基于颗粒重组理论的水合物沉积物温-压耦合热力学模型

水合物沉积物赋存时的温度和孔隙水压变化对沉积物的力学性质影响明显。基于颗粒重组理论,通过引入温-压耦合系数δ、剪应变和体应变胶结应力衰减方式(λ_(v),λ_(s))和水合物饱和度影响下的剪胀方程d,建立了水合物沉积物温-压耦合热力学模型。利用数值模拟结果同室内试验结果的对比分析,从宏观力学性质变化和微观作用机理两个角度探讨了围压、水合物饱和度和温-压耦合系数对沉积物力学特性的影响。最后,对模型中的刚度系数和体应变衰减参数进行敏感性分析。结果表明:引入温-压耦合系数的水合物沉积物模型能够很好的描述沉积物赋存的温度和水压同其力学特性变化关系。环境温度降低和水压增大增强了微观层面水合物的胶结强度和刚度,宏观表现为峰值强度、应变软化和剪胀性提高。刚度系数γ通过增大沉积物初始刚度使得沉积物表现出更强的峰值强度。体应变衰减参数λ_(v)通过提高胶结应力衰减速率增强沉积物的应变软化特性。

考虑超固结效应的不同温度路径下饱和粉质黏土的热固结

通过室内试验,研究了超固结比OCR对不同温度路径下中空圆柱饱和粉质黏土热固结特性的影响。研究表明,同一升温过程、不同超固结比试样所产生的最大孔压基本相同,但在相同的降温过程中,随着OCR的增大,产生的负孔压的绝对值有增大的趋势;升温或降温过程产生的体应变随着OCR的增大而减小,呈指数形式变化,并且温度幅度越大,这种变化幅度也越大;经过升温-降温过程后的最终体应变也随着OCR的增大而减小;升温或降温到同一温度值,其过程设置的温度等级越多,固结体应变也越大,并且随着OCR的增大,不同等级之间的体应变差值减小,而OCR对不同等级升温-降温后的最终体应变间的差值影响较小。

基于颗粒物质热动力学理论的非饱和土热水力耦合模型研究

基于颗粒物质热动力学理论和混合物理论,结合改进的土水特征曲线(SWCC)模型,考虑温度和饱和度变化引发的颗粒层次能量耗散,提出了一个非饱和土的热水力耦合模型。该模型引入颗粒熵和颗粒温度的概念,通过构建热力学恒等式得出非饱和土非弹性变形的本构关系,并通过迁移系数和能量函数模型将非饱和土体的耗散机制与宏观的物理力学行为建立联系。基于该理论模型,研究了非饱和土的热水力耦合问题,通过模拟结果与试验数据的对比,证实了模型的有效性。模拟结果表明,模型具有描述非饱和土在不同温度和吸力下的固结和剪切特性以及非等温条件下的热体应变特性的能力。

不同升温-降温路径下中空圆柱饱和粉质黏土的热固结

利用自行研制的适用于中空圆柱体试样并可控制试样内、外边界温度的热固结试验装置,进行了一种饱和粉质黏土的热固结试验。温度路径包括试样内、外边界等温单级和多级升温-降温以及内、外边界不等温多级升温-降温,温度荷载的施加范围为25℃~75℃,围压为50 k Pa、100 k Pa、150 k Pa、200 k Pa四种情况。论文研究了不同升温-降温路径和不同固结压力条件下饱和粉质黏土的孔隙水压力和固结体应变随时间的演化规律,并对不同温度路径下的试验结果进行了比较。分析表明:同一温度路径下,围压越大,升温或降温所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越小,固结体应变的大小与围压大小并不成单调关系;同一围压下,升温或降温幅度越大,所产生的最大归一化孔隙水压力的绝对值越大,相应的固结体应变也越大;经过不同温度路径升、降温到同一温度值,设置的温度等级越多,产生的体应变也就越大,并且相同温度等级路径,内、外等温的情况要比不等温情况产生的体应变大。

基于墙后填土各向异性强度的土压力计算方法

基于散体介质宏微观力学分析,通过引入平均投影固体路径和真应力两个物理量,建立了砂土原生各向异性强度准则。当应力主方向和组构主方向重合或接近时,砂土强度显著提高。在此基础上,推导了具有原生各向异性的地层的土压力计算公式,并对朗肯土压力系数进行了修正。分析了原生各向异性和内摩擦角对墙后土压力的影响。理论预测结果与试验数据对比分析表明:原生各向异性的大小和方向均对土压力产生影响,当各向异性方向改变时土压力的变化规律不同;随着内摩擦角的增大,各向异性和各向同性条件下的主动土压力强度都逐渐减小,当原生各向异性方向改变时,这一规律同样适用。文中建立的土压力计算方法考虑了地层的各向异性影响且形式简洁,便于工程应用。

描述饱和砂土剪切特性的一个热力学本构模型

砂土的力学特性十分复杂,与其所处的物理状态直接相关,表现为松砂的剪缩以及密砂的剪胀特性,受相对密度和有效围压的共同影响。为有效地描述饱和砂土在不同物理状态下的剪切特性,基于颗粒物质热动力学理论,考虑颗粒层次能量耗散机制,并结合引入状态参数的剪胀方程,发展一个饱和砂土的热力学本构模型。该模型形式较为简单,不涉及屈服准则、流动法则等概念,而是引入颗粒熵和颗粒温度的概念来描述砂土内部的不可逆变形,并通过迁移系数和能量密度函数将饱和砂土内部的能量耗散机制与宏观力学行为建立联系。模型可以反映饱和砂土在剪切过程中由于相对密度和有效围压的变化对土体强度和变形特性的影响。基于模拟计算结果与等向压缩、三轴不排水以及排水剪切试验结果的对比,验证了模型描述饱和砂土剪切特性的能力。

考虑多栋相邻高层建筑同时施工的桩筏基础-地基相互作用分析

结合实际工程,采用FLAC-3D三维数值模拟方法,通过对比单栋高层建筑与其所在的高层建筑群体两种模型的计算结果,分析了多栋相邻高层建筑同时施工对上部结构-地基-基础共同作用产生的影响,包括桩筏基础和地基的变形及受力特性.结果表明:考虑共同作用时,多栋相邻建筑同时施工,会使地基产生附加应力的叠加并向周围扩散;最大沉降区域发生偏移,差异沉降加大;筏板的压应力减小,拉应力增大;桩轴力明显增大,尤其是桩顶轴力.邻近建筑荷载同时施工对共同作用产生的影响在施工中期比在施工完成时表现更为明显.

管线穿越不均匀结构沉降缝的施工技术和控制方法

北京市南水北调郭公庄水厂工程,水厂炭吸附池系列建筑因受到施工用地紧张,各构筑物之间间隔较小,构筑物之间的沉降缝两侧存在不均匀沉降。在该工程穿墙管道的设计中,既要考虑穿墙管与墙体之间的防渗问题,又要考虑沉降缝两侧的不均匀沉降对管道造成的变形影响。本文依托该工程,提出了一种管线穿越不均匀结构沉降缝的施工技术和控制方法,解决了因不均匀沉降造成水工构筑物破坏及管道变形问题,实现了降低因不均匀沉降造成跨越沉降缝的工艺管道变形及水工构筑物破坏风险,为今后类似工程提供经验借鉴。

土体冻结过程中相变导热的光滑粒子法分析

相变导热在矿山工程、城市地铁、河底隧道等领域有着广泛的应用.由于该问题模型方程独特的数学性质及网格背景数值方法的局限性,引入光滑粒子算法求解相变导热问题.给出基于Fortran语言开发的数值分析程序,并通过推导得到的半无限域凝固问题的解析解验证了其精度和可靠性.最后针对低温冻结管作用下土体冻结过程进行了分析,计算结果表明:土体冻结过程中冻结锋面的移动速度随时间逐渐减小,温度场曲线上的"折线"变化是相变时潜热释放引起的;冻结温度对土层冻结的发展影响显著,冻结管的温度越低冻结锋面的移动速度越快;冻土导热系数k_s的取值大小对冻结锋面的移动速度没有显著影响;然而未冻土导热系数k_l取值越大,土层中冻结锋面的移动速度越快.

柱锤冲扩桩+CFG桩联合处置深厚垃圾杂填土地基的效果分析

北京某水工构筑物地基加固工程,首次采用柱锤冲扩桩+CFG桩二元桩联合处理深厚垃圾杂填土地基。结合此项目,分析了二元桩处置深厚垃圾杂填土地基的作用机理,并通过数值模拟计算,分析了深厚垃圾杂填土地基的二元桩处置效果。在此基础上,通过与只采用CFG桩地基处理方法的对比,总结了柱锤冲扩桩+CFG桩二元桩地基处理方法在深厚杂填土地基中的优势。结果表明:采用二元桩地基处理方法不仅减小了总体的地基以及桩基础沉降值,还减小了的不均匀沉降;同时减小了桩轴力值以及最大弯矩值,并能充分发挥各桩的作用,从而使荷载分配更为均匀。

循环温度荷载引起的饱和粉质黏土的超固结效应

对正常固结的饱和粉质黏土试样进行升温-降温过程的室内热固结试验,温度变化过程为25℃→75℃→25℃→75℃….温度循环变化过程中不允许试样排水,而当温度稳定后进行排水固结,进而得到整个温度循环过程中的孔隙水压力消散以及固结体应变变化过程.在初始温度下（25℃）,对另外一些试样施加较大的固结压力完成初始固结,然后再卸荷至较小的固结压力,形成不同超固结比土样（OCR=1,2,3,4）,并进行升温-降温（25℃→75℃→25℃）的热固结试验.基于以上试验,建议了一个循环温度荷载作用下正常固结土和超固结土样的似超固结比的估算方法.研究表明,无论是正常固结土样还是超固结土样,在经过多次温度循环荷载作用后,会呈现为明显的超固结效应.而在相同的循环次数下,温度荷载作用引起的超固结效应随围压的减小而更为明显.