正;R为桩半径),获得了应力与桩尖和桩中心线相对位置的分布规律。数值模拟结果与室内模型试验实测结果较一致,验证了数值模拟方法的可靠性;有效补充了试验中难以测量的近桩侧区域的应力分布数据,可为打入桩的承载力设计理论和设计方法研究提供依据。

海洋岩土工程进展

1会议概况 “海岸和近海岩土工程国际学术研讨会”（International Symposium on Coastal ＆ Offshore Geoteehnies，ISCOG）于2012年11月16～18日在浙江杭州召开。此次研讨会由浙江大学建筑工程学院主办，由浙江省钱塘江管理局、中国水电顾问集团华东勘测设计研究院和国家海洋局第二海洋研究所协办，并得到国家自然基金委、浙江省“985工程”涉海国际交流与合作基金和浙江省杰出青年基金等的资助。

基于弹性地基曲梁理论的盾构隧道管片分析方法

基于弹性地基曲梁理论,考虑管片接头的抗弯、抗压和抗剪性能,采用状态空间法,求得圆形盾构隧道管片环在周围土压力作用下变形和内力的解析解.通过与有限元和简化解结果的对比,验证了解析结果.参数分析表明,在盾构工法的典型地层范围内,接头剪切刚度的变化对衬砌内力和变形的影响明显小于其他2个方向刚度的变化.衬砌的水平变形由受压内缩趋势和荷载差异导致的横扩趋势共同决定.接头轴向刚度的削弱加剧内缩趋势,土弹簧的存在对上述2种趋势的发展起限制作用.当接头轴向刚度较小时,内缩趋势占主导地位,将导致衬砌向内的水平变形.

打入桩设计方法可靠性研究

打人桩设计方法可靠性研究国际研讨会（International Workshop to Advance the Reliability of Driven Pile Design Methods）于2014年9月22～24日在杭州举行。此次研讨会由浙江大学主办、浙江大学建筑工程学院承办，会议旨在交流打人桩设计方法可靠性研究的最新成果，并为进一步研究指明方向。

不规则动荷载作用下砂土孔压特性试验研究

以多组人工调制的不规则正弦波荷载作为输入荷载,对饱和松砂开展一系列动三轴试验,探讨应力时程中不同脉冲幅值和脉冲顺序对砂土孔压特性的影响。试验结果表明,出现更早、幅值更大的应力脉冲更易导致孔隙水压力的发展,同时也更易诱发砂土液化。进一步地,峰值应力之前和之后的脉冲波组对孔压发展的影响有所不同。此外,不同荷载模式下,饱和松砂动孔压比与振次比存在近似唯一关系。根据砂土孔压特性,引入单位体积剪切功并考察其与超静孔压的内在关联,得到了孔压比与正交化剪切功的归一化关系。这一关系具有应力路径无关性,受动荷载不规则性影响较小,但与材料特性即土体种类有关。

初始组构各向异性对砂土力学特性及临界状态的影响

采用离散元方法,利用半径扩展法和重力沉积法分别生成具有初始各向同性和各向异性内结构的试样,并开展三轴不排水压缩和拉伸试验,研究不同制样方法产生的初始各向异性对砂土宏微观力学特性及其临界状态的影响。运用组构张量对砂土的各向异性进行量化,分析不同初始组构各向异性对组构张量演化的影响并确定了组构张量的临界值。试验结果表明:初始组构各向异性对试样的剪胀性有重要影响,由于受重力影响形成初始各向异性,其各向异性程度越大、组构方向与加载方向越一致,剪胀性越显著;初始组构各向异性对试样的临界状态没有影响,砂土的组构张量具有唯一的临界状态值。

堆石料颗粒破碎强度的尺寸和形状效应隐式离散元研究

采用隐式离散元法(DEM),亦称非光滑接触动力学(NSCD)法,模拟了堆石料单颗粒的一维压缩破碎过程。采用多面体颗粒近似真实堆石料颗粒的不规则棱角状形状,并通过Voronoi空间划分将母颗粒离散成若干多面体子颗粒,子颗粒间通过接触面上的内聚力模型(CZM)胶结发生相互作用,胶结断裂则可反映颗粒的破碎过程,可避免传统DEM中常用的碎片替代法和胶结小球法的缺点。首先使用巴西劈裂试验获得CZM参数,其后开展了不同粒径颗粒的一维压缩试验,结果表明颗粒破碎强度服从Weibull分布,且破碎强度大小和变异性均随着颗粒尺寸的增大而减小。还进一步模拟了不同形状颗粒的压缩试验,发现颗粒形状与加载方向均对颗粒破碎强度有显著影响。长轴方向加载破碎强度通常最低,且在相同等效粒径下,球状、椭球状、扁平状颗粒的平均破碎特征强度依次降低。

基于状态空间法的阶梯型变截面水平受荷桩分析方法

为研究阶梯型变截面桩的水平承载特性,基于Timoshenko梁理论,建立了综合考虑桩基尺寸效应、剪切变形和桩基材料非线性效应的四弹簧模型及其状态方程,获得了非线性桩土相互作用下任意长细比的桩截面内力与变形解析解。通过与已有文献中现场试验结果对比分析,验证该方法的适用性和有效性,并讨论了变径位置、桩径比和弹性模量比对桩基受荷特性的影响。研究结果表明:(1)桩基水平承载力对三者的敏感性为:桩径比>变径位置>弹性模量比;(2)综合考虑桩承载能力和经济性,建议变径位置、桩径比和弹性模量比取0.6。

基于热力学理论的超固结黏土边界面模型

基于热力学理论和临界状态土力学的框架,建立了耗散应力空间内的α-β屈服面。定义耗散势和背应力为应力的函数来实现在真实应力空间非相关联流动。基于边界面模型框架,准确模拟了超固结黏土在初始屈服面内的弹塑性响应。采用临界状态线与边界面交点在静水压力轴上的投影为映射中心,并定义剪胀函数,保证了"干侧"发生剪胀,而"湿侧"发生剪缩。与Boston Blue Clay,Lower Cromer Till和London Clay 3种土在不排水条件下的三轴试验数据进行对比,验证了模型的合理性和有效性。

交通荷载作用下K0固结硬黏土动力特性研究

利用GDS动三轴仪及空心圆柱扭剪仪对K0>1的英国Gault硬黏土和Kimmeridge硬黏土进行了不排水条件下大周数(1万次)循环加载试验,研究了交通荷载作用下循环应力比及主应力轴旋转对K0固结原状硬黏土动力特性的影响。试验结果表明:与软黏土相比,硬黏土具有较为明显的脆性特征;随着循环应力比的增大,其动力变形响应可分为"稳态"、"亚稳态"和"非稳态"等三种类型。在主应力轴旋转条件下,硬黏土轴向应变在拉伸侧不断发展,回弹模量逐渐减小,土体循环弱化程度较三轴加载条件下更为明显。

颗粒特性对材料小应变动力特性的影响

土体的小应变剪切模量和阻尼比是表征土体动力学特性的重要参数。针对文献中关于砂土颗粒形状与粒径大小对小应变动力特性的影响仍存在争议,利用能量注入式虚拟质量共振柱,系统测量了特定形状与粒径的聚碳酸酯颗粒试样的小应变剪切模量和阻尼比。试验结果表明,颗粒粒径大小对试样的小应变动力学特性影响不大,而颗粒形状则有显著影响。球形颗粒试样的小应变剪切模量小于椭球颗粒和双球颗粒的试样,而球形颗粒试样的小应变阻尼比大于椭球、双球颗粒试样。椭球和球形颗粒混合试样的小应变剪切模量和阻尼比则处于两种单一颗粒之间。小应变剪切模量与阻尼比均与颗粒综合规则度存在较好的相关性,表明综合规则度可用于表征颗粒形状对材料小应变动力特性的影响。