Experimental study on mechanical properties of weathered rock covered by loess

Based on dynamic triaxial test, the mechanical properties of the weathered rock covered by loess were studied. The cohesion value of weathered mudstone is far below that of the weathered sandstone, while the internal friction angle values are basically equivalent, about 30°. Compared with the undisturbed sample, the cohesion value of remodeling weathered rock sample decreases significantly. With the increase of moisture content, the strength of weathered mudstone is obviously decreased due to the influence of the water softening effect. This results illustrate that the bearing stratum is not easily affected by external disturbance in comparison to weathered mudstone. In the engineering, in order to ensure the good mechanical properties of the soil, more attention should be paid to keeping the water content constant, even to reducing the water content. The experiments show that the relations between shear stress and strain of weathered rock were nonlinear and the behavior of weathered rock can be expressed by the hyperbolic model. The initial modulus of undisturbed weathered rock, under the same consolidation conditions, is much greater than that of remodeling samples. Meanwhile, the initial dynamic elastic modulus of sandstone is also greater than that of the mudstone. The dynamic shear modulus ratios of the undisturbed sandstone, the undisturbed mudstone, as well as the remodeling mudstone have the normalization characteristics with the increase of dynamic shear strain. The damping ratio of mudstone is larger than that of the sandstone, and the damping ratio of remolding sample is also greater than that of the undisturbed mudstone. The mudstone has the bad mechanical properties as bearing stratum.     

沥青混凝土桥面铺装层的动力有限元分析

基于汽车对桥面的动力作用,对典型的沥青混凝土桥面铺装结构建立了线弹性三维有限元模型,运用动力学基本理论和有限元方法,分析了移动荷载作用下桥面柔性铺装层竖向变形、主拉应力和最大剪应力的时程响应规律,并研究了不同车速和超载水平对桥面柔性铺装层的力学指标的影响规律,为沥青混凝土桥面铺装的研究提供了有力的支持。     

金佛山混凝土面板堆石坝地震反应3-D分析

基于等效线性模型,采用三维非线性动力有限元法对拟建金佛山混凝土面板堆石坝进行了地震动力反应分析,重点研究了坝体在地震荷载作用下的加速度反应、动应力反应、地震永久变形的规律和分布。计算结果表明:坝顶附近加速度反应较大,应采取相应的抗震工程措施;坝体动应力反应较小;坝体残余变形不大;大坝整体抗震性能较好,满足给定地震下的抗震安全性要求。     

基于三维数值模拟的铁路路基动力特性分析

为探讨列车轴重和运行速度对土质路基动力特性的影响,用ANSYS与FLAC3D软件对有砟轨道-路基系统进行了三维动力数值模拟,在模拟过程中,利用滞后阻尼实现了土体在循环动荷载下的非线性特性.用该方法对达成线循环加载试验段的路基进行建模计算,所得路基动应力与现场实测数据有很好的一致性.在荷载振动频率与客车运行速度的转换过程中,取相邻车厢两个转向架的间距为相邻两个动应力波峰之间的距离,在此基础上,探讨了客车运行速度对土质路基动力性质的影响.研究表明:列车轴重和运行速度对路基表面动应力影响较大,随着轴重的增加和速度的提高,路基表面动应力呈马鞍形分布的趋势愈加明显;动应力沿路基深度的衰减规律受车速的影响很小,不同车速下的动应力在基床表层内都衰减了42%~46%,再经过基床底层的扩散,衰减值达79%~82%.      

考虑弹性应变阈值的频率相关等效线性化方法

传统等效线性化方法由于原理简单、参数获取方便而广泛应用于工程场地非线性地震反应分析中．实际工程应用中发现,这种方法由于对各个频率分量采用了等效剪应变水平,使得地面最大峰值加速度和高频段计算结果明显偏低．若干实验表明,应变幅值对土的力学行为起着关键性作用,当应变低于弹性应变阈值时,土体处于线弹性状态,弹性应变阈值主要与土的塑性指数有关．本文在对各种频率相关等效线性化理论方法分析的基础上,结合弹性应变阈值理论,建立了考虑弹性应变阈值的频率相关等效线性化方法,运用本文方法对海口某实际场地进行了土层地震反应分析,对比了与传统等效线性化方法的差异;同时对不同覆盖层厚度遭遇不同地震动强度的地震动进行了计算分析．总结了不同覆盖层犀度下本文方法和传统等效线性化方法计算结果的差异及规律．     

基于Johnson-Cook黏塑性模型的沥青路面车辙计算

采用Johnson-Cook模型描述沥青混合料黏塑性本构关系,通过不同温度和不同应变率下单轴压缩试验确定沥青和改性沥青混合料的Johnson-Cook黏塑性模型参数,利用ANSYS瞬态动力学分析理论,分析了在设计年限内当量轴次和超载等不同条件下对沥青路面车辙变形的影响。结果表明:使用天然岩沥青改性沥青面层比基质沥青面层的抗车辙性能均提高20%,符合沥青路面车辙变形实际情况;基于Johnson-Cook黏塑性模型的车辙计算方法,为沥青路面车辙研究提供了一种新的思路和技术途径。     

循环荷载下重塑黄土变形特性

为研究主应力方向和大小耦合变化对土体应力-应变状态及非共轴性的影响, 采用空心圆柱扭剪仪对饱和重塑黄土开展一系列循环扭剪试验, 分析了应力-应变状态和非共轴角的变化规律及影响因素。试验结果表明: 轴向应变始终处于压缩状态, 环向应变先负向累积再正向累积, 径向应变基本处于受拉状态, 剪切应变的受拉与受压状态交替出现, 轴向、环向和剪切应变曲线的波动特性明显, 而径向应变曲线的波动特性弱, 说明循环荷载作用下各应变分量表现出不同的发展规律; 轴向和径向应变及环向和剪切应变变化幅值随中主应力系数的增大先增大后减小, 说明中主应力系数影响各应变分量的累积; 随着主应力方向角旋转范围的增大, 轴向和径向应变逐渐减小, 环向应变由负向往正向变化的趋势提前, 剪切应变变化幅值逐渐减小, 说明主应力方向角旋转范围影响各应变分量的发展趋势; 剪切和正偏应力-应变曲线滞回现象明显, 且刚度发生循环强化, 但剪切刚度的循环强化比正偏刚度更明显, 说明土体出现次生各向异性, 这是引起非共轴现象的内在因素; 非共轴角变化曲线随中主应力系数的增大先下移后上移, 随循环次数的增大而逐渐上移, 随偏应力幅值的增大其变化范围增大。可见, 循环荷载下中主应力系数、循环次数和偏应力幅值可显著影响饱和重塑黄土的应力-应变状态及非共轴性, 在黄土工程设计和本构关系研究中应加以考虑。      

在单调比例双轴压应力作用下混凝土应力—应变关系的试验研究

本文以试验为基础,研究在单调比例双轴压应力作用下混凝土的应力-应变关系,分析了峰值应变随应力比或峰值应力的变化规律,提出了相应的计算公式;将试验结果与几种本构模型进行了比较,并从工程应用角度提出了简单实用的应力-应变计算公式,其计算结果具有令人满意的精度。     

复合成层地层浅埋隧道开挖地表沉降规律分析

为探究本构模型对浅埋隧道开挖诱发地表沉降规律的影响，考虑摩擦性与临界状态土体本构模型，对复合成层地层浅埋隧道开挖诱发的地表沉降槽进行了分析. 首先，基于PlAXIS 3D有限元平台建立砂-黏复合地层浅埋隧道数值模型，材料模型选用3类本构模型（莫尔库伦（MC）、修正剑桥（MCC）、硬化小应变（HSS））及其组合模型；其次，利用参数等值转换关系，深入探讨了本构模型的选取对隧道开挖地表沉降槽宽度与深度的影响；最后，结合经验公式计算并对比分析，研究基于3类本构模型及其组合模型的沉降槽数值模拟与经验计算结果存在差异的原因. 结果表明:上、下地层均采用HSS模型时，最大沉降量及沉降槽宽度与经验公式的计算结果吻合度较高，最大沉降量相差不超过7.3 mm；上、下地层均采用MC模型时，出现地表隆起的不合理现象；下卧地层采用MCC模型、上伏地层分别采用MC模型和HSS模型，即采用MC -MCC模型和HSS -MCC模型时，其数值预测的最大沉降量高于经验公式计算值，达24.8 mm，而沉降槽形状相对于经验公式预测结果“窄而陡”；在针对HSS模型的参数敏感性分析中发现，若卸载再加载模量与初始剪切模量变化值为5%，将导致地表最大沉降量分别改变1.5%和1.0%.      

降雨入渗影响下公路边坡稳定性分析

降雨是公路边坡失稳最重要的触发原因。基于渗流力学、土力学等理论,考虑降雨对公路边坡稳定性的影响,采用FLAC3D有限差分软件对自然状态和降雨状态下的公路边坡进行模拟,并对两种情况下的孔隙压力、剪切应变、剪切应力以及安全系数进行对比分析,探讨了公路边坡的安全性问题。     

Evaluation of Dynamic Soil-Structure Interaction and Dynamic Seismic Soil Pressures Acting on It Subjected to Strong Earthquake Motions

Introduction A detailed reconnaissance survey was conduct-ed at the underground structures such as subwaystructures, mountain tunnels, multipurpose under-ground ducts and other underground structures,around the Hanshin District caused by the 1995Hyogoken-Nanbu Earthquake[1,2]. Among thesestructures, the Daikai Subway Station is the firstsubway structure that completely collapsed due tothe earthquake[3]. In order to clarify the dynamicbehaviors and the damage mechanism of the DaikaiSubway S…     

软土的流变本构模型及其在路基沉降分析中的应用

以辽南营口地区软土为研究对象,进行室内三轴剪切流变实验,揭示出该种土具有明显的非线性流变特性,并采用半经验半理论的方法,建立了能够描述非线性流变的本构关系模型。最后,将流变本构模型应用于工程实践,采用MSC.Marc有限元分析软件计算出土体随时间的沉降变形规律,对软土路基的沉降进行预测。     

基于FLAC3D的寒区正融土坡稳定性数值模拟分析

为研究季节冰冻区土质边坡在春融期常发生的浅层滑坡,基于连续介质显式拉格朗日有限差分法,耦合温度、土体自重以及渗流力的共同作用,建立季冻区正融土坡实体模型。当外界温度由-5℃升高至10℃时,模拟得出土体边坡内部的塑性区分布特征和剪应变增量的发展趋势,给出季冻区正融边坡的最不利受力位置并分析破坏形式,分析结果可为季节冰冻区土质边坡的稳定性分析提供借鉴。     

上海某越江盾构隧道的地震响应分析

以上海某越江盾构隧道为例,采用二维动力有限元模拟的方法,分析了地震荷载作用下盾构隧道的动力响应,得到了在7度地震作用下,地表土体、隧道周围土体的动剪应力比、动孔压比以及水平方向的加速度.除此之外还得到地震荷载作用下隧道结构、轨道梁的动剪应力,得出了一些具有实际意义的结论,为以后的盾构隧道的设计和施工提供参考.     

强夯加固机理研究现状及展望

介绍了强夯法的工程应用,分析了地基土的强夯加固基本原理,总结了强夯加固机理的研究现状及存在的不足,并就今后的研究重点和发展方向提出了一些构想———强夯加固机理可采用以混合物理论为基础的多孔介质理论和合理的土动弹塑性本构模型进行系统研究,并应实现饱和土和非饱和土的统一,土体液化破坏机理也是强夯加固机理研究的重要内容.     

Elasto-plastic modeling of soft soil considering degradation of stiffness

The stiffness has a large influence on the behavior of soils. Its value is affected by some of the soils properties, such as the over consolidated ratio(OCR), the effective normal stress, and the plasticity index etc. In this paper, the numerical modeling of soft soils was carried out using an improved elasto-plastic S-clay1 model accounting for degradation of stiffness. The relation between the stiffness and the shear strain was established based on a large number of experimental data. The effects of strain-dependent stiffness of normally consolidated soils and over consolidated soils on the stress-strain behavior were studied through a comparison of the simulations with the experimental results of undrained triaxial compression tests. The results show that the behaviors of soils can be well predicted with the improved constitutive model, particularly before the peak stress.     

强夯加固机理研究现状及展望

介绍了强夯法的工程应用,分析了地基土的强夯加固基本原理,总结了强夯加固机理的研究现状及存在的不足,并就今后的研究重点和发展方向提出了一些构想———强夯加固机理可采用以混合物理论为基础的多孔介质理论和合理的土动弹塑性本构模型进行系统研究,并应实现饱和土和非饱和土的统一,土体液化破坏机理也是强夯加固机理研究的重要内容.     

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

Research on the dynamic performance of low-yield-strength shear panel damper for bridge application

This study seeks to develop a scientific understanding of the effects of dynamic loading history on the low-yield-strength shear panel damper(LYSPD) mechanical properties and fatigue performance.The LYSPD model is supposed as perfect elastic-plastic without strength deterioration.By adjusting the damper strength with the above supposition in the DYMO software,the serial earthquake response waves of the LYSPD under different soil conditions are obtained firstly.Subsequently,several waves,the most prone to damage at each soil condition, are selected as dynamic loading waves to verify the LYSPD dynamic performances experimentally.The test results suggest that the dynamic loading histories have no influence on the LYSPD strength or the supposed model while they affect the fatigue performance.The applicability and accuracy of three fatigue evaluation methods, cumulative plastic shear strain,cumulative energy absorption and Miner rule,are also compared according to the test results.     

公路类圆形隧道应力分布的时变反分析

隧道开挖过程中,隧洞围岩的应力应变场是时间和空间的函数.由应变构建的时变本构模型,运用位移反演方法,依据各步开挖后拱顶及水平收敛和深部测线量测位移,对隧道开挖引起的时变应变分布进行辨识.通过构造应变分布函数直接反演洞周应力分布的时变过程,尝试用增量法实现动载荷动态分布参数的反分析.