颗粒材料双轴试验离散元数值模拟(英文)

为了得到颗粒材料的力学参数与试验条件之间的关系,选取5组粒径范围的颗粒材料,利用离散元方法生成初始试件,并数值模拟了其双轴试验,分析了不同围压对材料弹性模量和强度的影响,以及不同加载速率下材料的弹性模量、泊松比和强度的变化规律。提取了围压为10MPa与加载速率为0.03m.s-1时5组试件的应力-应变曲线,从微观角度给出了荷载作用后试件中的裂缝分布。模拟结果表明:随着围压的增大,5组试件的弹性模量和强度增大,增长趋势相对平缓,但粒径为9.50～13.20mm的试件出现较大波动;加载速率与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力基本呈二次多项式关系,最小判定系数为0.9009,最大为0.9959;在5组试件中,随着粒径的增大,由应力-应变曲线得到的应力峰值减小。     

加载顺序及加载幅值对沥青混合料性能的影响分析

基于应变控制的沥青混合料四点弯曲疲劳试验,研究了加载顺序和加载幅值对沥青混合料动态黏弹性参数的影响。结果表明:采用先低后高的加载顺序控制时,劲度在两阶段都会随着荷载作用次数的增加而减小,相位角在两阶段会随着荷载作用次数的增加而增加;采用先高后低的加载顺序时,低荷载阶段劲度的变化和相位角的变化会出现两种情况,当高低荷载较为接近时,低荷载阶段的劲度随着荷载作用次数的增加而减小,相位角随着荷载次数的增加而增大;当高低荷载的幅值相差较大时,低荷载阶段的劲度先增大后减小,相位角先减小后增大。通过相位角分别计算出疲劳试验中的黏性模量和弹性模量,揭示了先高后低顺序过程中低荷载阶段劲度先增大后减小和相位角先减小后增大是由于沥青混合料中弹性恢复引起的。     

基于点荷载的山皮石强度研究

山皮石作为路基材料时具有强度高、透水性好、价格低廉的优势。对山皮石试样分别进行天然、饱和状态下的点荷载试验,基于点荷载试验对山皮石的强度进行分析,讨论了饱和对山皮石强度的影响。结果表明：山皮石强度离散型较大但整体强度较高,试样中有75%的强度达到38.9MPa以上;山皮石强度随截面面积的增大先增大后减小,截面面积在1500m²左右时强度较高;山皮石的软化系数一般小于0.75,属于易软化岩石。     

工程岩体抗剪强度参数的数值分析及应用

借助于地质调查和简便易行的力学实验确定复杂岩体的力学参数是岩石力学积极探索与研究的方向之一，根据典型的岩体结构概化模型，模拟现场岩体力学实验可以达到简便易行和完成大批量试验的目的，本文使用数值分析方法，模拟了节理－岩桥组合切实验过程，计算了岩体抗剪切破坏强度参数并应用于工程实践。     

不同黏结层沥青路面层间抗剪性能研究

为了研究沥青路面的层间抗剪性能,通过试验主要分析了油石比、加载速率、温度、层间结合料种类和用量对层间抗剪性能的影响。试验结果显示,随油石比增大抗剪强度呈现先增大后减小的变化规律,当油石比为4.0%时,抗剪强度最大;加载速率越大,抗剪强度越高,当加载速率大于20 mm/min后,抗剪强度趋于稳定;温度越高,抗剪强度越小,其中当温度超过45℃后,抗剪强度急剧下降;以SBR改性沥青做黏结料时,抗剪强度随结合料用量的变化规律与基质沥青和SBR改性乳化沥青为结合料时明显不同,当结合料用量大于1.0时,以SBR改性沥青做黏结料对应的抗剪强度较高。     

多功能便携式点荷载仪的研制

岩石力学参数的测试是岩体工程建设与研究的基础，一直以来点荷载试验被认为是现场测定与估算岩石单轴抗压强度的最佳方法。针对现有点荷载仪器笨重、使用率低等不足，研制了多功能便携式点荷载仪。文章由工程实际出发，介绍该仪器的设计思路及理论依据，利用岩石试件的尺寸效应来达到缩小仪器加载系统仍能满足测试的要求，同时对其外观、测量、数据采集系统进行优化设计，使其能够自动获取试验数据，减少人工误差。对比仪器的主要技术参数，该仪器具有体积小、重量轻等特点，满足工程现场对仪器便携化的要求。最后利用此仪器分别对闪长岩、石英片岩、大理岩进行了点荷载试验，并依据规范方法估算岩石单轴抗压强度，试验结果验证了该仪器的可行性与可靠性，证明了该仪器用于工程的适用性。     

再生钢管混凝土柱黏结滑移性能试验研究

为了探讨再生钢管大骨料混凝土柱的黏结滑移性能,设计8根钢管再生大骨料混凝土柱,并对其进行推出试验,试验主要研究了取代率及界面黏结长度两个因素与初始黏结强度和极限黏结强度的关系,得到相应黏结滑移曲线。结果表明:再生钢管大骨料混凝土柱的应力-滑移曲线主要经历了三个阶段,即无滑移阶段、上升阶段和下降阶段,加载端、中部及自由端全过程应力-滑移曲线具有相似性;取代率在一定范围内(0~40%),极限黏结强度随着取代率的增大而增大,在取代率为40%时达到最大,初始粘结强度随着取代率的增大有所增大,但增大幅度不大,得到再生大骨料的最优取代率约为40%;黏结界面长度在一定范围内(400~700 mm),初滑移黏结强度随着黏结界面长度的增加有所增加,但增幅不大,约为0.001 MPa,而极限黏结强度随着黏结界面长度的增加有下降趋势。     

循环荷载下钢管混凝土与钢筋黏结的试验研究

为探究循环荷载下配筋钢管混凝土构件黏结锚固性能，对配筋钢管混凝土试件开展了单调加载和循环加载试验.通过单调加载试验，对比分析了黏结力与滑移量之间的响应关系；基于单调加载试验结果，对若干配筋钢管混凝土试件在单轴循环荷载作用下的黏结特性进行了试验研究，考虑包括箍筋配置、黏结长度、钢筋直径、加载次数等因素对黏结性能的影响规律，分析了不同试件黏结力的退化机制及其破坏模式.结果表明：箍筋提高了试件承受循环荷载作用的能力，配筋钢管混凝土试件的黏结力和延性随黏结长度、钢筋直径的增加而增大，配筋钢管混凝土试件中钢筋的黏结力及延性随着前期承受循环荷载的加载次数的增加而降低，配筋钢管混凝土黏结破坏时整个黏结区域相对比较平滑，变形肋印迹不明显.     

大理岩真三轴单面卸荷条件下加卸载试验研究

为了准确地评价巷（隧）道开挖面附近围岩的稳定性,采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对大理岩岩样进行第三主应力单面卸荷加、卸载试验研究. 通过高应力巷（隧）道开挖围岩失稳机理分析,采用不同应力加卸路径模拟能量积聚型和应力集中型两种物理工程破坏模型,进一步分析两种破坏模型的应力-应变曲线规律、破坏特征和强度特征. 研究结果表明:随着卸荷面应力的减小出现扩容现象,主要破坏面在临空面附近,随着轴压的升高,劈裂破坏范围增大,卸荷临界值也增大;随着围压增高,屈服点和峰值点增大,并且屈服点和峰值之间的曲线斜率较为平缓,破坏由局部张拉-劈裂-剪切复合性破坏发展成整体劈裂破坏;同围压条件下卸荷破坏强度是加载破坏强度的80%,岩体卸荷比加载更容易破坏,进而修正了广义Hoek-Brown强度准则.      

铁路碎石道砟静态压碎行为数值模拟

为揭示碎石道砟静态受压力学行为与破碎机理,用激光扫描仪获得道砟的真实几何形态,采用球形单元构建了道砟的离散元模型;通过定义单元间接触与黏结行为,模拟了30~60 mm粒径道砟的静态压碎过程,分析了压碎过程中载荷-位移响应以及内部力链和黏结断裂的分布与演化.结果表明:道砟静态压碎特征强度的离散性大且服从Weibull分布,这与已有试验结果一致;初始加载时,尖锐棱角和表面不平整导致道砟表面接触点应力集中与局部压碎,引起道砟翻转及接触状态变化,内部力链分布随之变化,载荷出现短暂回落;道砟稳定弹性变形阶段,部分单元间的接触力随载荷增大逐渐超过黏接强度,出现黏结断裂和局部微裂纹;当黏结断裂数量急剧增加到一定规模时,内部裂纹快速扩展,道砟最终劈裂破碎.      

沥青混合料裂缝扩展过程细观力学模拟

采用离散元方法构建了沥青混合料马歇尔数字试件，模拟了间接拉伸试验，研究了粘结强度比、颗粒摩擦因数和加载速率对微裂缝扩展过程的影响，分析了试件内部颗粒的细观响应。模拟结果表明：粘结强度比越大，沥青的粘结特性越明显，使得微裂缝的类型由法向渐变为切向，当粘结强度比由0．500增大到4．000时，接触力减小了78．05％，位移...     

变质板岩高边坡岩石蠕变特性试验研究

岩质边坡开挖后的岩体应力调整和变形不是在瞬间完成,而是在相当长的时间内应力和变形才趋于稳定,这是由于边坡岩体存在流变特性。为研究岩质边坡岩石的流变特性,以湖南某高速公路一典型变质板岩高边坡为研究对象,对该高边坡板岩的蠕变特性进行了单轴压缩蠕变试验研究。研究结果表明：Burgers模型能很好的模拟板岩的蠕变特征;随着轴向应力的增大,伯格斯模型各参数都有减小的趋势,说明板岩的粘性蠕变随着轴向应力的增大而越来越明显,板岩呈非线性粘弹性。     

端部摩擦对不同加载方式真三轴试验的影响

针对岩石真三轴试验中存在的端部摩擦效应,运用Abaqus,模拟分析了传统式和互扣式两种端部垫块加载方式下端部摩擦对真三轴试验结果的影响。计算结果表明：两种加载方式下都产生了虚假中间主应力效应,且端部摩擦效应对岩石试样强度和变形的影响随着摩擦系数的增大而增大。花岗岩在两种加载方式下不同摩擦系数的一系列试验证实了该结论。     

沥青混合料劈裂试验的颗粒流程序模拟研究

为了从细观角度模拟分析沥青混合料的低温开裂行为,选取了4种集料类型、4种矿料级配类型,运用颗粒流程序PFC2D内置"Fish"语言,重构了包含沥青砂浆和粗集料在内的沥青混合料细观数字试件,采用离散元方法实施了虚拟劈裂试验。研究结果表明:离散元模拟得到的劈裂抗拉强度与室内试验结果的匹配程度较好;试件在加载至峰值荷载前,内部已萌生一定数量微观裂纹,极值点荷载后微观裂纹数量大幅增加;高强度集料组成的混合料基本沿着集料与砂浆的界面发生破坏,低强度集料则部分会被裂纹贯穿;基于颗粒流程序的虚拟劈裂试验可以作为研究沥青混合料断裂特征的辅助手段。     

基于PLAXIS的地基沉降计算及相关参数分析

基于Plaxis有限元程序,对有代表性的工点进行了理论沉降计算。并根据现场的大型平板荷载试验的实际加载和开挖情况,在模拟地层沉降时,分别考虑直接加载和考虑基坑开挖2种情况,并对比实测的数值,得出考虑开挖后有限元计算更能贴近土层实际的变形,并在此基础上,综合考虑了土层性质、渗透系数,以及泊松比等参数对于红粘土地基沉降的影响。     

变幅交变应变控制下沥青混合料应力响应

借助于单位阶跃函数将分段的应变写成连续应变的形式,基于Burgers模型,求解出变幅交变应变控制条件下沥青混合料的应力解析解;同时,开展了沥青混合料变幅疲劳试验,并将解析解与试验结果进行比较。结果发现:当加载顺序为先低后高时,沥青混合料在两阶段的应力都会随着荷载作用次数的增加而减小;而加载顺序为先高后低时,沥青混合料在低应变控制的初始阶段会存在一个平衡应力,当卸载幅度过小时,低应变控制阶段的初始应力会高于平衡应力,应力会随着荷载作用次数的增加而减小,当卸载幅度过大时,低应变的控制阶段的初始应力会低于平衡应力,应力随着荷载作用次数的增加先增大后减小。     

充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

颗粒离散元分层建模法及颗粒尺寸效应

离散元分析方法是研究岩石力学行为、完善岩石力学基础理论的重要工具之一,为提高颗粒离散元法模拟室内岩石力学及大规模工程尺度试验的精确度,提出分层建模法,该方法对岩石或岩体关注区域采用小尺寸颗粒进行精细化模拟,外侧非重点关注区域采用大尺寸颗粒建模以扩大计算区域. 采用分层建模法进行单轴压缩、巴西劈裂试验并与常规建模计算结果进行对比,初步验证了分层建模法模拟室内力学试验的可行性. 研究结果表明:分层建模法与常规建模一样受颗粒尺寸效应影响,但可以减少颗粒流模型中的颗粒数量,计算效率提高50%以上;分层模型的单轴抗压强度和起裂应力分别与外层对应的常规模型相比,最多仅减小2.7%和1.9%,匹配单轴抗压强度时可先以外层材料常规模型作参照,单轴抗压强度和起裂应力的变异系数（coefficient of variation,COV）普遍大于常规模型,但依然在2%的可接受范围内;分层模型中粒径分布的不均匀性对模型弹性阶段的变形性质影响较小,分层模型的弹性模量与外层对应的常规模型相比减小1.3% ~ 2.3%;分层模型的巴西劈裂抗拉强度与外层对应的常规模型增大了1.32% ~ 2.35%,宏观破裂特征与小粒径常规模型相似,但在加载板附近有更多的裂纹.      

点荷载试验在防波堤护面石质量控制中的应用

依据国际岩石力学学会(ISRM)点荷载强度试验标准,通过对加纳特码CHEC石场片麻岩试样进行纵波波速试验、岩石点荷载强度及单轴抗压强度试验,确定了片麻岩单轴抗压强度与点荷载强度之间的线性回归方程及片麻岩各向异性指数,可依据回归方程由点荷载试验结果较为准确地估计岩石单轴抗压强度,为快速筛选防波堤用合格护面石提供技术建议。     

钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱抗震性能影响

为了研究钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱在地震荷载下的弹塑性滞回性能的影响,采用有限元OpenSEES对试验墩柱进行了有限元数值模拟,同时参数分析了在改变墩柱延性、钢筋屈服强度、混凝土的约束以及加载历程对粘结滑移曲率的影响。分析结果表明：考虑钢筋粘结滑移的模型能较好地反映滞回曲线的“捏拢”效应以及墩柱强度与刚度的退化作用,与实际结果模拟较好,可供钢筋混凝土墩柱数值模拟和地震反应分析参考。