考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态与本构模型研究

临界状态是土力学中一个非常重要的概念,是许多土体本构模型建立的基础。对于珊瑚砂,由于显著的颗粒破碎,其变形特性和临界状态值得深入探讨。通过不同密度和不同围压组合的一系列三轴试验,研究了颗粒破碎对土体变形特性和临界状态的影响,建立了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态数学表达式,并将其引入砂土状态相关剪胀方程,提出了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂状态相关剪胀方程和本构模型。该模型仅采用一套模型参数就能较好地反映珊瑚砂在不同密度、不同围压条件下的应力变形特性,并且可以考虑珊瑚砂的颗粒破碎特性。

密度与应力水平对珊瑚砂颗粒破碎影响试验研究

珊瑚砂在剪切过程中容易发生颗粒破碎,而颗粒破碎与应力水平、初始密度以及应力路径等因素有关。为了研究密度和应力水平对珊瑚砂颗粒破碎的影响,对珊瑚砂进行了三轴压缩试验和侧限压缩试验。文中建立了三轴压缩条件下颗粒相对破碎与围压和试样初始孔隙比之间的定量关系表达式,以及相对破碎与试样平均粒径之间的关系表达式。研究表明,在三轴压缩和侧限压缩条件下,试样的相对破碎均随着应力水平(围压或竖向应力)和试样密度的增大而增大,但两种应力路径下的颗粒破碎程度有显著的不同。

顶管施工对既有桥梁影响的三维数值分析

海绵城市管网顶管施工过程中时常临近既有桥梁,为分析研究顶管施工对既有桥梁的影响,在现场调查及分析勘察设计资料的基础上,分别基于理论分析及三维数值模拟,分析了顶管施工引起地表及既有桥梁附近土体的变形规律,并给出了具体的安全保护方案。研究结果表明,顶管施工对地面沉降的影响明显大于横向位移,非加固区设置应力及变形隔离墙后顶管施工对北新河桥桥台变形基本没有影响。研究结果和方法为类似的顶管工程施工提供了参考,具有实际工程意义。

密度及应力水平对珊瑚砂强度变形特性影响

为研究密度与应力水平对珊瑚砂强度和变形特性的影响,利用三轴仪,对珊瑚砂试样开展了一系列不同密度、不同应力水平条件下的三轴固结排水剪试验。根据试验结果分析了珊瑚砂密度和应力水平对其应力应变、体积变形特性及强度特性等的影响。结果表明,不同相对密度的试样均表现出剪胀特性,同一初始密度的试样,围压越大其剪胀现象越不显著。珊瑚砂初始切线模量随着围压和相对密度的增大而增大,可近似用直线表示,并建立了初始切线模量与相对密度和围压的关系式。相变点应变随围压的增大而增大,随相对密度的增大而减小。珊瑚砂强度指标φ0和Δφ随着相对密度的增大而呈线性增大趋势。

回填荷载作用下桶式结构的内力变化研究

单桶多隔舱型式的桶式结构已经在防波堤工程中得到了应用,但作为直立式岸壁结构,需要在陆侧进行回填,这种结构的安全可靠性尚未得到验证。通过原位试验对桶式结构的内力进行了测试,得到了下桶壁、隔舱、盖板和上桶壁等部位的内力数据。绘制了回填荷载作用下关键部位的混凝土应变随时间变化曲线和钢筋应力随时间变化曲线,发现了桶式结构各部位内力的发展规律,了解了陆侧回填工况下桶式结构的受力状况。试验结果表明结构本身在回填过程中具有良好的稳定性,为结构的进一步优化提供了数据支撑。

土木水利专业学位研究生实践能力的培养策略

针对目前土木水利专业学位研究生实践能力培养方面存在的问题,从课程体系设置、导师队伍建设、设置实践基地或研究生工作站、求职实习及团队学习五个方面进行了实践能力培养模式探索,以期为该专业研究生的培养提供依据。

考虑颗粒破碎的钙质砂双屈服面模型

珊瑚岛礁主要由颗粒形状不规则、多孔隙、高压缩性、易破碎的钙质砂组成。在进行珊瑚岛礁生态开发建设时,由于其地基土钙质砂具有特殊性,有必要针对颗粒易破碎的钙质砂进行本构模型研究,为设计施工提供参考。本文通过开展不同围压下的钙质砂三轴试验并筛分颗粒,得到应力–应变关系曲线及级配变化曲线,结果表明:对于同一级配、同一密实度的钙质砂,在不同围压下存在不同程度的应变软化和剪胀性,尤其在较低围压下更为明显;存在应变软化和剪胀性的围压范围内,随着围压的增大,其偏应力峰值点和临胀点所对应的轴向应变越大;不同围压下钙质砂颗粒均出现了不同程度的颗粒破碎,且围压越大其颗粒破碎程度越大,细粒含量相对越多。同时,为准确描述考虑颗粒破碎的钙质砂应力–应变关系,基于分形理论和莫尔–库仑理论建立颗粒破碎指标对峰值内摩擦角进行修正,并结合试验数据对"南水"模型中的切线变形模量和切线体积比进行修正,明确了各材料常数的意义,建立了考虑颗粒破碎的钙质砂本构模型。采用Fortran语言将修正的本构模型汇编程序进行模拟,并与试验结果进行对比,两者较为吻合。此外,引用文献中相关试验数据对所建立的考虑颗粒破碎的钙质砂本构模型进行推广验证,表明该模型依然能较为准确地反映钙质砂在不同围压下存在的应变软化和剪胀性。

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明:①钙质砂的抗剪强度和内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下,颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。②粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。③颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。

基于隧道刚度折减法的土体开挖对临近既有地铁隧道影响的数值研究

城市地下空间的开发,常出现在既有隧道附近开挖土体.通过三轴试验得出土体南水双屈服面模型参数,根据刚度折减法建立数值模型,分析隧道埋深和基坑偏移对隧道结构的影响.研究表明:开挖后基坑附近的隧道产生向上的位移,基坑中部位移较大,边缘位移较小.隧道埋深越大,上升位移量越小;埋深30 m时,基坑中心和边缘处隧道的竖向位移差最大,弯曲变形和弯曲拉应力也最大.基坑向右偏移12 m时,左侧隧道的上升位移较大,且基坑中心和边缘处的竖向位移差较大,产生较大的弯曲变形和弯曲应力;基坑位于右侧隧道正上方时,上升位移量和差异变形量均较大,其中拉应力和应力的变化最大.

强夯法在某机场跑道地基处理中的应用

某国际机场二期扩建工程地处黄河冲积平原,飞行区部分区域为水库区,兼有粉砂土和淤泥质土,以其作为路基填料时会遇到路基沉降变形,填土难以压实的情况,使飞机运行存在安全隐患。地基处理设计前,根据地形地貌、工程特点与工期要求,主要选用强夯法进行地基处理。本文就强夯法在跑道地基处理中的应用进行介绍。

加载速率对干湿状态下珊瑚礁砂单颗粒压缩特性研究

为了研究加载速率对干湿状态下珊瑚礁砂单颗粒压缩特性的影响,采用干燥和浸泡两种状态下的珊瑚礁砂单颗粒开展不同加载速率的颗粒压碎试验,试验结果表明:①粒径为5~6 mm、6~7 mm、7~8 mm的珊瑚礁砂单颗粒特征抗拉强度分别为18.7、14.2、13.7 MPa,即单颗粒粒径与其特征抗拉强度成反比.②干湿状态下的珊瑚礁砂颗粒,随着加载速率的增加,动态拟合模量E V值均增大;相同的加载速率,干砂颗粒的动态拟合模量E V值比湿砂颗粒大:当加载速率分别为1、1.5、2 mm/min时,浸泡状态的拟合模量较干燥状态的拟合模量分别下降了1.86%、11.02%、24.43%.③随着加载速率的增大,干湿状态下的珊瑚礁砂颗粒破碎拟合后各粒径的分形维数D均增大;相同加载速率下,分析干湿状态下的珊瑚礁砂颗粒破碎后分形维数拟合数据可以得到,浸泡状态的珊瑚礁砂单颗粒破碎后的分形维数D比干燥状态下的珊瑚礁砂单颗粒破碎后稍大.

基于三轴试验的南水模型参数的确定方法

土的本构模型是反映土体应力-应变关系的数学表达式。南水模型是弹塑性模型中的一种,其综合了邓肯-张模型和剑桥模型的优点,并采用多重屈服面,克服了邓肯-张模型和剑桥模型不能模拟围压或平均压力不断减小的应力路径的缺点。简单介绍了南水模型的屈服方程及其参数的推导过程,介绍了获得郑州地区主要土层的南水模型参数的方法:首先对郑州地区的粉土进行饱和,然后利用三轴剪切仪对其进行三轴剪切试验,通过对试验数据的整理与分析,确定南水模型的参数。

扶壁间距对T型地下连续墙开挖稳定性影响研究

基坑开挖时,T型自立式地下连续墙扶壁间距的改变必然影响结构的变形稳定。结合新沟河延伸拓浚工程,基于ABAQUS有限元软件,利用"南水"双屈服面模型对土体的应力应变关系进行描述,对扶壁间距2.4m、6m以及原设计方案3m和没有扶壁四种情况分别进行建模计算,将计算结果比较分析,评价扶壁间距对T型地下连续墙稳定性的影响,为结构的进一步优化提供参考依据。结果表明:随着地下连续墙扶壁间距的增大,同深度墙体水平位移逐渐增大,结构应力安全程度逐渐降低。