考虑锚杆拉剪破断特性的锚固系统数值模拟与应用

基于FLAC3D数值模拟软件,考虑锚杆拉剪破断特性,通过FISH语言将pile单元进行修正,反映了锚杆的拉剪破断特性;并且引入了锚固界面的黏结滑移模型,模拟了锚固界面的应变软化行为。将修正的锚杆模型进行验证分析,与室内试验结果吻合良好,且能够较好地反映锚固界面的黏结滑移力学行为和锚杆杆体的破断行为。以中关铁矿为研究对象,开展了修正锚杆模型的应用研究,研究结果可为地下锚固工程稳定性分析提供借鉴。

基于裂缝滑移模型的无腹筋RC梁抗剪承载力计算

为了考虑翼缘对无腹筋钢筋混凝土(RC)梁抗剪承载力的影响,基于裂缝滑移模型,考虑了受压区的贡献、销栓作用贡献和受拉区骨料咬合作用的贡献,提出了一种无腹筋RC梁抗剪承载力计算公式。为验证该计算公式的准确性,分别应用该公式和国内外规范对收集的444根矩形截面梁与172根T形截面梁的试验数据进行计算,并将结果与国内外规范计算结果进行对比;基于所收集的数据集,利用5种常用的机器学习算法对收集的数据集进行回归分析,在数据集较小的情况下验证各算法的拟合度。结果表明:各国规范提出的抗剪承载力计算公式与试验值吻合较好;相较于规范的计算方法,该研究提出的计算方法较为准确,且可以有效地考虑T形截面梁翼缘对于抗剪承载力的贡献;选取的5个机器学习算法在测试集上表现良好,且与计算结果表现出了相同的规律,验证了机器学习算法在数据集较小的情况下对钢筋混凝土梁抗剪承载力计算的适用性。

裂隙水作用下岩质边坡平面滑动力学模型

在降雨等水力条件作用下沿岩层层面的平面滑动是顺层岩质边坡最常见的一种破坏模式,而目前关于该类边坡的稳定性计算方法几乎很少考虑裂隙面粗糙度对地下水渗流力及滑面抗剪强度的影响,进而导致其稳定性计算结果误差较大。为此,首先对地下水作用下的顺层岩质边坡受力特征进行分析,认为地下水将对滑动岩体产生3个方面的力学作用:张裂隙中的静水压力、滑面上的扬压力和渗流力,由此建立了相应的边坡稳定性计算模型。其次,通过引入裂隙面粗糙度对裂隙抗剪强度及地下水渗流力的影响,提出了考虑裂隙粗糙及地下水渗流力的顺层岩质边坡稳定性计算模型。而后,通过对含一条贯通粗糙裂隙的岩质边坡稳定性为例,验证了该模型计算结果的合理性,同时计算结果表明裂隙面粗糙度系数JRC对边坡稳定性有重要影响,必须予以考虑。最后,基于参数敏感性分析研究了主要参数如裂隙面粗糙度系数、裂隙基本摩擦角、裂隙宽度、裂隙壁面岩石抗压强度及地下水位高度等对边坡稳定性的影响,结果表明:仅裂隙宽度对边坡稳定性影响很小,而其他参数对边坡稳定性影响则相对较大,不容忽视。且裂隙面粗糙度对边坡稳定性的影响与裂隙壁面岩石抗压强度密切相关,随着其增加,裂隙面粗糙度对边坡稳定性的影响程度逐渐变大。

边坡倾倒破坏模式的多米诺骨牌模型研究

边坡稳定性分析是边坡安全评估和加固的理论依据,针对多米诺骨牌分析方法只考虑了条块底面滑移剪切破坏的不足,提出了考虑边坡发生倾倒破坏形式的多米诺骨牌分析方法。给出了多米诺骨牌模型在倾倒破坏假设下的计算方法和求解步骤,并提出了边坡发生倾倒破坏、滑移破坏和倾倒与滑移混合破坏的判别方法。通过研究倾倒破坏模式的多米诺骨牌模型,进一步完善和推进了边坡稳定性分析方法的理论及其在边坡工程中的应用。

岩体离层对锚固体荷载影响的弹塑性分析

巷道围岩由于变形不协调而产生离层,离层对锚杆产生附加应力。在已有弹性分析的基础上,根据岩层相对移动时拉拔载荷对锚杆的作用机制,建立了离层进一步扩展、锚固体界面进入弹塑性阶段的锚杆受力模型。通过选取二阶段线性函数剪切滑移模型,确定了离层左右两侧的滑移范围,并得出锚固体的应力分布形式。总结出离层作用下锚固体的受力过程一般分为4个阶段:弹性阶段、单侧进入弹塑性阶段、离层两侧均进入弹塑性阶段和一侧全部滑移、另一侧滑移范围增大阶段。通过对不同离层值和离层位置的参数分析得出:在相同离层位置条件下,离层值越大,离层对锚杆产生的附加应力就越大;在相同离层值条件下,弹塑性阶段基本趋势和弹性阶段相同,表现为锚杆中心处应力最小,越靠近边缘离层产生的附加应力越大。

用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元Ⅰ:原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土(RC)连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。

光纤岩层滑动传感监测原理及试验研究

将光纤传感技术用于岩层界面滑动损伤监测,是常规的滑坡监测手段无法相比的技术手段。基于光纤微弯损耗机制及光时域反射技术,构建光纤滑动传感监测系统及数据采集,首次提出利用土工大三轴剪切试验手段完成模拟,同时也解决了固体材料滑动瞬间断裂以及光学–力学数据转换极难采集的难题,测得滑距–光损耗对应关系数据及关系曲线。提出将光纤滑动传感监测应用于高边坡滑动监测的典型布置方式。结果表明,光纤传感监测十分敏感,损耗值达30～50 dB,滑动监测光纤的动态范围达3.0～3.5 mm。

深圳地铁大轴力桩基托换模型试验研究

通过1∶4模型试验研究,分析凿毛、企口、锚筋和预应力等接头处理方式的梁—柱接头的抗剪性能,提出采用"企口+锚筋+预应力"的接头型式作为大轴力桩基托换的梁—柱接头连接方式。并用1/2模型试验验证该种接头的安全性和可靠性。通过1/4整体模型试验,研究了大轴力桩基主动托换过程中托换荷载在托换结构中的分配关系及截桩过程中荷载的转换规律。

土与结构间一种新的接触单元模型

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面切线方向提出了一种非线性弹性-理想塑性本构模型,用于模拟土与结构相互作用体系中切向变形与破坏机理.该模型将接触带内的变形分为剪切变形与错动变形两部分,对于法线方向采用法向应力与法向相对变形之间的非线性模型.将该模型与有厚度接触面单元相结合,提出了一种用于有限元计算的接触带单元.详细推导了该模型的弹塑性矩阵以及应力修正方法.

粗粒料接触面模型及其在土石坝工程中的应用

在土石坝工程中越来越重视岸坡与坝料之间的接触特性,将土体本构模型中使用较多的双曲线型硬化规律运用至接触面模型,提出了一个简洁的接触面本构模型,推导了接触面模型刚度矩阵表达式。通过对4组试验的预测结果与试验结果的对比,表明该模型可以较好地预测粗粒料的界面剪切试验。将提出的接触面模型嵌入有限元程序,应用于如美心墙坝河谷与坝料的接触分析。三维有限元计算结果表明:坝体两侧岸坡的剪切位移变化规律都是中间部分剪切滑移量较大,岸坡边缘部分相对较小,陡坡一侧最大滑移量大于较缓一侧。这些均符合粗粒料滑移的基本规律,可为岸坡-坝料接触特性研究以及土石坝工程计算提供参考。

一种直剪式模型试验设备的设计及应用

介绍了一种直剪式模型试验设备,该设备可用于边坡(滑坡)抗滑结构的室内模型试验研究。该模型试验设备包括剪切系统、加载系统和量测系统。其中剪切系统包括上剪切盒、下剪切盒及钢质直线导轨,上下剪切盒通过钢质直线导轨连接在一起;加载系统包括荷载传感器、液压千斤顶及反力架,剪切系统和加载系统通过钢板底座连接为一个有机整体。在详细分析该模型试验设备的设计制作及其优缺点的基础上,将其用于单排注浆微型桩抗滑结构的模型试验研究中。试验结果分析表明,该直剪式模型试验设备具有较好的实用性,可进一步应用于类似的模型试验研究中。

锁儿头滑坡滑带土不同含水率大剪试验研究

锁儿头滑坡属特大型断层破碎带滑坡。该滑坡滑带土主要由强风化的中、上志留统千枚岩、板岩等构成,滑带土中粒径大于2 mm的颗粒含量约为30%,在滑带土颗粒组成中占有重要地位,其强度特征对滑坡体的稳定性分析具有重要影响。为此,利用室内大型直剪仪对不同含水率下锁儿头滑坡滑带土的剪切特性进行试验研究,结果表明,在控制干密度为1.7 g/cm3情况下,不同含水率滑带土试样的剪应力-应变关系均呈现出弱应变硬化特征,而且法向压力越大,应变硬化特征越明显;在剪应变ε为10%时,相同含水率下滑带土剪切模量G0.1随法向压力的增大而增大,同一法向压力下的剪切模量G0.1与含水率间呈负线性相关关系;利用邓肯-张双曲线模型对锁儿头滑坡滑带土不同含水率下大剪试验剪应力-应变关系进行数据拟合,拟合效果良好,但该模型不能反映土的应变软化性质。

搅拌槽内桨叶高度对流场结构和功率消耗影响的数值模拟

运用多重参考系法和滑移网格法处理搅拌桨与挡板之间的相对运动,结合剪切应力输运模型建立了描述流体运动的控制方程组,考察了搅拌槽内桨叶高度对流场结构和功率消耗的影响,并将模拟结果与文献报道结果进行了比较。结果表明,当桨叶高度逐渐降低时,槽内流型由"双环流"结构转变为"单环流"结构,功率准数也随之急剧下降,计算流体力学模拟结果与文献报道结果有较好的一致性。

双粗糙面滑动摩擦过程应力与应变分析

建立了具有分形特征的二维双粗糙表面滑动接触模型,考虑材料的弹塑性变形及滑动过程中损伤失效,运用有限元方法动态探讨相嵌微凸体在滑动过程中应力与应变的变化情况。结果显示不同位置的等效塑性应变沿深度的变化规律不同,最大等效塑性应变量发生在摩擦次表层的某一深度处;随着塑性应变的增大,导致材料表层下微观裂纹的萌生,在外载荷持续作用下,表面一定深度处存在着一交错的剪切应力区,这一应力区阻止了裂纹沿深度方向扩展,但却促使了裂纹沿平行于摩擦表面方向的延伸裂纹扩展乃至发生断裂。

双剪类流动模型的非圆形颗粒离散元数值验证

双滑移自由转动模型、双剪模型和双滑移转动率(DSR2)模型这3种双剪类模型均是基于运动理论的塑性模型,其关键区别在于转动率参量的选取。采用改进后的NS2D离散元程序,对长短轴比例分别为1.4和1.7的椭圆颗粒试样进行不排水单剪试验以验证上述双剪类模型中转动率参量选取的合理性。数值试验结果表明:①双滑移自由转动模型中的限定条件因未考虑能量消散过程中颗粒转动的影响而过于严格;②双剪模型中转动率参量为主应力方向变化率的假定与数值试验结果差距显著;③DSR2模型中采用平均纯转动率(APR)可很好地预测转动率参量的变化,且该模型可用于砂土非共轴微观机制的研究;④参量APR能考虑剪切过程中颗粒转动对能量耗散的影响,可将离散介质力学和连续介质力学有机结合起来,是运动模型中合理且重要的参量。

基于裂纹的岩石摩擦滑移位移演化实验研究

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究。用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直位移及水平位移的演化特征进行分析。结果表明:①剪应力缓慢增长阶段的位移演化,由围压起主要作用转变为围压和剪切力共同作用,线性增长阶段则以剪切力作用为主;界面咬合程度及水平错动位移的增减变化可作为界面摩擦滑移的前兆;②水平位移场绕流现象的出现和消失,分别是试件局部和整体滑移的前兆;③位移场云图中部等值线的倾斜角度可表征围压与剪应力的关系,也可作为试件局部和整体滑移的前兆。

双粗糙接触模型的表面温度在滑动摩擦过程中变化分析

建立三维双粗糙体分形表面的热力耦合接触模型,在固定滑动速度工况下综合考虑了钛合金材料的磨损失效、界面粘着及接触过程中的热力耦合,动态探讨了粗糙体在滑动过程中接触表面的温度变化情况。运用有限元方法对滑动过程的温度场进行模拟仿真并得出:滑动摩擦初始时刻摩擦表面接触温度急剧上升,随着滑动距离的增加,最高接触温度处于波动状态;界面剪切强度越大,最高温度越高。通过研究接触表面的温度场分布情况,以探索滑动过程钛合金材料摩擦磨损的真正起因。将结果与相关文献实验进行比较,得出了模拟仿真的合理性。

贵州福泉小坝滑坡特征及形成机制初步研究

基于对贵州省福泉市小坝滑坡工程地质条件、滑坡基本特征及滑坡形成的影响因素分析,可知小坝滑坡是在自身不利的斜坡地质条件下,由斜坡坡脚部位的磷矿开采及较长时间降雨共同作用下导致形成的。据此建立了小坝滑坡形成机制的概念模型,定性分析了滑坡形成机制。将滑坡的形成过程分为斜坡顺层滑移—后缘拉裂、斜坡前缘坡脚部位锁固段形成、锁固段剪断—滑体启动—滑移3个阶段,得出滑坡形成机制为滑移—拉裂—剪断。

双粗糙面滑动过程摩擦因数的变化分析

采用W-M函数建立具有分形特征的三维双粗糙面接触模型,考虑了接触界面间的黏着效应,在滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等参数变化下,运用有限元方法探讨了粗糙体在滑动过程中摩擦因数的变化情况。结果显示,滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等参数对摩擦因数的变化有一定的影响,边界润滑工况下平均摩擦因数为0.28,无润滑工况下平均摩擦因数为0.713,最大界面剪切强度时的平均摩擦因数为0.73;随着界面剪切强度的减小、法向载荷的增大、滑动速度的增加,滑动摩擦因数有所减小。与相关文献结论或实验结果进行比较,证明了上述结果的正确性。分析结果可为摩擦学设计和摩擦材料的制备提供理论参考。

三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Mesri蠕变模型

为进行滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了三峡泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验.在此基础上,给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型,即剪应力 应变关系采用双曲线模型、应变 时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性;提出了改进Mesri蠕变模型,其应变 时间关系采用分段拟合方法.模型计算曲线与试验数据的比较表明,改进Mesri蠕变模型较Mesri蠕变模型对粘性土蠕变性能的拟合能力得到了显著改善.