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冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析

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防灾减灾工程学报 2024年第3期44卷 715-724页

作者：朱怀太欧尔峰姜琪赵永春赵建沅兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨-正十四烷复合相变材料(EG-C_(14))改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同EG-C_(14)掺入比黄土试样的体积变形试验... 详细信息

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨-正十四烷复合相变材料(EG-C_(14))改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同EG-C_(14)掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验,探究冻融作用下不同EG-C_(14)掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明:EG-C_(14)减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化,进而有效抑制了土体的胀缩变形;同时,EG-C_(14)降低了冻融循环对土体微观结构的损伤,与素黄土相比,多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少,颗粒骨架也更为密实,进而增强了土体的力学性能;此外,EG-C_(14)改良黄土的力学性能随EG-C_(14)掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定,且掺量为4%时改良效果最佳。

关键词：冻融作用黄土复合相变材料力学特性机理分析

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基于PFC2D的黄土轴向压裂试验细观参数敏感性分析

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水资源与水工程学报 2023年第2期34卷 194-201页

作者：贾乐琪严松宏孙纬宇欧尔峰张建兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070

黄土的低抗拉能力是黄土地区工程建设中病害频发的重要原因。采用离散元程序PFC2D对黄土轴向压裂试验进行数值模拟,通过控制变量法改变单个细观参数取值,分析其对黄土抗拉特性的影响,并结合正交试验,对各细观参数进行了敏感性分析。结... 详细信息

黄土的低抗拉能力是黄土地区工程建设中病害频发的重要原因。采用离散元程序PFC2D对黄土轴向压裂试验进行数值模拟,通过控制变量法改变单个细观参数取值,分析其对黄土抗拉特性的影响,并结合正交试验,对各细观参数进行了敏感性分析。结果表明:黄土的抗拉强度与黏结刚度比k_(n)/k_(s)呈对数递减关系,与黏结强度σ_(c)、半径乘子λ呈线性递增关系;黄土的抗拉刚度与黏结刚度比呈对数递减关系,与半径乘子呈线性递增关系;半径乘子对抗拉强度的影响最强,黏结刚度比对抗拉刚度的影响最强,粒径比r^(*)对抗拉强度、抗拉刚度的影响均最弱。研究可为黄土轴向压裂试验数值模拟中细观参数的标定提供参考。

关键词：黄土轴向压裂数值模拟抗拉强度细观参数敏感性分析 PFC2D

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全风化花岗岩路基填料改良试验研究

铁道建筑 2023年第1期63卷 132-136页

作者：苏钰钦王芳欧尔峰马路寒兰州交通大学交通运输学院兰州730070 中国国家铁路集团有限公司工程管理中心北京100038 兰州交通大学土木工程学院兰州730070 北京市勘察设计研究院有限公司北京100038

海南地区全风化花岗岩广泛分布,却无法直接用作路基填料。针对这一问题,对全风化花岗岩采用水泥进行改良,同时开展界限含水率、重型击实、加州承载比(California Bearing Ratio,CBR)、无侧限抗压强度、回弹模量、动三轴试验研究素土及... 详细信息

海南地区全风化花岗岩广泛分布,却无法直接用作路基填料。针对这一问题,对全风化花岗岩采用水泥进行改良,同时开展界限含水率、重型击实、加州承载比(California Bearing Ratio,CBR)、无侧限抗压强度、回弹模量、动三轴试验研究素土及改良土工程特性。结果表明:随着水泥掺量增加,塑性指数递减,最优含水率和最大干密度均呈线性递增趋势;随着水泥掺量的增大,CBR值、无侧限抗压强度、回弹模量和动应力大幅增长,改良土工程性质显著提升。根据试验成果,建议基床表层采用水泥掺量6%的全风化花岗岩改良土,基床底层及基床以下路基采用水泥掺量4%的改良土。

关键词：高速铁路路基现场试验全风化花岗岩填料水泥掺量改良

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北方寒冷地区水渠的地震动力响应特征

农业工程学报 2018年第12期34卷 162-170页

作者：欧尔峰李双洋刘德仁兰州交通大学土木工程学院兰州730070 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000

冻土中的含水量和含冰量受温度直接影响,因此温度对季节性冻土的冻结层的力学性质有显著的影响。北方寒冷地区水渠的地震动力响应随季节变化会呈现出差异。该文运用冻土物理学、冻土力学、数值传热学、高等土力学及土动力学等基本理论,... 详细信息

冻土中的含水量和含冰量受温度直接影响,因此温度对季节性冻土的冻结层的力学性质有显著的影响。北方寒冷地区水渠的地震动力响应随季节变化会呈现出差异。该文运用冻土物理学、冻土力学、数值传热学、高等土力学及土动力学等基本理论,建立了北方寒冷地区水渠的水-热-动力耦合数学模型,并编制了相应的数值分析程序。最后,以北方寒冷地区某一监测输水渠道为例,对修建后第10年水渠在地震荷载作用下的2个典型时期的地震动力响应问题进行了数值分析。结果表明,当发生地震时,水渠加速度呈显著季节差异,渠底和渠顶加速度在温度环境最低时(1月15日)最大值分别为1.160、1.476 m/s^2,在温度环境最高时(7月15日)其最大值分别为1.360、1.785 m/s^2;水渠速度无显著差异,渠底和渠顶的水平速度在1月15日最大值分别是0.145和0.149 m/s,7月15日其最大值分别是0.146和0.150 m/s;在地震结束后,水渠发生残余位移并呈倾斜分布,渠堤出现较大的相对位移,7月15日水渠最大位移为5.6 cm。该研究成果可为北方寒冷地区同类型工程的设计与维护提供参考。

关键词：渠道冻土温度寒冷地区地震响应数值模型季节

兰州砂卵石地层盾构施工的peck公式参数优化

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2020年第3期39卷 231-235页

作者：杨小强欧尔峰兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730000

针对peck经验公式预测隧道开挖引起的地表沉降受地质环境、开挖方式等影响的问题,揭示隧道开挖引起地表沉降的一般规律。基于兰州砂卵石地层某地铁盾构区间,取30个典型断面地表沉降的监测数据,利用线性回归方法,引入地表最大沉降量的修... 详细信息

针对peck经验公式预测隧道开挖引起的地表沉降受地质环境、开挖方式等影响的问题,揭示隧道开挖引起地表沉降的一般规律。基于兰州砂卵石地层某地铁盾构区间,取30个典型断面地表沉降的监测数据,利用线性回归方法,引入地表最大沉降量的修正系数α和沉降槽宽度修正系数β,修正优化peck公式。研究结果表明:在兰州砂卵石的地层条件下,当α∈[0.5139,0.9364],β∈[0.5987,0.7609]时,优化后的peck曲线与监测数据较为吻合。研究结论为城市相似地层下地铁建设提供参考和依据。

关键词：砂卵石地层盾构施工 peck公式地表位移修正系数

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水平层状围岩铁路隧道地震动力响应特征研究

铁道工程学报 2018年第5期35卷 88-93页

作者：欧尔峰马学宁严松宏兰州交通大学兰州730070

研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧... 详细信息

研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧道与地下结构抗震分析的研究颇丰,但大多是按照均匀连续介质模型进行模拟,考虑水平层状围岩特性的隧道结构动力响应分析还不多见。本文基于连续介质力学的离散元方法软件CDEM模拟水平岩层的结构面特性,主要针对不同水平岩层的厚度和不同地震动输入方向,共计12种计算工况,分析隧道衬砌关键部位的动力响应特性。研究结论:(1)结构面(层面)存在会引起主应力增加,产生相对位移,降低加速度,尤其对穿越中厚层状围岩的隧道要加强措施;(2)地震动方向对隧道衬砌大主应力的影响比较明显,特别对拱顶、墙腰、仰拱的大主应力(压应力)影响比较大,对拱顶的影响尤其明显,且岩层越薄,影响越大;(3)地震动方向对隧道衬砌拱顶的拉应力影响特别大,在竖向地震作用下,拱顶的拉应力将超过1.54 MPa,当岩层层厚为0.2 m时将超过2.66 MPa,已经超过了混凝土的抗拉强度,水平层状围岩隧道拱顶衬砌需加强;(4)该研究结论对类似地质条件下地下工程的建设具有指导意义。

关键词：水平层状围岩地震响应基于连续介质力学的离散元方法数值分析

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SV波斜入射下河谷地形地震动分布特征分析

振动与冲击 2019年第20期38卷 237-243,265页

作者：孙纬宇汪精河严松宏欧尔峰梁庆国兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070 甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070

基于黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面SV波斜入射的地震动输入。研究了SV波入射角度和河谷斜坡坡度对河谷场地地震动放大系数分布特征的影响。结果表明:地震波入射角度和斜坡坡度越大,斜坡坡面以及坡顶平台一定范围内的地... 详细信息

基于黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面SV波斜入射的地震动输入。研究了SV波入射角度和河谷斜坡坡度对河谷场地地震动放大系数分布特征的影响。结果表明:地震波入射角度和斜坡坡度越大,斜坡坡面以及坡顶平台一定范围内的地震动放大系数越大,坡顶平台的影响宽度也越大;地震波从左侧倾斜入射时,河谷两岸地震动放大系数呈不对称形式分布,且入射角度越大,河谷左岸x分量的地震动放大系数越大,河谷右岸z分量的地震动放大系数越大,不对称现象越明显;以不同角度入射时,坡顶处地震动放大系数和坡顶平台影响区域均随坡度的增大呈线性增大趋势;入射角度与斜坡坡度越大,坡顶处水平加速度反应谱越大,反应谱峰值有向右偏移的趋势。

关键词：河谷地形黏弹性边界 SV波斜入射放大系数

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三向地震作用下错距岩质边坡共振特性研究

水文地质工程地质 2023年第2期50卷 95-102页

作者：林峻岑严松宏孙纬宇欧尔峰兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室(兰州交通大学) 甘肃兰州730070

地震引发的共振往往会对边坡造成严重的破坏,直接影响边坡的抗震性能。为研究错距岩质边坡的共振特性,通过有限元软件ANSYS建立三维边坡数值模型,分析错距对边坡固有频率的影响,并使用谐响应分析对坡面各点的共振响应规律及地震作用频... 详细信息

地震引发的共振往往会对边坡造成严重的破坏,直接影响边坡的抗震性能。为研究错距岩质边坡的共振特性,通过有限元软件ANSYS建立三维边坡数值模型,分析错距对边坡固有频率的影响,并使用谐响应分析对坡面各点的共振响应规律及地震作用频率对边坡应力的影响进行探讨。结果表明:(1)在不同错距条件下均有可能出现共振现象,边坡错距越大,基频越小,坡面的水平共振位移大于竖向共振位移,前坡坡面位移峰值较大,发生共振的频率比后坡小;(2)低阶和高阶固有频率被激发都可引发共振,但高阶共振位移相对较小,前坡和后坡坡面水平位移峰值表现为:坡顶>坡中>坡脚,侧坡则是:坡中>坡顶>坡脚,在高频加载条件下,边坡会出现下部动力响应大于上部的现象;(3)坡体共振时发生的破坏主要以坡脚剪切破坏为主,最大剪切应力和最大拉应力出现的位置与加载频率范围有关,前坡更容易遭受破坏,低频地震动对前坡影响较大,而高频地震动则相反。所得结论可为错距边坡进行抗震设防时确定重点加固部位提供参考。

关键词：地震作用错距边坡边坡破坏共振特性 ANSYS 抗震设防

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基于黏弹性边界的地震动输入方法和边界条件选择研究

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地震工程学报 2016年第6期38卷 929-934页

作者：孙纬宇欧尔峰严松宏兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 甘肃省轨道交通力学应用工程实验室甘肃兰州730070

针对地下工程抗震分析中边界条件和地震动输入方式选择问题,对一地下半无限体模型在一剪切波垂直入射条件下进行不同边界条件和不同地震动输入方法的算例试算。结果发现:两侧采用竖直向位移约束、底部采用黏弹性边界、并在模型底部用等... 详细信息

针对地下工程抗震分析中边界条件和地震动输入方式选择问题,对一地下半无限体模型在一剪切波垂直入射条件下进行不同边界条件和不同地震动输入方法的算例试算。结果发现:两侧采用竖直向位移约束、底部采用黏弹性边界、并在模型底部用等效节点力输入地震动的方法,与三边均采用黏弹性边界条件和三边均采用等效节点荷载输入地震动的方法可以获得同样的结果。该方法易于在ANSYS中通过APDL编程实现,可为地下工程抗震分析中黏弹性边界的使用提供便利。

关键词：地下工程黏弹性边界地震动输入边界条件 ANSYS