砂砾地层盾构隧道受力光弹试验

为满足城市地下管廊、城际快速地下交通网的建设需求，中国隧道工程的应用率与日俱增。砂砾地层因黏聚力较低，与其他地质条件地层相比工程特性明显。在分析类似地质情况下的盾构隧道受力时，连续性介质假设已不能满足实际需求，应从非连续介质角度分析隧道及其周围岩石介质的受力分布。通过光弹试验观测砂砾地层中隧道-围岩系统内的力链强弱及其分布形式，并应用数字图像处理方法提取力链信息。在光弹颗粒中设置圆形管道以模拟盾构隧道，并通过改变内置管道的直径大小，改变上部及侧部载荷大小，以及在管道底部进行光弹颗粒释放，来分析砂砾地层中隧道直径、埋深变化及隧道底部的地层破坏、流动对隧道-围岩系统中力链分布的影响。利用颗粒元软件PFC对试验过程进行数值模拟，对比分析模拟结果与试验结果以验证试验的可靠性。结果表明：力链是砂砾地层与隧道之间载荷传递的主要方式，围岩与隧道间的接触力分布具有非对称性；隧道的椭圆化程度及其周围砂砾岩层中的力链密度，均随着隧道直径和埋深的增加而增大；当砂砾地层破坏、流动时，隧道-围岩系统内的力链也被破坏并重新分布，地层内维持系统稳定的“环状”强力链退化成为“拱形”强力链，系统自稳性产生破坏，此时应采取措施强化系统的稳定性。     

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.      

基于PFC的桩承式路堤土拱效应机理研究

应用PFC3D软件,模拟桩承式路堤土拱效应,分析土体颗粒体系中力链的分布情况及土体孔隙比、配位数与土拱效应的关系。研究结果表明:桩土相对位移出现时,路堤土体中力链明显偏转,并发展成一拱形;土体成拱过程中,孔隙比会发生突变;桩土相对位移对路堤土体的影响存在渐进性;配位数在路堤土体中的分布,呈现中部高于上、下部的趋势,证明土拱拱体的形成;在较小或较大相对位移情况下,土体内部颗粒运动比较活跃,土拱效应发挥明显。     

黏粒含量对粉土抗压强度的影响

选用山东省齐河地区黄河冲击平原粉土,湖南的黏粒(红黏土)为原料,特制一种接近于粉土中黏粒的黏土,考虑到粉土中黏粒对土体的整体黏结性具有一定影响,采用宏观与细观结合的分析方法,研究黏粒对粉土抗压强度的影响.结果 表明:粉土在非浸水条件下的无侧限抗压强度随黏粒含量的增加呈先减小后增大的趋势,在黏粒内掺掺量为6％时达到最低;...     

基于间接拉伸模式的沥青混合料内部力链分布特征

为了表征沥青混合料在间接拉伸模式下的力链分布特征，成型3种骨架结构沥青混合料的马歇尔试件，以及旋转压实试件和相应3种类型的沥青砂浆静压试件。利用简单性能试验分别测试不同温度条件下沥青混合料和沥青砂浆的动态模量、相位角，在获取沥青混合料旋转压实试件和马歇尔试件截面图像的基础上，结合数字图像处理技术和MATLAB编程，借助离散元方法重构了3种类型沥青混合料的旋转压实和马歇尔数字试件。对旋转压实数字试件进行虚拟简单性能试验，运用反演算法计算数字试件的细观参数，校验细观模型的准确性和合理性。对马歇尔数字试件开展虚拟间接拉伸试验，提取颗粒间接触力力链信息，以力链概率分布和角度分布作为量化指标进行分布特征分析。研究结果表明：利用离散元方法重构的3种骨架结构沥青混合料黏弹性细观模型具有较高的预测精度，动态模量和相位角的实测与预测最大差异分别为9.64%、0.24°；间接拉伸荷载模式下，3种骨架结构沥青混合料的内部法向压力力链概率分布均随f(接触力与平均接触力的比值)的增大而衰减，强力链(f≥1)的概率分布较小，而弱力链(f＜1)的概率分布较大，随着温度的升高，力链的最大概率分布基本呈增大的趋势；不同温度的压力力链角度分布差异较大，呈沿0°-180°水平线和90°-270°垂直线的非对称分布，0°-180°水平线以上分布占主导，随着温度的升高，角度分布均向外延伸，但延伸幅度不大，最大仅为3.954%；不同截面的沥青混合料具有一致的法向力链概率分布和角度分布。研究结果为从细观角度认知沥青混合料的非均匀力学响应及荷载传递演化提供了理论依据。     

基于离散-连续耦合的双层地基承载力研究

路基工程中常采用人工换填方式形成上硬下软的层状地基以增加地基承载力，但目前对于双层地基的极限承载力和破坏机制的宏微观研究尚不够深入。通过室内单元试验、室内模型试验对地基土体的单元力学特性及分层情况下地基的极限承载力进行研究，并采用离散-连续耦合数值模拟方法分别对4种不同上覆土层厚度的双层地基平板载荷试验进行模拟，研究上覆土层厚度对双层地基承载特性的影响及其对应的宏微观特性之间的关联。结果表明：上覆土层厚度对地基宏观力学特性及微观传力机制均有较大的影响；双层地基承载力及变形模量随着上覆土层厚度增加而增大；加载过程中，强力链主要分布在一个对称梯形区域内，且随着上覆土层厚度的增加，梯形区域的斜率增大，应力扩散角减小，受扰动区域变小；加载板正下方可观察到明显的应力集中，随着深度增加，应力集中的强度减小，随着上覆土层厚度的增加，应力集中区域减小。