土体呈梯形分布的光滑直立型挡土墙土压力理论

尝试性地建立梯形土体的土压力理论(包括主、被动土压力),挡土墙被简化为光滑直立型.通过算例的数值分析发现,梯形土体的土压力理论给出的主、被动土压力均小于等于经典土压力理论Rankine公式和Coulomb公式的主、被动土压力,其差值在地表附近为0,当深度有一定增加时会出现,并随深度的增加而变大,且该差值在被动土压力中表现得更明显.结果表明,与新建立的关于梯形土体的土压力理论相比,Rankine土压力理论和Coulomb土压力理论会在一定程度上高估梯形土体的主、被动土压力.

低含水率非饱和砂土抗剪强度研究

在引进附加内压力概念的基础上 ,将非饱和砂土中的基质吸力划分为毛细吸力和附加内压力两部分 ,进一步将低含水率非饱和砂土中的有效应力区分为由基质吸力引起的有效应力及由重力和其它外力产生的有效应力两部分 ,基此推导出了基质吸力与抗剪强度之间的关系 ,第一次成功地解释了关于非饱和砂土抗剪强度的Donald实验现象 :非饱和砂土的抗剪强度随含水率降低、基质吸力增大而升高 ,但升高的速度逐渐减缓 ,并当基质吸力超过某一阀值时 。

不均匀沙起动理论及戈壁风蚀层形成动力学

定义了不均匀沙有别于均匀沙的起动概念,得出了不均匀沙中各粒径沙具有不同的流体起动风速,且不等于对应粒径均匀沙流体起动风速的结论,具体表现为:不均匀沙中小粒径沙的流体起动风速大于相同粒径均匀沙的流体起动风速,而其中大粒径沙的流体起动风速又小于相同粒径均匀沙的流体起动风速。然后应用不均匀沙起动风速理论,讨论了戈壁风蚀层与环境风力之间动态平衡的建立过程。

粗糙度动力学特性的初步研究

建立了一个描写粗糙壁面附近流场的理论模型,并进行了相应的数值分析.发现粗糙度具有随边界层外部风速的增大而减小的动力学特性,这与最新的实验结果相符合.说明粗糙度不但是一个与壁面形态有关的几何参数,而且是一个与粗糙壁面附近流场流动情况有关的动力学参数,从理论上打破了粗糙度仅依赖于粗糙壁面几何形态的传统看法.

碎石桩传力特性的实验研究及其理论分析

应用自行设计制造的二维实验设备,通过杠杆砝码加压与测力环直接测量桩底压强相结合的方法,研究了不同长度碎石桩的传力方式和破坏模式.实验发现,直径和填料一定的碎石桩存在一个临界桩长(临界长径比),当桩长跨越临界值时,碎石桩内部以及与桩周土之间的传力方式要发生改变.桩长小于临界值时,随着桩顶荷载增加,桩底的承载贡献率增大,而桩周土的承载贡献率减小.与之相反,桩长大于临界值时,随着桩顶荷载增加,桩底的承载贡献率减小,而桩周土的承载贡献率增大.实验还发现短桩和长桩的不同传力方式决定了不同的破坏模式.随着桩顶荷载增加,短桩将发生桩底刺入破坏,而长桩将发生顶端鼓胀剪切破坏.借鉴Janssen的"粮仓效应"经典理论,建立了二维碎石桩的传力模型.该模型对长桩定性符合良好,但对短桩不适合.

对均匀沙流体起动风速的研究

从学术观点和方法上将研究边界层流动对粗糙壁面的摩擦切应力与研究均匀沙流体起动风速统一了起来;;既关心了布满均匀沙的沙床上颗粒的流体起动风;;又关心了稀疏分布着均匀颗粒的光滑地表上沙子的流体起动风速;;得出了用边界层外参考风速表示的流体起动风速随颗粒分布密度的增加呈指数增长规律;;而用摩阻流速表示的流体起动风速与颗粒分布密度的二分之一次方成正比的规律;;与有关实验数据取得一致.当颗粒的分布密度逐渐增大时;;本文得到的均匀沙流体起动风速公式最终退化为传统的均匀沙流体起动风速公式.

金川构造应力场对巷道工程稳定性的影响

在研究金川矿区断层产状要素与构造应力场分布规律之间关系的基础上,定义了表征矿岩和围岩中2组优势节理面剪切滑移危险程度的破坏因子,分析了矿区沿脉方向上,由主应力方向变动引起的矿体上盘围岩中2组优势节理面上破坏因子的变化过程。计算结果给出,在矿区东部,F1产状节理面是巷道稳定的主控因素,而在矿区西部,F17产状节理面有可能成为巷道稳定的主控因素。理论分析与沿脉巷道变形破坏的现场监测结果相一致。

临界侵蚀风速与植被盖度之间的关系

应用粗糙边界层中阻力分解规律的研究成果,建立了描写临界侵蚀风速与植被盖度之间关系的数学模型。该模型给出:地表土壤的临界侵蚀风速与植被盖度之间呈指数依赖关系,即随着植被盖度的增大,临界侵蚀风速呈指数增加。这一理论结果与实验数据符合良好。在此基础上,定义了理想盖度和警戒线盖度两个概念,并给出了它们在评价环境良好程度和环境破坏程度方面的指示意义。

颗粒状粗糙元对可蚀性地表的保护作用

应用粗糙壁面附近湍流边界层的阻力分解规律,研究了可蚀性地表上散布的颗粒状粗糙元的防风蚀效应。认为按一定密度散布在地表的颗粒状粗糙元(例如粗沙和砾石等),对抑制风蚀起到了两个关键作用:其一,增大地表盖度以减少暴露面积;其二,削弱了暴露面积上的风阻力。基于这一认识,应用量纲分析原理,建立了地表风蚀率与边界层外风速、粗糙元分布密度之间关系的理论公式,并依据有关实验数据分析了公式的可靠性。

地下管道受冻土冻胀影响和轴力作用的力学分析

考虑了冻胀敏感性土和冻胀非敏感性土在交界面两边的冻胀差异性,及穿越两种土壤交界面的输油、输气管道的内禀轴向力(可能源自温度应力、交界面处的水平冻胀效应,以及管道安装时产生的初应力等)的联合作用,建立了可用于计算管道的横向位移(挠度)、弯矩和剪力等分布状态的数学模型,并进行了解析求解.对该模型基于算例的数值分析表明,管道中存在一定程度的轴向拉力有利于冻胀环境下管道的安全运营,而存在一定程度的轴向压力不利于管道在冻胀环境下的安全运营.暖季埋设的管道在冷季来临时,温度应力表现为轴向拉应力.忽略其他原因产生的轴向压力,管道会因温度拉应力的存在而变得更加安全稳定.

粗糙元覆盖对土壤风蚀的控制作用

应用湍流边界层中粗糙壁面的阻力分解规律研究土壤风蚀中的临界侵蚀风速、输沙率和风蚀率,建立了一个揭示地表粗糙元对土壤风蚀控制作用的理论模型。该模型给出了临界侵蚀风速与盖度之间的指数关系,临界侵蚀风速与农田茬高之间的指数关系,以及反映输沙率(或风蚀率)与盖度(或茬高)、风速之间依赖关系的理论公式。然后应用天然地表风蚀和农田风蚀的多家实验数据,对这些理论公式进行了广泛地检验和评价,发现具有很好的普适性。

以弧为分析对象的无缝线路热胀屈曲理论模型

给出了新的道床横向阻力函数,纠正了旧阻力函数的两个主要缺陷,即零位移对应非零阻力,且无法表示负位移产生的阻力.以弧为研究对象(原始构型),使用新阻力函数建立了分析无缝线路热胀屈曲的新理论,推导了新理论的简化形式,以便工程应用,这是对以弦为研究对象,使用旧阻力函数建立的传统理论"统一公式"的改造和提高."统一公式"存在的不足之处,在新理论中得到了修正.

液桥引力效应对非饱和土抗剪强度的影响

建立了相互接触的不等直径颗粒间的液桥模型,对其数学描写主要体现为,用圆弧段近似液桥子午线的形状并选其半径作为液桥外曲率半径;根据液桥的轴向力平衡条件,应用描写弯液面内外压差与两个主曲率之间关系的拉普拉斯公式,得到液桥的内曲率半径.将液桥模型给出的液桥引力公式用于研究低含水率非饱和土的基质吸力与抗剪强度间的关系;应用概率分析建立了一种考虑内部液桥引力效应的双粒径模型土,解释了低含水率非饱和土的抗剪强度随含水率降低、基质吸力增大而逐渐增大,且增长速度由快趋缓的现象.

沙漠风蚀中不均匀沙的起动研究

在不均匀沙的起动风速研究中引进了床面阻力的概念,并进一步假定沙粒在起动过程中 所受床面阻力与不均匀沙的平均抗剪强度成正比,从而依据床面上沙粒的力平衡条件,得到了 一个不均匀沙的流体起动公式,本公式能够明显反映不均匀沙在起动中所表现出来的主要特 征:起动风速随中值粒径的增加而增加;在均匀沙的粒径与不均匀沙的中值粒径相当的条件下 ,不均匀沙的起动风速较小.最后应用文献中所列各沙的起动风速实测值,对公式中的系数进 行了确定,并计算出实测数据与理论数据之间的相关系数 R =0.926,由此可见,公式的结构是比较合理的.

楼梯间外纵墙自重作用下面外失稳的理论分析

某些高层建筑的楼梯间外纵墙,是紧临建筑外部的高度很大的一字型剪力墙,在自身高度范围内,除了底部约束和顶部约束外,其他位置所受约束较弱,存在面外屈曲失稳的风险.建立了描写一字型剪力墙在自重作用下发生面外挠曲变形的微分方程,并求出了其解析解,解的数学形式与贝塞尔函数有关.针对4种边界约束形式(底端固支、顶端自由;底端固支、顶端简支;两端简支;两端固支),高精度地给出了一字型剪力墙发生面外失稳的屈曲临界条件,通过算例对屈曲临界条件的工程应用价值进行了简单评述.

低含水率非饱和土的有效应力及抗剪强度

在暂不考虑其它因素引起的基质吸力组成部分 ,而只考虑毛细水作用对基质吸力的贡献的基础上 ,引进了附加内压力概念 ,将基质吸力分解为毛细吸力和附加内压力两部分 ,进一步将低含水率非饱和土中的总有效应力区分为由基质吸力引起的有效应力及由重力和其它外力产生的有效应力两部分 ,基此推导出基质吸力与抗剪强度之间的关系 ,解释了非饱和土的抗剪强度随含水率降低。

高速滑坡远程预测的块体运动模型

基于对高速滑坡发生机理的认识及对其运动特征和堆积特征的分析 ,认为滑体内部的速度和变形具有不均匀性 ,且运动过程伴随着变形能的积累、释放和损耗。在此基础上 ,假定滑体的运动形式是连续可变的 ,建立了预测高速滑坡远程的块体运动模型。应用该模型可以模拟滑坡发生后滑体运动的全过程 ,同时可预测滑坡的最大滑速和最大滑距。利用该模型对洒勒山滑坡等实例进行了数值模拟 。

金川二矿区1150m中段水平矿柱的屈服破坏过程

金川二矿区采用大面积不留矿柱回填采矿法,开拓出不同标高的两个采矿面,其间为水平矿柱。2004年,水平矿柱东薄西厚,东部二盘区厚度最小,约32 m。通过建立三维有限元弹塑性力学模型,模拟计算了水平矿柱上各盘区的屈服破坏过程。模拟结果表明:水平矿柱的屈服破坏从东部开始,然后扩展到西部,2005年的水平矿柱已基本上整体进入破坏状态;水平矿柱上各盘区在2006年及以后的开采中将很快出现显著沉陷,这与矿区2006年的现场观察相符;已经屈服的水平矿柱对上盘围岩中巷道工程的抵顶作用将衰减,不会成为未来巷道破坏的主要影响因素,故没有必要调整水平矿柱上各盘区的既定采矿方案。