挤密效应对砂土中水平受荷桩影响的数值研究

为研究桩贯入砂土地基中导致的挤密效应对桩基水平承载能力的影响,建立数值模型模拟桩的压入过程和水平承载过程并分析桩的响应.结合任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)技术和与状态相关的剪胀性砂土本构模型,对桩的贯入全过程进行模拟,并与模型试验进行对比验证.通过坐标转换与插值将轴对称ALE模型的土体状态数据传入三维拉格朗日有限元模型中,进行水平加载研究.为分析挤密效应的影响,同时模拟了无挤密效应时的水平受荷桩.结果表明,桩贯入后的挤密效应与砂土相对密度有关,在相对较密的砂土中会出现浅层砂土被挤松的现象,同时桩的贯入提高了砂土的水平应力;挤密桩的土水平抗力与桩水平位移曲线在松砂中普遍高于无挤密桩,在密砂中的浅层处则相反;挤密效应对松砂中长径比较小的桩的水平承载力有较大的提高作用,同时会降低密砂中长桩的承载力;由于挤密效应影响的水平承载力变化率与砂土的相对密度呈负相关,在长桩中两者有较强的线性关系.研究可为预测挤密桩的水平承载力提供参考.

堰塞坝漫顶溃决离心模型试验研究

基于南京水利科学研究院400g·t溃坝离心模型试验系统,利用其高速旋转产生的超重力场的“时空放大”效应,开展离心模型试验研究了堰塞坝漫顶溃决时的溃口演化规律和溃决机理。首次通过离心模型试验研究了坝高、下游坡比、坝料级配对堰塞坝漫顶溃坝过程的影响。试验结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程可划分为表层冲刷、溯源冲蚀、沿程侵蚀和溃口稳定4个阶段;溃口峰值流量对坝高最为敏感,平均粒径次之;达峰时间主要受下游坡比影响,溃坝后相对残余坝高主要受平均粒径影响。

考虑砂土颗粒形状的细观组构定量描述

为定量描述砂土的细观组构,基于非球形颗粒空间排列的数率统计规律及其组构理论定义,推导了新的土体三维组构定量描述公式。将非球形颗粒长轴方向在三维空间的方向分量用2个独立变化的角度描述,颗粒长轴方向在3个正交面上的方向分量就可用这2个角度定量计算,计算公式即为3个正交面上组构的各向异性幅值的表达式。基于数学概率统计方法,颗粒的离散特性用幅值计算公式转化为组构特性在平面上的可测参量,3个幅值参量中独立变化量只有2个,用任意2个幅值可以推导出三维空间组构的正交各向异性表达式。结果表明:随细观颗粒几何物理特性的变化,该组构三维表达式可以自然描述材料的各向同性、横观各向同性和正交各向异性,正交各向异性组构可以用1个或者2个标量参数描述;考虑非球形颗粒的三维空间排列几何关系,该组构可以描述土体颗粒几何尺寸对组构的影响,克服了现有组构的诸多不足;几种特殊非球形颗粒排列组构的分析表明该组构表达式具有描述范围广、物理意义清晰的特点。