椭圆颗粒层理面定向对密实颗粒试样单剪力学特性的影响(英文)

目的:利用离散元数值模拟技术,从宏细观角度探究单剪受荷模式下,颗粒定向引起的层理面效应对数值试样强度与变形特征、应力-剪胀关系以及组构各向异性演化的影响及其机理。创新点:1.分析了单剪受荷条件下应力主轴偏转引发的主应力与主应变增量之间的非共轴效应,针对密实颗粒试样,研究了初始层理面倾角对非共轴应力-剪胀关系的影响;2.从细观力学角度,研究了应力主轴偏转条件下初始不同层理面试样的应力诱发组构各向异性特征,提出了一个可以考虑初始层理面效应的应力-接触力-组构经验关系式。方法:1.采用离散元团聚颗粒方法构建初始不同层理面定向的数值试样;2.采用傅里叶级数近似法对数值试样细观组构各向异性演化规律进行统计和定量数学分析;3.通过与已有文献数值模拟和室内试验结果的对比,探讨密实颗粒数值试样的单剪特性及非共轴应力-剪胀关系。结论:1.初始层理面定向显著影响数值试样的单剪强度与体变特征,且在定量上能与室内物理试验结果进行对比;2.在单剪受荷模式下,初始层理角越大,非共轴效应越显著;3.随着应力主轴的偏转,颗粒定向各向异性主方向逐渐趋于大主应力面作用方向,而接触法向各向异性的主方向基本垂直于颗粒定向各向异性主方向。4.本文提出的应力-接触力-组构关系式能够较好的反映颗粒定向对试样抗剪强度的影响。     

散粒体介质剪切变形的宏观特征与细观机制北大核心

为了探究散粒体介质在剪切过程中的内部结构变化及细观变形破坏特征,开展了直剪数值模拟试验,对剪切过程中颗粒体系的变形特性进行研究。试验中观察了散粒体内部结构随外荷载的变形响应情况,分析了试样的应力应变及剪胀特征关系。结果表明:散粒体的剪切变形及破坏是一个累积增长的过程,颗粒试样具有明显的应变软化现象,且在剪切面附近发生局部化塑性变形,同时整体表现出剪胀性;剪切过程中试样的细观组构各向异性与剪应力的变化具有一致性;接触力链网络演化呈现出强力链发育且主要集中于剪切面区域内的规律;颗粒的接触平均配位数整体呈现出减小的规律。     

形貌基因突变与衰减对于颗粒材料能量耗散行为的影响（英文）

目的：本文旨在探讨不同尺度颗粒形貌特征对于砂土应力-应变以及能量耗散行为的影响。方法：1.通过同步X射线计算断层扫描实验,提取高精度的真实颗粒形貌,并通过三维点云表征;2.通过基于球谐分析的主成分分析方法,构建不同尺度下颗粒形貌的突变与衰减;3.通过离散单元法仿真,模拟不同形貌试件的三轴剪切过程,并进一步讨论不同尺度颗粒形貌对于颗粒材料应力-应变以及能量耗散行为的影响。结论：1.通过比较较松散和较密实的试件,发现对于较松散试件,颗粒形貌对颗粒材料的初始刚度、应力-应变、体积应变和摩擦能量耗散等响应的影响更为明显;2.对于不同尺度下的颗粒形貌,局部圆度较长径比对颗粒材料宏观响应的影响更大;3.颗粒材料的能量耗散行为由颗粒形貌和初始孔隙率共同决定。     

离散元法模拟研究加载路径对预制裂缝岩石试样裂纹扩展特性的影响（英文）

目的：结构面是岩体的重要组成部分,其对岩体工程结构的变形和失稳有着重要的影响。本文旨在探究加载路径和围压对预制裂缝试样裂纹扩展和强度的影响,揭示不同加载路径下含预制裂缝岩石试样的微观破坏机理。创新点：1.设计可以模拟各种工程场景（如隧道、边坡开挖）下应力状态变化的加载路径,包括轴向加载试验、围压卸载试验和围压卸载伴随的轴向加载试验;2.研究试样裂纹扩展路径及其与加载路径和围压的关系;3.通过对局部应力集中和裂纹类型的分析,探讨影响断裂过程的微观机制。方法：1.基于试验数据,开展离散元模拟参数校准,实现对岩石试样宏观力学参数的再现（表3和图4）;2.基于校准获得微观参数,并开展三种加载路径下预制裂缝岩石试样数值模拟试验,获得加载路径与围压对试样裂纹扩展的影响（图5～12）;3.通过分析试样加载过程的应力分布以及微裂纹类型的占比,获得预制裂缝试样裂纹扩展的微观机理（图13～16）。结论：1.预制裂缝岩石试样加载过程中,裂纹扩展路径与轨迹受围压与加载路径的共同作用,围压的增大降低了加载路径对裂纹扩展的影响。2.加载过程中,不同类型裂纹的产生主要与不同局部应力的集中有关;在轴向加载条件下,会出...     

汛期地铁行车荷载作用下越江隧道离散元分析（英文）

目的:揭示汛期及常水位条件下地铁随机振动荷载作用下越江隧道管片及周边岩土体的动力响应及变形机制。创新点:建立越江地铁隧道二维离散元模型,并采用随机振动荷载模拟地铁行车荷载,揭示汛期和常水位条件下地铁行车荷载对越江隧道稳定性的影响。方法:采用离散元方法进行数值仿真。1.基于室内三轴试验和离散元数值拟合得到土层的各细观参数;2.采用不同接触模型对隧道内钢轨、轨枕、管片以及周边岩土体进行建模;3.将地铁随机振动荷载施加在钢轨上,对管片及周边岩土体不同区域内颗粒的受力及变形进行监测并分析。结论:1.位于隧道上半部分的周边岩土体颗粒振动偏大;2.随着距离的增大,振动波在周边岩土体内先放大后减小;3.汛期水位条件下地铁行车荷载对管片和周边岩土体的振动影响较小,但是对隧道变形影响较大。     

颗粒材料力学性质的离散元数值模拟

基于颗粒离散元法对二维颗粒体进行了双轴压缩数值模拟.将离散系统中的变形与连续体中相应的变形联系起来,应用于颗粒离散元方法中平均应力的计算,比较了不同颗粒形状、颗粒间摩擦系数对颗粒体的微观-宏观力学性能的影响,并分别考虑了不同摩擦系数下,颗粒颗粒间接触力的法向分量和切向分量对剪切应力的贡献.本文的计算结果表明颗粒的形状和表面性质对颗粒体的力学性能有显著的影响.     

强震触发黄土滑坡发生机制试验

为了进一步研究不同地震破坏程度后黄土的变形特性及稳态强度,通过MTS土动三轴仪进行了不同围压(100、150、200 k Pa)、不同动应变(0,1%、2%、3%)条件下的饱和黄土静力剪切试验。结果表明:在相同试样条件下,应力路径对稳态强度影响极小,不同震动破坏程度的试样在试验结束后的残余强度几乎相等;黄土液化后的稳态强度随着初始孔隙比的减小而增加;饱和度主要对黄土的黏聚力产生影响;初始有效固结压力与稳态强度有良好的拟合关系。比较震后斜坡重力驱动剪应力与稳态强度的关系,可判断斜坡会否发生破坏。     

桩承式路堤二维和三维土拱效应离散元分析（英文）

土拱效应是桩承式路堤的主要荷载传递机理。本文旨在探讨随着桩土差异沉降量的增加,平面土拱和空间土拱演化过程中的相似点和差异性,以深化对桩承式路堤作用机制的理解。创新点:1.基于离散元法对比分析平面土拱和空间土拱的作用发挥机制,包括细观角度的强弱力链分布特征和宏观角度的沉降变形模式;2.探讨路堤设计参数和土体参数对二维和三维路堤荷载传递和沉降变形(路堤顶面和路堤内部)的影响。方法:1.基于活动门室内模型试验建立桩承式路堤二维和三维离散元数值模型;依据接触力均值划分强弱力链,得到土拱结构的空间分布特征;采用颗粒位移分组获取土体变形模式。2.通过变化路堤高度、桩净间距、填料内摩擦角以及孔隙率来分析路堤荷载和变形响应。结论:1.平面土拱效应存在高估路堤荷载传递效率和低估路堤沉降变形的现象。2.当路堤高度高于等沉面,即土拱结构处于全拱状态时,路堤土体的空间滑裂面表现为穹顶状,且等沉面位置高于二维模型。3.增大路堤高度和填料内摩擦角以及减小桩净间距和孔隙率都能够提高平面土拱和空间土拱的荷载传递能力,进而减小路堤沉降量;其中,孔隙率对沉降变形的影响最为明显。4.当路堤高度低于等沉面,即土拱结构处于非全拱状态时,在三维模型中增加路堤高度主要减小四桩间上部土体沉降,而对两桩间上部土体沉降的影响较小。     

固化土双向制样仪研发与制样效果多尺度对比

该文研发了一款电动双向固化土试样制样仪,通过与击实法及静压法制样的试样进行宏观、细观、微观对比,分析验证双向制样仪的可行性。结果表明：在宏观层面上,双向试样固化土无侧限抗压强度最高,静压试样次之,而击实试样最低;双向试样固化土整体外观颜色一致且破坏形式稳定,均为剪切破坏,均匀性优于击实法和静压法试样。在细观层面上,双向试样的表观孔隙最少且分布均匀。在微观层面上,双向试样内部微观结构最致密,进汞量最少,孔隙体积占比以直径较小的颗粒间孔隙为主。因此,多尺度对比研究表明,自主研发的双向制样仪的制样效果优于静压仪和三瓣模（或双瓣模）,可在土工试验中推广应用。     

上覆荷载作用下膨胀土变形特性试验分析

通过室内有荷膨胀率试验,研究了膨胀土在不同上覆荷载下的变形特性.结果表明,膨胀土的膨胀率与上覆荷载的对数呈线性关系,并提出了相应的计算公式,为道路工程中膨胀土的变形预测提供了参考依据.     

45钢绝热剪切变形数值模拟

采用Ansys／Lsdyna对SHPB加载条件下不同热处理状态的45钢进行了2D数值模拟,数值重现了帽型试样高应变条件下的绝热剪切变形历程。计算中采用二维轴对称应变条件下的两种网格模型,材料本构方程采用热粘塑性Johnson-Cook本构关系,基于应力塌陷绝热剪切形成判据和等效应力-时间曲线分析了绝热剪切变形规律。计算结果表明,绝热剪切敏感性与加载速率和材料的组织结构密切相关。     

Discrete element modeling of sand behavior in a biaxial shear test

The mechanical behavior of sand is very complex, and depends on factors including confining pressure, density, and drainage condition. A soil mass can be contractive or dilative when subjected to shear loading, and eventually reaches an ultimate state, referred to as the critical state in soil mechanics. Conventional approach to explore the mechanical behavior of sand mainly relies on the experimental tests in laboratory. This paper gives an alternative view to this subject using discrete element method （DEM）, which has attracted much attention in recent years. The implementation of the DEM is carried out by a series of numerical tests on granular assemblies with varying initial densities and confining pressures, under different test configurations. The results demonstrate that such numerical simulations can produce correct responses of the sand behavior in general, including the critical state response, as compared to experimental observations. In addition, the DEM can further provide details of the microstructure evolutions during shearing processes, and the resulting induced anisotropy can be fully captured and quantified in the particle scale.     

结构性对黏性土渗透性状的影响研究

利用改进的固结渗透仪,通过对天然沉积软黏土原状样及重塑样进行固结渗透试验,对比分析了压缩过程中天然沉积土原状样与重塑样在同一孔隙比和同一应力水平下的渗透性状。研究结果表明,天然沉积土原状样e-log kv曲线位于重塑样的右边,但是两者差别不大;原状样的log kv-logσ’v关系曲线位于重塑样的上方,天然沉积土原状样与重塑样同一应力水平下的渗透系数的比值随着应力水平的增大而先增大后减小,在原状样固结屈服压力时达到最大值。     

Stress uniformity process of specimens in SHPB test under different loading conditions of rectangular and half-sine input waves

Based on the characteristics of 1D waves,the stress uniformity process in specimens under different loading conditions of rectangular and half-sine input waves was analyzed in split Hopkinson pressure bar (SHPB) test.The results show that the times of an elastic wave propa-gating from one end to the other in a specimen to attain stress equilibrium,is related to input wave-forms and relative mechanical impedance between the specimen and the input/output bars.Here-into,with the increae of the relative impedance,the times decreases under rectangular input waves loading,while it increases under half-sine input wave loading.The dimensionless stress value of specimen corresponding to the status of stress equilibrium increases with the increase of the rela-tive mechanical impedance.However,the dimensionless stress value under half-sine input wave loading is significantly lower than the value under rectangular input wave loading for specimen with low mechanical impedance,and the relative differentia of the dimensionless stress values under two loading conditions decreases with the increase of the relative mechanical impedance.In gen-eral,the forced state of specimen with relatively low mechanical impedance under half-sine input wave loading is evidently superior to the state under rectangular input wave loading in SHPB test,and the advantages of forced state under half-sine input wave loading turns weak with the increase of the relative mechanical impedance.     

Local data analysis for eliminating end restraint of triaxial specimen

A data processing method was proposed for eliminating the end restraint in triaxial tests of soil. A digital image processing method was used to calculate the local deformations and local stresses for any region on the surface of triaxial soil specimens. The principle and implementation of this digital image processing method were introduced as well as the calculation method for local mechanical properties of soil specimens. Comparisons were made between the test results calculated by the data from both the entire specimen and local regions, and it was found that the deformations were more uniform in the middle region compared with the entire specimen. In order to quantify the nonuniform characteristic of deformation, the non-uniformity coefficients of strain were defined and calculated. Traditional and end-lubricated triaxial tests were conducted under the same condition to investigate the effects of using local region data for deformation calculation on eliminating the end restraint of specimens. After the statistical analysis of all test results, it was concluded that for the tested soil specimen with the size of 39.1 mm × 80 ram, the utilization of the middle 35 mm region of traditional specimens in data processing had a better effect on eliminating end restraint compared with end lubrication. Furthermore, the local data analysis in this paper was validated through the comparisons with the test results from other researchers.     

钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对纯钢框架试件、冷弯薄壁型钢组合墙体试件、钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体试件、覆双面OSB板的钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体试件进行水平低周往复荷载作用下研究,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、延性和耗能等。结果表明,钢框架与冷弯薄壁型钢组合墙体有明显的组合效应;冷弯薄壁型钢组合墙体能明显增强钢框架结构的承载力、刚度、延性和耗能能力;覆双面OSB板钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能较不覆板的钢框架-冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能好。     

薄片漏斗试样的应变等效换算与Zr-4合金疲劳寿命估算

完成了Zr-4合金薄片漏斗小试样的横向等幅应变疲劳试验;提出了薄片漏斗试样细腰部与薄片等直试样疲劳损伤等效的局部损伤等效假设;基于弹塑性有限元分析,建立了Zr-4合金薄片漏斗小试样横向测试应变向轴向应变转换的应变等效转换模型,该模型考虑了几何效应和泊松效应;结合实验结果,提出了用于Zr-4合金应变疲劳寿命估算的Manson-Coffin(M-C)模型。研究表明:薄片漏斗小试样及其应变等效转换模型可以有效应用于薄片金属材料的低周疲劳试验和寿命估算;国标推荐的应变换算公式应用于薄片漏斗小试样的Zr-4合金疲劳寿命估算会带来很大安全余量。     

大骨料混凝土在双轴压应力状态下的变形和强度试验研究

利用大连理工大学自行研制改造的液压伺服静、动态三轴试验系统对不同骨料级配和尺寸的混凝土试件在双向压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80 mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250 mm,150 mm×150 mm×150 mm和100 mm×100 mm×100 mm.试验过程中,测得了所有试件两个加载方向的应力和应变,以及未加载方向上的侧向变形,并根据试验结果,系统地探讨了不同级配混凝土的双轴抗压强度、极限变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律,发现大骨料混凝土在双轴压作用下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高的更多,最后分别在主应力空间和主应变空间建立了不同级配混凝土的破坏准则,这为水工大体积混凝土按多轴强度理论进行设计提供了试验依据.     

岩石变形的基本理论--分析岩石有限测定及其地质意义

根据弹性力学研究在应力下物体内一点的应力状态.推理岩石在应力下发生应变,其有限变测量可研究地质构造的性质及形成机制、岩石变形前的状态、岩石圈区域性的系统应变测量.