土-结构接触面剪切试验与应力-位移模型

为研究土-结构接触面的力学特性,进行了4个不同含水率的土-结构接触面改进直剪试验,并结合数学特征对接触面的应力-位移模型进行研究。试验结果表明:①土-岩石接触面、土体内部的抗剪强度均随含水率的增大而减小,而土-砖接触面的抗剪强度随含水率增大基本上先增大后减小;②土-岩石接触面的抗剪强度总小于土体内部抗剪强度;③土-砖接触面的抗剪强度与土体内部抗剪强度的大小关系随含水率增大而变化。提出了一个新的接触面应力-位移复合指数模型,新模型对硬化型和软化型曲线都适用,克服了传统模型的缺陷。对比分析表明,新模型拟合结果与实测数据吻合良好。

基于摇摆与剪切协同的柱脚叉接木框架抗侧荷载-位移曲线模型

榫卯连接木框架是传统木结构中的基本承力构件,研究表明其在竖向和水平荷载共同作用下具有摇摆和剪切两种抗侧机制。文章综合考虑木框架摇摆与剪切变形,根据变形协调和弯矩平衡条件,推导竖向荷载和水平荷载共同作用下,柱脚叉接榫卯连接木框架抗侧荷载-位移关系的曲线模型,提出木框架抗侧弹性极限荷载点、峰值荷载点及其切线刚度和下降段刚度的计算方法。基于叉接柱脚木框架抗侧试验对模型进行验证,结果表明:理论模型与试验结果吻合较好,模型计算结果误差小于15.5%。理论研究成果对于传统木结构抗震性能分析和设计具有参考价值。

孔压增长下双曲线模型参数研究

采用双曲线模型描述可液化土层动力本构关系的关键是给出循环荷载作用下饱和砂土循环最大剪切模量和循环极限剪应力。针对不同相对密度的几种砂土,通过新型高精度动三轴仪均等固结不同等幅循环应力作用下的液化试验,研究孔隙水压力对饱和砂土循环最大剪切模量和循环极限剪应力的影响模式和规律,提出了考虑孔压增长下的砂土循环最大剪切模量和极限剪应力的具有不同精度的计算公式。主要结果为:孔压增长对饱和砂土循环最大剪切模量和极限剪应力影响明显,循环最大剪切模量比和极限剪应力随孔压比的上升不断降低;孔压增长下饱和砂土循环最大剪切模量和孔压比的关系可表达成与砂土类型及相对密度无关的统一线性关系式,孔压比等于循环最大剪切模量的相对减小量;孔压增长下饱和砂土循环极限剪应力和孔压比的关系,精确要求下可表达成与砂土类型及相对密度相关二次曲线关系;简化考虑下可以表达为与砂土类型及相对密度无关的统一的线性关系式,孔压比等于循环极限剪应力的相对减小量;孔压增长下饱和砂土循环最大剪切模量并不服从Hardin初始最大剪切模量计算公式,若以此计算将导致液化过程中循环最大剪切模量估计过高,特别是在孔压比为0.6~0.8的敏感区间内,循环最大剪切模量会被高估约80%~140%。

张拉条件下锚固剂-围岩界面剪应力分布规律研究

为研究锚固剂-围岩界面剪应力分布规律,基于锚杆、锚固剂复合体与围岩孔壁间三阶段线性函数剪切滑移模型,采用载荷传递法开展理论分析,推导出弹性阶段锚固剂-围岩界面剪应力分布公式。结果表明,张拉承载条件下界面剪应力极大值出现在锚固段外端口且沿锚固长度方向呈单调递减规律分布。当锚固段长度较小时(≤0.3 m),界面剪应力可近似认为是均匀分布的。随着锚固长度的增加,锚固段外端口最大剪应力值逐渐降低,界面剪应力分布不均匀程度增加。适当增加锚固长度可以整体降低锚固段界面剪应力大小,一定程度避免锚固始端界面剪应力达到抗剪强度而发生滑移滑脱失效。采用FLAC3D软件开展锚杆、锚固剂实体单元数值计算,验证了锚固剂-围岩界面剪应力沿锚固长度呈递减分布的规律,发现剪应力在锚固段始端前1/3位置递减明显。

单桩分析的双曲线模型及相应参数的确定

桩土界面处土的扰动要远大于远离桩土界面处的土 ,在该扰动区内 ,土的应力应变关系为非线性。本文提出一个双曲线模型来描述扰动区内土的剪切应力与剪切位移的非线性关系。通过一系列室内单剪试验的结果验证了该双曲线模型 ;提出一个用于计算双曲线模型参数的近似公式 。

单桩分析的双曲线模型的验证和相应的近似公式(英文)

众所周知桩土界面处土的扰动要远大于远离桩土界面处的土,在该扰动区内,土得应力应变关系为非线性的.本文提出一个双曲线模型来描述桩土界面处剪切应力与剪切应位移的非线性关系.通过一系列室内单剪试验的结果该双曲线模型得到了验证.基于室内试验的结果,本文提出一个用于计算该双曲线模型的近似公式.其计算结果与现场单桩试验结果以及有限元计算结果进行了比较.

预测抗拔桩承载力的双曲线模型

结合广州市两重大工程灌注桩静载荷试验资料,应用双曲线模型及其改进型拟合抗拔桩荷载-位移曲线,预测极限抗拔承载力,对各模型进行对比分析,提出适于抗拔桩预测的双曲线模型,探讨了极限荷载的取值规律,可为类似桩的抗拔设计提供参考。

重塑土不排水剪切应力-应变关系预测

通过不同含水率下的重塑土三轴固结不排水剪切试验,分别以固结围压和主应力差渐近值作为归一化标准因子,研究应力-应变曲线的归一化特性。在此基础上利用双曲线方程和BP神经网络建立重塑土应力-应变关系的预测模型,并对比两者的预测效果。结果表明:基于BP神经网络建立的预测模型可以考虑初始含水率和固结围压的影响,其拟合和预测精度比基于双曲线方程所建立的预测模型要高。

一种单桩荷载-位移曲线数值计算方法的探讨

提出了一种利用荷载传递的双曲线模型计算单桩荷载－位移曲线的方法．该方法将桩划分为若干计算桩段，充分利用工程地质资料可以较好地计算出单桩荷载－位移曲线，并求得单桩极限承载力．计算结果与实测值比较吻合．

强风化岩中挖孔基础抗拔试验及荷载位移曲线模型参数研究

挖孔基础是目前我国山区架空输电线路强风化岩地基中最常用的基础形式之一。以强风化岩地基中的直柱型、扩底型两种结构型式的挖孔基础为研究对象,通过开展16个全尺寸基础现场抗拔试验,获得各试验基础和地表不同位置处的荷载-位移曲线。试验结果表明:基础及地表的荷载-位移曲线整体变化特征相似,均可划分为初始直线段、中间曲线段和终了直线段3个特征段。采用M值表示相应阶段位移量占总位移的百分比,不同的特征段M值的大小不同,并且其值随着远离基础边缘而逐渐减小。分别对直柱型、扩底型两种结构型式的基础荷载-位移曲线进行归一化处理,采用双曲线模型获得无量纲荷载(Q/QL2)与上拔位移s之间的关系曲线,通过对比分析同种结构型式挖孔基础在黄土、强风化岩两种地基中荷载-位移曲线的差异性,得出地基岩土体抗剪强度参数c、Φ值与双曲线模型参数b值呈负相关,与基础抗拔承载力呈正相关。采用推荐的模型及参数对挖孔基础的荷载位移曲线进行预测,预测值与试验值吻合较好,从而验证了该模型及参数对于强风化岩地基挖孔基础荷载-位移变化行为预测的适用性。

风化砂岩层中扩底抗拔桩荷载-位移曲线拟合分析

基于抗拔桩极限载荷现场试验,用数学模型对风化砂岩层中扩底抗拔桩的上拔荷载-位移曲线进行拟合分析。结果表明:对于风化砂岩层中的抗拔桩,采用双曲线模型拟合的精度最高,指数函数模型次之,幂函数模型相对较差;双曲线函数计算得到的极限承载力取1.27折减系数后,与实测值更为接近;采用归一化荷载-位移曲线双曲线模型下限曲线函数计算风化砂岩层中抗拔桩的承载力,95%的情况是偏于安全的。

Coulomb模型下考虑墙体侧向位移的土压力计算

墙体侧向位移对土压力有显著影响。基于墙体位移–土压力关系是墙后土体应力应变特征的宏观体现这一基本认识,通过构建Coulomb土压力模型下的几何与平衡方程,将直剪试验中微观的土体单位长度剪切位移ε同剪应力τ关系转化成宏观上的墙体位移与土压力曲线,推导了极限位移可求、涵盖主动至被动状态全过程的墙体位移–土压力计算模型。分析表明：滑移区范围、初始应力状态及土体的ε–τ关系是影响墙体位移–土压力曲线的核心要素;相对于主动区,被动区范围对墙土摩擦作用更加敏感,导致静止与被动状态之间的位移–土压力关系受墙土摩擦影响更加显著;墙后土体初始应力状态对墙体位移的影响主要体现为静止土压力系数K_0,随着K_0的增大主动与被动状态下的墙体位移相应增加和减小;极限状态下墙体位移与工程经验吻合,理论模型能基本反映土压力随位移的变化规律。

振动台试验新型叠层剪切模型箱的设计与性能测试

振动台模型试验是开展地震作用下土-地下结构动力相互作用研究的重要手段,而模型箱的性质将直接影响到试验结果的准确性。基于结构动力学的基本原理,设计研制了设有可调节弹簧和阻尼装置的层状剪切模型箱,并对其有效性进行了试验验证;同时,基于ANSYS软件对模型箱的动力性能开展了模拟分析。试验和分析结果表明,研制的设有可调节弹簧和阻尼装置的全仿真层状剪切模型箱具有良好的真实场地无限边界条件的模拟效果,可体现土-地下结构相互作用体系的动力反应是由速度和位移控制的特点;针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,该模型箱可调整其自身性能,以满足试验对降低模型箱边界效应的要求。该模型箱的研制为今后其他岩土地震工程问题研究中试验箱的选择提供了新思路。

考虑注浆压力和土体饱和度影响的锚-土界面剪切性能试验研究

基于自制的压力注浆装置制作锚杆微元体试样,而后开展拉拔试验获得了不同注浆压力与土体饱和度下锚杆微元体锚-土界面的剪切应力τ-剪切位移s全过程曲线(即τ-s曲线),并建立了考虑注浆压力和土体饱和度影响的锚-土界面τ-s曲线模型。首先,通过对重力注浆锚杆锚-土界面剪切滑移模型进行改进,得到压力注浆锚杆锚-土界面τ-s曲线模型表达式;然后,利用改进的τ-s曲线模型对部分试样的τ-s曲线进行拟合,获得压力注浆锚杆微元体的锚-土界面τ-s曲线模型参数;最后,采用二阶多项式函数对上述不同注浆压力和土体饱和度下的试样模型参数进行拟合,并将拟合得到的关系式代回改进的τ-s曲线模型,就可得到考虑注浆压力与土体饱和度影响的锚-土界面τ-s曲线模型。利用该模型对未参与拟合的试样τ-s曲线进行预测,发现预测曲线与试验曲线吻合良好。

采用位移-时间分析法的材料局部性能检测系统

通过双孔微剪切法、传感器和MSP430F149单片机,快速方便地获得材料的屈服剪应力、最大剪应力数据.并分析了材料局部强度数据,获得材料的性能,其屈服应力平均值的分布趋势与硬度值基本相似.相比传统材料检测方法,这种微创、简便、适用范围广的检测系统是材料性能检测研究的一种创新.在数据处理方面,提出了一种新的位移-时间曲线分析方法,较以往传统的分析方法更为准确、便捷.

基于整体-局部高阶剪切理论的层合板多体系统的动静力学分析

基于高阶剪切理论,推导了整体-局部1,2-3高阶位移模式.在满足层间位移连续,层间剪应力连续,以及上下表面自由的条件下,层合板每个节点的独立变量变为13,并且不随层合板层数的增加而变化.在此基础上将整体-局部1,2-3高阶位移模式推广到刚-柔耦合层合板多体系统,利用混合坐标法,基于虚功原理,建立了考虑层合板层间应力连续的多体系统动力学方程.通过静力学算例,验证了整体-局部1,2-3高阶位移模式的准确性,得到了层合板层间应力沿着厚度的分布情况.通过多体系统动力学算例,对比了传统方法的计算结果,揭示了本文方法与传统方法在计算层合板多体系统中层间应力的差异,说明了刚-柔耦合层合板多体系统考虑层间剪应力连续的必要性.

单桩竖向荷载桩侧摩阻力及剪切位移的研究

利用土层基本力学指标 ,确定桩在竖向荷载作用下桩侧摩阻力与剪切位移的关系公式 。

含水量对膨胀土高填方渠堤土体剪切特性的影响研究

通过不同含水量下南水北调中线工程高填方渠堤的改性土、膨胀土和渠基土的直剪试验,研究含水量对3种土体剪应力-剪切位移以及抗剪强度的影响规律。结果表明:3种土体的基质吸力随着含水量增加而显著减小;当含水量较低时,剪应力-剪切位移曲线呈剪切软化型;而随含水量的增加,剪应力-剪切位移曲线转化为剪切硬化型。不同土体的抗剪强度随含水量增加均呈现先增大后减小的变化规律,且含水量达到土体的塑性含水量以后,抗剪强度降低较小。含水量对改性土、回填膨胀土和渠基土的黏聚力及内摩擦角存在着显著影响,黏聚力与含水量满足二次多项式关系;土体的内摩擦角随着土体含水量的增加呈现出非线性减小的变化规律,且渠堤改性土内摩擦角随含水量的降低幅度较渠堤膨胀土和渠基土大。

桩土界面荷载传递双曲线函数的一种确定方法

围绕桩刚度计算中荷载传递函数的参数取值问题,进行了系统的研究。首先介绍了桩刚度计算方法位移协调法的原理,并自编了VBA计算程序。利用VBA计算程序分析了荷载传递双曲线模型桩侧土起始剪切刚度、极限桩侧摩阻力以及桩端土起始抗压刚度和极限桩端阻力等4个参数对桩刚度曲线的影响。结果表明,起始剪切刚度和起始抗压刚度控制着桩的前期刚度,而极限桩侧摩阻力和极限桩端阻力影响着桩的后期刚度,且桩侧土的起始剪切刚度、极限桩侧摩阻力对桩刚度的影响远比桩端土起始抗压刚度和极限桩端阻力的大。最后,对汉口滨江国际商务区地下环路工程12根试桩进行了桩的刚度计算,结果显示桩的计算刚度一般较实测结果小,并推断其原因在于依据规范确定的起始剪切刚度偏小。为此依据设计经验,合理地选取了试验数据,得到桩刚度实测值Kst与对应各级荷载下桩刚度计算值K的散点对,并进行了线性拟合,依据拟合结果,给出了一种简便的参数标定方法。该研究成果将对武汉地区桩基设计提供一定的依据。

基于改进极限平衡法的边坡位移分析

传统的极限平衡法,在假定滑面上各点的安全系数一致前提下,进行边坡稳定性分析,而无法进行边坡滑面上各点的位移分析。改进的Janbu条分法首先基于极限平衡理论和邓肯-张的应力-应变模型构建剪应力-剪切位移双曲线模型,提出位移协调方程;其次推导相关公式,并利用Visual Basic语言编程计算,得到滑面上各点与位移有关的信息(如局部应力安全系数、局部位移安全系数、剪切位移及坡顶位移等),从而弥补传统极限平衡法无法进行边坡滑面上各点位移分析的不足。最后,通过算例对坡顶有无堆载两种工况进行计算分析,其结果表明坡顶和坡脚最易破坏,与实际情况一致,证明该方法可行。