一种扩展的Drucker-Prager准则及数值应用

已有Mohr-Coulomb(M-C)准则的匹配圆Drucker-Prager(D-P)准则只能在有限的应力点与M-C准则等效,且不具备应力角效应,在工程数值分析中受到限制.因此,对D-P准则设置了角隅函数来反映应力角效应,采用与M-C准则在π平面上面积等效的方法构建了等面积扩展D-P准则,进一步对等面积扩展D-P准则在中主应力影响下的强度特性进行了分析,最后通过三个算例比较了不同等效D-P强度准则在岩土工程分析中的适用性.结果表明:等面积扩展D-P准则相比其它D-P准则和M-C准则的强度离差更小,整体上在和M-C准则的等效性上表现更佳;数值模拟算例表明等面积扩展D-P准则能够适应各种应力状态,在数值模拟结果上和M-C准则具有更好的等效性,且在计算收敛性上还具有较好的表现,可作为M-C准则的替代.

强降雨条件下隧道洞口边坡开挖渗流特征以及支护方案研究

针对数值模拟软件难以模拟分析强降雨过程中隧道洞口边坡开挖渗流场分布的问题,依托某隧道洞口边坡工程,对FLAC3D软件中的FISH语言进行二次开发,确定降雨渗透过程中不同饱和状态下土体渗透系数值并实时更新降雨入渗的边界条件,分析了不同降雨时长情况下不同支护方案隧道洞口边坡孔隙水压力、基质吸力分布以及安全稳定性。结果表明,历经24 h强降雨,原边坡和采用抗滑桩+锚索支护的边坡表面土体均达到饱和状态,即从坡脚至坡顶浸润线形成贯通;而采用台阶型放坡+锚杆支护的边坡仅在坡脚至边坡二级平台处的表面土体达到饱和状态;降雨过程中采用抗滑桩+锚索支护的隧道洞口边坡与原边坡安全系数的变化规律较为一致,安全系数均为先快速降低后逐渐趋于稳定,直至安全系数达到1.2;而采用台阶型放坡+锚杆支护的边坡安全系数降低幅度较小,其值基本保持在1.8以上;在选择隧道洞口边坡工程扩建方案时,从隧道洞口边坡工程开挖支护方案的安全系数、土方开挖量、总投资等多个角度考虑,抗滑桩+锚索支护方式优于台阶型放坡+锚杆支护方式。

土壤热导率的影响因素实验研究

采用热针法测定室内不同条件下红粘土、粉土和细砂的热导率，着重分析含水率、干密度和土壤质地对土壤热导率的影响规律及机理。研究结果表明：1）相同干密度情况下，粉土和细砂两者的热导率均随含水率的增加而单调线性递增，红粘土的热导率则随含水率的增加而呈现出分段递增的趋势；2）含水率对热导率的影响主要归结为土样中液相（水）热导率、结合水膜（“液桥”效应）2个主要因素，而“液桥”效应对红粘土的热导率影响显著；3）相同含水率情况下，3种土样的热导率均随干密度的增加而递增，具有较好的线性关系；4）土壤质地（细颗粒和石英含量）对土样热导率具有显著影响。

高温下红黏土热导率的变化规律试验研究

目前国际上对高温下土壤热导率的试验和模型预测研究比较缺乏,通过KD2 Pro测试两种红黏土在较广温度范围(5~90℃)和含水率范围内的热导率,并选择IPCHT模型预测高温下体积含水率-热导率的变化规律。测试结果表明,两种红黏土的热导率对体积含水率的敏感程度与温度有关,且热导率均随温度的升高而增大,在90℃时热导率最高可达5℃的3~4倍。60~90℃范围内热导率随体积含水率的变化存在明显的临界含水率(对应土壤的塑性指数),但相同温度、体积含水率下,柳州红黏土中水汽潜热传输效应较桂林红黏土要明显。模型预测研究表明,除粉砂质黏壤土外,高温下IPCHT模型预测效果均不理想,经传质增强因子ξ修正后,柳州红黏土以及细砂的热导率预测值和实测值均相符得较好(RMSE<30%),但桂林红黏土的整体预测效果仍较差。

岩溶地区地源热泵空调系统的实验研究

地源热泵运行中地埋管换热器与岩土层的热交换必然引起地埋管周围温度场的变化。借助岩溶地区地源热泵系统实验平台,开展夏季制冷工况下两种不同运行模式的实验,探讨地埋管周围温度场的变化规律及其对地源热泵性能的影响。实验研究结果表明:1横、竖地埋管管壁温度的变化规律基本上一致,但其管壁温升幅度有所差异,竖埋管管壁的温升幅度(间歇工况3.7℃,连续工况3.2℃)均较横埋管(间歇工况0.9℃,连续工况0.7℃)要大;2横、竖地埋管周围土壤温升幅度跟距离地埋管的远近有关,随着距离的增加,其温升的幅度递减;31.0 m以上地层土壤温度变化受气候环境变化的影响,从而影响了埋深较浅的横埋管。而埋深较大的竖埋管受岩溶地下水渗流的影响;4系统回水温度对热泵机组性能系数COP有显著影响,间歇运行模式下的热泵机组性能系数COP对系统回水温度的变化更加敏感。

水泥胶结钙质砂导热系数的影响因素试验研究

为了探讨水泥掺量P、水灰比W/C(W为水质量,C为水泥质量)、含水率ω等因素对水泥胶结钙质砂导热系数λ的影响规律,基于热探针法测定了不同试验条件下水泥胶结钙质砂的导热系数,分析了各因素影响下导热系数的变化规律,运用电镜扫描技术阐释了上述变化趋势发生的微观机制;在此基础上,提出了考虑水泥掺量、水灰比、含水率3个因素共同影响的水泥胶结钙质砂导热系数计算模型。试验结果表明:(1)水泥胶结钙质砂的导热系数λ显著大于天然钙质砂的λ值,随着水泥掺量P的增加,λ值递增,但增长幅度依次递减;(2)水泥胶结钙质砂导热系数λ随含水率ω的增加而递增,呈正相关关系;水灰比W/C越大,λ反而越小;(3)水泥胶结钙质砂内微孔隙大小、数量的变化从本质上决定了其宏观热传导特性,凝胶状水化产物连续填充其内部孔隙,引起其孔隙率降低,改善砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随着胶结程度的增加而递增;(4)综合考虑P_(s)、ω、W/C的3个因素共同影响的水泥胶结钙质砂导热系数计算模型具有很好的适用性,相关系数R^(2)=0.9164。

基于修正邓肯-张模型模拟红黏土应力-应变关系

分析了原状红黏土的应力-应变关系,从结构性损伤角度进行分段描述:硬化型应力-应变关系分为2个变化阶段,而软化型则分为3个变化阶段。为准确模拟其应力-应变关系,基于结构性修正邓肯-张模型,提出了一种计算损伤参数的方法,并进行原状红黏土三轴固结不排水试验模拟计算,发现模型能较好地反映土体应力-应变在不同阶段的发展规律,其中表征损伤发展速率的参数a^∗与围压以及应力-应变关系曲线类型有关,取值范围在0.15~0.35,对红黏土弹塑性模型的建立具有参考意义。

钙质砂水泥砂浆力学性能试验研究及微观结构分析

为探究新型建筑材料钙质砂的工程性质,对钙质砂水泥砂浆进行了力学性能试验,研究了水灰比、养护条件、养护龄期、级配对其抗压、抗折强度的影响,采用SEM对钙质砂颗粒及水泥砂浆的微观结构进行分析,建立了钙质砂细度模数与吸水率之间的关系曲线。结果表明:钙质砂水泥砂浆早期强度比标准砂稍高,但其28 d强度低于标准砂砂浆;养护初期海水养护试样强度较高,而养护后期淡水养护试样强度明显大于海水养护试样强度。SEM结果显示,水泥水化后的细粒组(GS1)颗粒表面孔隙被C-S-H、Ca(OH)2和C-A-H水化产物胶结良好,粗粒组(GS3)颗粒间仍可以产生较好的咬合力,而中粒组(GS2)因不存在这些优势所以强度小于GS1和GS3。钙质砂吸水率比标准砂高5%~6%,吸水率越低,强度越高;钙质砂细度模数与吸水率为二次多项式关系,在考虑吸水率的情况下,对钙质砂水泥砂浆的抗压强度计算进行了修正。

NaCl盐溶液对珊瑚钙质砂导热系数的影响试验研究

作为海岛工程的常用建筑材料,珊瑚钙质砂在海水环境中的热传导特性变化是一个值得关注的问题。基于热探针法测定模拟海水作用试验条件下珊瑚钙质砂的导热系数变化特征,探讨了盐溶液浓度、盐溶液含量、浸泡养护时间等因素对钙质砂导热系数的影响规律。试验结果表明:(1)珊瑚钙质砂导热系数λ值随着Na Cl盐溶液浓度M、浸泡养护时间T的增加分别递减,减少幅度逐渐变缓;(2)Na Cl盐溶液含量ω极大地影响着珊瑚钙质砂导热系数λ的变化,λ值随ω值的增加而递增,二者具有较好的指数增长关系;(3)上述规律发生的本质原因在于室温下Na Cl盐溶液的导热系数λ小于蒸馏水的导热系数λ值,且前者的λ值随着盐溶液浓度M的增加而递减;(4)考虑Na Cl盐溶液作用(海水环境)下珊瑚钙质砂导热系数λ的计算模型具有很好的适用性。