静压桩的桩侧土压力分布规律数值分析

静压桩的贯入挤土效应导致桩侧土压力升高,探究桩贯入挤土导致的桩侧土压力变化对建立合理的桩贯入阻力计算方法具有积极的意义。因此,采用大变形数值模拟方法和南水本构模型对桩在砂土中的贯入过程进行了分析,探究了桩侧土压力系数K的变化规律。结果表明:桩贯入过程中土体受力可划分为加载、卸载和应力稳定3个阶段,在桩端到达土体所在深度时土体的应力达到峰值,远离后土体发生应力卸载,最后趋于稳定;在深度方向的最大扰动范围为5D(D为桩直径),沿径向最大扰动范围为6D。桩贯入完成后的桩侧土压力沿深度方向近似表现为线性分布,在桩端处出现极值。桩径的变化对土压力的影响不显著,不同直径的桩侧壁土压力接近。随着界面摩擦系数的增加,桩侧土压力逐渐增大。基于数值分析结果提出了考虑桩−土界面摩擦系数的桩侧土压力计算方法。

水压和波浪荷载作用下钢圆筒护岸结构变形研究

针对水压和波浪荷载作用下大直径钢圆筒护岸结构的受力和变形特性,开展了离心模型试验研究,分析了耦合荷载作用下的筒体位移和转角,采用PIV技术分析了土体的流动机制。试验结果表明:在开挖施工期,土体孔压迅速上升,开挖完成后孔压逐渐趋于平缓,但是孔压的变化具有迟滞性,开挖完成一段时间后土体孔压才能保持平稳;随着开挖施工的进行,筒体发生向陆侧的旋转,在开挖进行旋转速度最快,开挖完成后转角变化逐渐趋缓,筒体最大转角为0.32°,最大水平位移为358 mm,方向指向陆侧;在筒体旋转的影响下,地基土发生显著的水平位移,但当距筒的距离超过30 m后,土体的位移较小可忽略不计。总的来说,筒体在施工期位移和变形较小,未发生倾覆和滑移破坏,表明采用该结构能够满足工程要求。

级配对珊瑚砂颗粒破碎与变形特性的影响

珊瑚砂具有典型的颗粒破碎特征,而破碎导致的粒径变化对珊瑚砂力学特性有显著的影响。为探究初始级配和围压对珊瑚砂颗粒破碎及变形特性的影响,选择4种不同初始颗粒级配的试样在4种不同围压下进行了三轴固结排水剪切试验。研究结果表明:在小围压下,剪切过程中不同级配的珊瑚砂试样的应力应变关系均表现出应变软化现象,体变曲线呈现出非常明显的剪胀,而且粒组的颗粒粒径越细,峰值强度越大,体积应变也越大。随着围压的增加,粗颗粒级配砂样表现为应变硬化。研究发现对于某一级配,随着围压的增加加剧了珊瑚砂颗粒破碎的发生,两者之间存在显著的幂函数关系。通过引入级配参数β,建立了颗粒破碎率Br与级配和围压之间的关系表达式。研究还发现在e-(p’/pa)ξ平面内,不同级配的珊瑚砂试样临界状态线为相互平行的直线,其截距eГ与初始孔隙比eic、级配参数β之间存在显著的线性关系,并据此建立了考虑级配影响的珊瑚砂临界状态方程。

寒区工程离心模型试验地基表面换热特性及热边界设置方法研究

温度场的准确模拟是开展寒区工程离心模型试验的关键。目前大多数基于半导体换热装置的相关试验,忽视了热边界的参数设置,导致试验边界条件不清晰。为进一步提升试验的合理性和精确性,采用有限元CFD方法模拟了基于半导体制冷装置热交换场景的、超重力场下密闭夹层空间的换热过程;通过变换模型率、冷端初始温度、间隙间距等主要热边界条件,明晰了该场景下的换热特征及时空规律。在此基础上,结合设备特点与原型实际,提出采用空气冻结指数作为匹配原型环境温度的指标,用于反映地基表面的“冻结程度”,并指导试验中热边界条件的具体参数设置。

基于JAK/STAT信号通路探讨痰瘀同治法对糖尿病大鼠心肌病变的影响

目的 观察痰瘀同治法对糖尿病心肌病变大鼠酪氨酸蛋白激酶/信号转导与转录激活子(Janus activated kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT)信号通路的影响。方法 将模型复制成功的40只大鼠用随机数字表法分为模型组、化瘀组、化痰组、痰瘀同治组、阿拉氯胺(alagebrium chloride, ALT-711)组,另设10只大鼠作为空白组。化瘀组、化痰组与痰瘀同治组分别给予血府逐瘀汤、小陷胸汤、抵当陷胸汤,ALT-711组给予ALT-711。采用PCR法检测晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products, RAGE)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators activated receptorγ,PPARγ)基因表达水平,Western blot法检测RAGE、PPARγ、p-JAK1、p-STAT1和转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)的蛋白表达水平。结果 与空白组比较,模型组RAGE的基因和蛋白表达水平及p-JAK1、p-STAT1和TGF-β1蛋白的表达水平均显著升高(P<0.05),PPARγ的基因和蛋白表达水平均显著降低(P<0.05);与模型组比较,各用药组RAGE的基因和蛋白表达水平及p-JAK1、p-STAT1和TGF-β1蛋白的表达水平均显著下调(P<0.05),PPARγ基因和蛋白表达水平均显著升高(P<0.05);且痰瘀同治组的RAGE基因和蛋白表达水平及p-JAK1、p-STAT1和TGF-β1蛋白的表达水平较化痰组和化瘀组降低更显著(P<0.05),PPARγ基因和蛋白表达水平升高更显著(P<0.05)。结论 痰瘀同治能抑制JAK/STAT信号通路,减少TGF-β1的表达,从而实现对糖尿病心肌病变大鼠心肌的保护作用。

含水率和含盐量对冻土无侧限抗压强度影响的试验研究

为了探索冻土的力学性质,开展了不同含水率、不同Na2SO4含量条件下冻结低液限黏土的无侧限抗压强度试验,探讨了含水率、Na2SO4含量对冻土应力应变特性、强度与破坏类型的影响,以及冻土无侧限抗压强度与上述两影响因素之间的关系。试验结果表明:随着含水率的升高,冻土逐渐表现出塑性;Na2SO4含量越高,脆性破坏特性越显著。冻土强度随含水率和Na2SO4含量的升高先增加,达到最大强度后迅速降低,最大强度对应的含水率为17.5%。含水率为13.5%时,最大强度对应的Na2SO4含量为4.4%,含水率为15.5%与17.5%时,最大强度对应的Na2SO4含量为5.8%。

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。

堆石料的颗粒破碎规律研究

粗颗粒土剪切过程中的颗粒破碎现象已被广泛认识,并且在试验和理论方面进行了大量研究。利用大型三轴仪开展了一系列不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的排水剪切试验,并对试验前后的试样分别进行了颗粒分析,以探讨堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素。试验结果表明:密度对颗粒破碎影响较小,而级配和围压的影响较大,围压越高则颗粒破碎越严重。对比试验前后的粒径分布曲线发现,颗粒破碎主要集中在粒径20 mm以上的颗粒范围内,粒径变化幅度随粒径的减小呈减小趋势。基于分形理论,建立了颗粒破碎分形维数与围压和颗粒级配之间的关系表达式,为进一步研究堆石料的强度、变形及剪胀特性提供依据。

冻融过程对膨胀土裂隙演化特征的影响

干湿与冻融耦合作用是构成高寒地区恶劣气候条件的基本形式之一,对高寒区膨胀土输水渠道的正常运行产生严重影响。以北疆供水工程渠道现场渠基膨胀土为研究对象,开展了单向湿干及湿干冻融耦合循环作用下的裂隙试验,探讨了冻融过程对膨胀土裂隙演化规律的影响。通过对不同试验条件下的膨胀土试样进行CT扫描及三维重构,获得了不同循环次数作用下膨胀土内部裂隙的演化特征。试验结果表明:湿干及湿干冻融耦合循环作用下试样内部裂隙均呈现出由表层向内部的发展规律,裂隙的区域性分布明显。对比不同试验条件下试样内部裂隙的演化特征可知,湿干冻融耦合循环中的冻融过程对试样裂隙的开展深度影响显著,冻融过程造成试样内部裂隙的破碎断裂,宏观表现为非水平向长裂隙向短裂隙的转化。此外,研究还发现采用裂隙体积分数能较好地评价膨胀土试样经受不同循环次数作用下的裂隙发育规律。

考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

临界状态土力学理论在描述细颗粒土应力变形特性方面较为成功，已经成为建立许多黏土和砂土本构模型的基础。对于堆石料，在应力、密度、级配等因素影响下，其变形特性非常复杂，且高应力条件下颗粒易发生破碎，是否存在“唯一”的临界状态值得探讨。通过对不同级配、不同密度的试样在不同围压条件下的一系列大型三轴剪切试验，研究了堆石料的临界状态及其影响因素。研究发现：不同级配、不同密度、不同初始固结应力条件下，当剪应变较大时试样都趋于临界状态，临界状态的值与初始密度、初始级配、颗粒破碎有关；q–p＇平面内，堆石料存在唯一的临界应力比 M；在e– a（p＇/p a ）ξ平面内，临界状态线基本平行，其截距可以根据初始密度和初始级配直接求得。通过对比分析各试样的临界状态，提出了考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态数学表达式。

20万吨级卸荷式板桩码头数值分析

京唐港#36泊位为20万吨级通用散货泊位,采用卸荷式板桩码头结构型式,这是世界上迄今为止设计最大的板桩码头。对于卸荷式深水板桩结构,原有的规范已不再适用,给结构设计带来了一定的困难。基于ABAQUS有限元平台,利用开发的土和结构相互作用软件,对该20万吨级板桩码头初步设计方案进行了三维数值模拟,研究了卸荷式板桩结构的卸荷机理和土与结构的相互作用规律,得到了码头结构的内力和变形等关键设计参数,揭示了码头前墙上的土压力随墙体变形的变化规律,为结构的设计和优化提供了技术支撑。

冻土单轴抗压强度影响因素的试验研究

新疆地区是我国典型的咸寒区,渠基土在冬季的冻结引起了输水渠道衬砌的破坏.为了解冻结状态下渠基土的物理力学特性,在常应变率条件下对新疆北疆季节性冻土区的含硫酸钠渠基土进行了多种条件下的单轴抗压强度试验.结果表明:单轴抗压强度随温度的降低线性增加;单轴抗压强度随干密度的增加而增大,二者之间具有较好的幂函数关系.与氯化钠盐渍土不同,硫酸盐渍土的单轴抗压强度随着硫酸钠含量的升高而增大,并且呈现近似线性增加的特性.

湿干冻融耦合循环作用下膨胀土裂隙演化规律

裂隙的发生与演化是膨胀土在各种外部条件作用下的显著特征。针对北疆高寒地区膨胀土渠道边坡劣化问题,以渠基土每年经历通水、停水及冻结、融化过程为研究条件,开展了单向湿干冻融耦合循环作用下膨胀土裂隙试验。采用计算机断层扫描(CT扫描)及三维重建技术,对湿干冻融耦合循环作用下膨胀土试样内部裂隙演化特征进行定量描述,研究了不同湿干冻融耦合循环次数对膨胀土三维裂隙演化规律的影响。试验结果表明,湿干冻融耦合循环作用下的试样内部裂隙发育存在明显的区域性分布特征,裂隙的发育深度在5次循环后逐渐趋于稳定,对应于试样初始总高度的40%。对比不同循环次数作用下试样内部裂隙的发育形态可知,试样内部裂隙发育模式由循环初期浅层分散分布向后期深层汇聚偏转进行转化。采用切片裂隙率、弯曲度、分支数及死端点4个指标能较好地定量描述裂隙空间分布及连通性随循环次数的演化规律。研究成果对进一步揭示干湿冻融耦合作用下膨胀土渠道的劣化过程和破坏机制具有一定参考价值。

考虑干湿循环作用的膨胀土渠道边坡破坏机理研究

膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同之处。

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。

冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响

干湿作用和冻融作用是季冻土地区复杂环境的两种基本形式,深刻影响着输水渠道的长期稳定性。以北疆膨胀土渠道边坡为研究对象,开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程离心模型试验,探讨了湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响。试验结果表明:湿干循环作用下膨胀土渠道边坡的劣化模式主要为浅层土体强度衰减和表面裂隙发育,同时伴随着显著的土体崩解剥落特征;湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程中则未出现明显的土体崩解剥落现象,主要劣化模式为渠顶区域土体裂隙拓展、连通;湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程使得渠顶处的渠水入渗量大幅增长,造成渠顶土体的干湿循环幅度增大,诱使膨胀土渠道边坡的劣化过程由浅层土体往深层土体发展,在宏观上表现为渠顶及渠坡水位线以上区域内裂隙的连通程度增高、拓展宽度及深度增大,并最终发展为贯穿渠顶的横向张拉裂隙。膨胀土渠道边坡在湿干冻融耦合循环作用下有着自贯穿渠顶的横向裂隙发生失稳破坏的趋势。

堆石料强度和变形特性数值模拟

大型三轴试验结果表明,堆石料在剪切过程中具有明显的应变软化和剪胀特性,其应变软化和剪胀与否取决于土样本身的密度与应力状态:密度越大,围压越低,其应变软化和剪胀性就越明显。通过引入无黏性土的状态相关剪胀理论,对具有不同密实度的堆石料在三轴固结排水剪切过程中的强度和变形特性进行模拟,并与邓肯-张E-B模型和南水模型的模拟结果进行对比,发现该理论仅需一组材料参数就能够较好地反映堆石料的应变软化和剪胀特性。

波浪荷载作用下滩海人工岛工程稳定性评价

波浪荷载是海洋地基土受到的最频繁和最严峻的周期性动荷载。通常坐落在软土地基上的海工结构物的破坏并不是由于其结构本身的破坏,而是由于在波浪等往复荷载的作用,土层受到扰动,承载力降低,致使地基沉降过大,从而导致构筑物失稳。以滩海人工岛构筑物为例,依据前人研究成果,并结合研究区域实际情况,根据三个特征水位(设计高水位、设计低水位及百年一遇高潮位),选取不同强度折减系数来考虑波浪荷载对海床的不同弱化程度。文中建立人工岛评价模型,采用有限单元法,分析了不同水位及对应的波浪荷载作用下的人工岛稳定性现状、竖向位移和水平位移。结果表明考虑波浪荷载作用时,人工岛的稳定性系数大幅降低;而在设计低水位条件下,当波浪弱化作用导致折减后的海床强度为40%时,人工岛稳定性系数为1.064,接近临界失稳状态。

土工测试与勘察技术研究进展

文章总结国内外近年来在土工测试与勘察技术领域的研究进展,主要包括土工室内测试技术,土工离心模拟技术,岩土工程勘察技术,原位测试技术等。分析表明,随着各类工程建设呈现高、大、深、重的趋势,传统的土工测试技术已发生根本改变,考虑"水-热-力"耦合、震动、风化、高压、波浪、冲刷等复杂工况的大型土工室内试验及离心机设备,以及电子测量、光纤测试、电磁测试、声波测试、激光扫描、无线传感、物探等先进勘察技术,在岩土工程领域已得到广泛应用。

堰塞体状态相关剪胀理论与坝体溃决演化规律研究构想

堰塞体一般在自然力作用下瞬间形成,堆积体具有空间结构复杂、坝料级配宽泛、稳定性差、易在水流冲刷下发生溃决等特点。堰塞体作为一种重大的水旱自然灾害,其安全评价和灾害预测是国内外学者关注的焦点,目前尚有很多问题需要解决,包括:1)堆积体由天然宽级配土石料构成,表现出显著的状态相关性,缺乏正确描述这种宽级配堆石料状态的相关剪胀理论与本构模型;2)堰塞体形成后,会受上游堰塞湖水位抬升、持续非稳定渗流、湖区滑坡涌浪、后期地震等外荷载作用的影响,缺乏稳定性评判的标准和方法;3)堰塞体缺乏必要的洪水溢流设施,容易发生溃决,且溃决水流冲蚀过程呈明显的非线性特点,溃口水力要素指标呈强非恒定流特征,缺乏反映宽级配堰塞体材料冲蚀机理的溃决过程数学模型。为此,有必要采取现场勘查、多尺度物理模型试验、数值仿真等综合手段开展研究,揭示堰塞体外观形态、内部结构和材料宏观力学特性及其时空变异规律,提出状态相关(级配、孔隙比、应力水平)的宽级配堰塞体材料剪胀方程,建立能适应复杂应力路径的广义弹塑性本构模型与坝体极限平衡分析方法;开展大型水工模型试验和溃坝离心模型试验研究,揭示非恒定流作用下堰塞体材料的动态冲蚀特性与堰塞体溃口演化规律,建立非恒定流作用时溃口动边界条件下的挟砂水流冲蚀方程,提出考虑流固耦合的堰塞体溃决过程数学模型,实现堰塞体漫顶或渗透破坏溃坝全过程水流运动特征、坝料输移规律、溃口演化过程及结构失稳的数值模拟;综合可靠度理论与溃坝过程数值模拟方法,提出能考虑流固耦合的堰塞体渗流、变形、稳定和溃决过程的一体化数值仿真平台,构建堰塞体全生命周期安全评价与灾变模拟理论体系与方法,为提升中国堰塞体防灾减灾决策水平提供科学的理论与技术支撑。