砂性土宏细观强夯加固机制的试验研究

通过自行设计的可视室内强夯模型试验仪,借助于图像跟踪拍摄和数字处理技术,对夯击作用下砂性土密实的宏细观机制进行试验研究,得到不同夯击次数下砂土位移等值线图和动接触应力时程曲线等宏观力学响应;分析夯击后砂土颗粒的定向性和平均配位数等细观特征变化。试验结果表明,砂性土强夯加固的单遍最佳夯击次数宜为8击左右,其加固机制宏观上表现为地面变形不断发展,细观上是一个颗粒从无序排列到定向排列、颗粒与颗粒之间接触数不断增加的过程。研究结果对强夯法的设计与施工具有一定指导意义,也为研究冲击荷载作用下土体宏细观力学响应特性提供一条新的思路。

坡面型泥石流治理过程中土体变形机制宏细观研究

试验利用"锚杆–护坡"模拟"锚杆固定大面积护坡"进行坡面型泥石流治理试验,研究坡面型泥石流"锚杆–护坡"治理过程中土体变形的宏细观机制。试验观测表明在"锚杆–护坡"治理下坡体未发生分层滑动,坡体位移场分析中出现了潜在的圆弧状薄弱面,坡体形成类似于黏土的小位移圆弧滑移趋势。采用可视化细观测试系统从细观尺度研究坡面型泥石流"锚杆–护坡"治理下土体的变形机制。细观分析可知,试验过程中,颗粒下沉并在坡体底部积聚,坡体下层细颗粒含量增加,上层以粗颗粒为主,导致坡体上部面积孔隙率大于底部,坡体结构由不同粒径颗粒均匀分布变为"底部细颗粒沉积密实,上层粗颗粒骨架稳定"的相对稳定结构。试验研究表明:"锚杆–护坡"的滤水固土作用,改变坡体的变形机制和结构,减小坡面型泥石流的发生几率,为坡面型泥石流的工程治理提供参考。

散装铁精矿流态化宏细观机理

基于室内小型振动台对散装铁精矿进行动力试验,研究了散装铁精矿流态化发生的过程和机理.基于数字图像采集和分析系统,分析了流态化过程中铁精矿位移场、水分迁移以及颗粒运动规律,从宏细观两方面揭示了散装铁精矿的流态化演化规律.试验结果表明:铁精矿产生流态化的主要原因是在动力荷载作用下,铁精矿细颗粒沿着粗颗粒孔隙向下迁移和颗粒表面水下落汇集形成水膜后向上流动.该结论为进一步探究铁精矿的流态化预防措施提供了理论依据.

三轴剪切条件下胶结型深海能源土应变局部化离散元模拟分析

天然气水合物(后简称为“水合物”)开采期间会导致其储层的变形和破坏,继而引发一系列的工程问题。为实现水合物安全有效的开采,需要对其赋存条件下的水合物沉积物(后称为“能源土”)的剪切变形特性进行相应研究。采用温-压-力-化胶结接触模型用以考虑水合物的胶结效应和对赋存环境温度压力的敏感性。此外,柔性边界被应用于离散元模拟的三轴剪切试验,用以保证剪切带的充分演化。通过考虑局部变形、孔隙率、平均纯转动率、胶结破坏及组构各项异性等变量研究了剪切带的形成规律及其宏微观机制。结果表明:(1)在三轴剪切试验中所采用的柔性边界在有效模拟深海能源土的应力-应变及体变响应的同时保证了试样的自由变形。(2)剪切带在剪切初期应变硬化阶段已经开始萌发,并在应变软化阶段愈发明显。(3)剪切带内外宏微观参量例如颗粒转动、局部孔隙率变化等均表现出明显差异。(4)水合物胶结的存在对于其宿主砂土具有双重作用,一方面增强了其强度特性,另一方面作为剪切过程中的薄弱环节率先发生破坏促使剪切带的萌发。研究结果对于理解深海能源土变形中的细观演化机制具有参考价值。

堆石体宏细观力学特性演化机制的离散元模拟

以具有尖角的堆石颗粒材料为研究对象,采用自主开发的多边形离散单元法程序PDEM对其在双轴压缩试验过程中的宏-细观力学特性及变形破坏机制进行系统分析.根据数值试验中试样在不同围压下应力及变形的发展,从颗粒运动角度探讨试样宏观应力应变剪胀特性演化的细观机制;细观组构与宏观应力变形的发展之间具有同步性,反映试样宏细观演化的统一性;通过对颗粒细观各向异性的统计分析,揭示颗粒间摩擦及咬合作用是维持细观力学结构相对稳定的重要因素;通过对力链网络的形态演化分析,发现试样大主应力方向与各向异性主方向一致,力链密集程度随压缩过程先上升后下降,试样孔隙度也随之先减小后增大,反映了试样宏观先减缩后剪胀的特性.

分层介质中桩端刺入的室内模型试验及颗粒流数值模拟

利用自行设计的可视化模型试验装置,进行分层介质中桩端刺入的宏细观试验,研究上覆软弱夹层对桩端刺入过程中桩端砂土变形的影响。试验表明,分层介质中桩端刺入存在端阻临界埋深,侧阻渐变趋势不同使得分层介质中达到极限端阻所需刺入深度小于纯砂介质。分层介质在细观上表现出桩端颗粒定向性的不同的演化规律。利用开发的三维非圆颗粒模块,对分层介质中桩端刺入的室内试验进行颗粒流数值模拟,数值模拟结果与室内试验具有良好的一致性。研究成果为进一步揭示桩刺入过程中桩端砂土的宏细观演化机制打下基础。