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剪切作用下土石混合料的颗粒破碎演化规律

铁道工程学报 2022年第3期39卷 19-25,45页

作者：涂义亮李军柴贺军刘新荣重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学重庆400074 招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067 重庆大学重庆400045

研究目的:铁路、机场、公路等路基填方中的土石混合料在一定应力条件下会发生颗粒破碎,从而造成相应的填方工程产生变形和稳定性问题。已有研究大多关注剪切破坏后的颗粒破碎特征,而对剪切过程中的颗粒破碎演化规律研究较少。针对该问题... 详细信息

研究目的:铁路、机场、公路等路基填方中的土石混合料在一定应力条件下会发生颗粒破碎,从而造成相应的填方工程产生变形和稳定性问题。已有研究大多关注剪切破坏后的颗粒破碎特征,而对剪切过程中的颗粒破碎演化规律研究较少。针对该问题,本文采用配备声发射采集系统的大型直剪试验机分别对6种含石量和3种块石强度的土石混合料开展6种法向压力下的剪切试验研究。研究结论:(1)剪切完成后的AE总计数与颗粒相对破碎率呈线性增长关系,证明声发射技术在土石混合料颗粒破碎演化规律的研究中是可行的;(2)土石混合料在剪切过程中的颗粒破碎先后经历无破碎阶段、初始破碎阶段、破碎增长阶段、破碎稳定阶段、残余破碎阶段5个典型演化阶段,相应的应力应变状态分别进入弹性阶段、弹塑性过渡阶段、弹塑性阶段、峰值强度阶段和塑性破坏阶段;(3)当法向压力增大、或含石量升高、或块石强度降低时,无破碎阶段和残余破碎阶段持续时间越短,初始破碎阶段、破碎增长阶段、破碎稳定阶段总持续时间越长;(4)土石混合料和岩体在剪切过程中的声发射特征差别显著,根本原因是物质组成的连续性不同;(5)本研究结果可为土石混合料颗粒破碎问题的研究提供新思路。

关键词：土石混合料颗粒破碎含石量直剪试验声发射

基于连续-离散耦合强度折减法的边坡稳定性分析

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工程力学 2023年

作者：涂义亮陈晓虎王星驰柴贺军张立舟张瑞浙江交工集团股份有限公司省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆交通大学重庆市勘测院招商局重庆交通科研设计院有限公司

连续-离散耦合方法同时集成了有限元和离散元的优点，在非连续介质边坡的破坏模式和机理研究中已得到一定应用，但是该方法不能定量分析边坡的稳定性。为了解决此问题，首先开发出一种连续-离散耦合强度折减法，提出了宏、细观强度折减... 详细信息

连续-离散耦合方法同时集成了有限元和离散元的优点，在非连续介质边坡的破坏模式和机理研究中已得到一定应用，但是该方法不能定量分析边坡的稳定性。为了解决此问题，首先开发出一种连续-离散耦合强度折减法，提出了宏、细观强度折减系数关系的建立方法，然后基于某经典边坡算例验证了方法的可行性，并从细观角度上研究了边坡破坏机理和失稳判据，最后讨论了耦合强度折减法最优离散域的选取原则和方法。结果表明：宏、细观折减系数之间满足指数增长关系；从耦合计算位移连续性、边坡安全系数、潜在滑动面多个角度验证了连续-离散耦合强度折减法是可行的，安全系数较其他方法差距最大为5.39%；边坡临界破坏时拉力链数量和颗粒间黏结破坏数量会出现明显的突变，由此提出可将这2种细观上的突变作为新的边坡失稳判据；最优离散域的安全系数较标准值差距仅为0.02%；选取离散域时，应遵循充分发挥离散元优势、权衡数值计算效率、简化数值计算模型等原则，即尽可能穿过边坡潜在滑动面、减少离散域的大小、采用规则和简单的矩形。

关键词：边坡连续-离散耦合强度折减法边坡失稳判据离散域

块石形状对土石混合料宏细观剪切力学特性的影响

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工程力学 2023年

作者：涂义亮李璐珊方忠隆航刘新荣冉荷重庆交通大学土木工程学院省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆交通大学悉地国际设计顾问(深圳)有限公司重庆大学土木工程学院招商局重庆交通科研设计院有限公司

为了精确研究块石形状对土石混合料剪切力学特性的影响，首先，提出了一种仅用常规相机和数字图像处理技术就能实现的真实块石逆向重构方法，建立了一个由6个粒组共210个块石模型组成的数据库；然后，提出了一种土石混合料细观结构精细... 详细信息

为了精确研究块石形状对土石混合料剪切力学特性的影响，首先，提出了一种仅用常规相机和数字图像处理技术就能实现的真实块石逆向重构方法，建立了一个由6个粒组共210个块石模型组成的数据库；然后，提出了一种土石混合料细观结构精细化建模方法，建立了由不同球形度块石组成的土石混合料数值模型，并开展了数值直剪试验。结果表明：大多数块石顺着剪切方向转动，产生了明显的“齿轮效应”和“主应力旋转”；随着块石球形度的增大，块石间更易出现“齿轮失效”，使得强力链数量和旋转角度都减小，剪切带厚度变薄，从而造成土石混合料的剪胀性、抗剪强度、内摩擦角和粘聚力均降低，其中内摩擦角呈线性减小趋势，粘聚力呈指数型减小规律；填方工程中，应优先选用球形度小的块石组成土石混合料。

关键词：土石混合料三维离散元精细化建模块石形状剪切力学特性

加卸荷工况对注浆砂土-混凝土接触面剪切特性影响

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工程科学与技术 2022年第5期54卷 103-110页

作者：吴悦刘丰铭赵春风侯忠伟王有宝涂义亮韩达光重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 同济大学土木工程学院上海200092 重庆鲁汶智慧城市与可持续发展研究院重庆401135 重庆建筑工程职业学院重庆400072 成都市城乡建设委员会四川成都610094

土-结构物接触面力学特性是岩土工程领域研究的重点与热点问题之一,揭示其机理有利于促进对桩基础、挡土墙等结构物承载性能的认识。本文采用自主设计研发的注浆设备和室内后注浆试验方法,对3种注浆量和4种加、卸荷工况下,共计28组注浆... 详细信息

土-结构物接触面力学特性是岩土工程领域研究的重点与热点问题之一,揭示其机理有利于促进对桩基础、挡土墙等结构物承载性能的认识。本文采用自主设计研发的注浆设备和室内后注浆试验方法,对3种注浆量和4种加、卸荷工况下,共计28组注浆和未注浆大型接触面进行直剪试验,分析不同加、卸荷工况对注浆砂土-混凝土接触面力学特性和剪切影响范围的影响。结果表明:注浆可逐渐消除加卸荷产生的接触面初始剪切模量和剪切应力差异。未注浆接触面未出现软化;注浆接触面呈现软化现象,并且软化出现在剪切法向应力较小的卸荷接触面剪切过程中。后注浆主要通过提高接触面等效黏聚力,改善接触面力学特性,对接触面等效内摩擦角无明显影响。同一注浆量下,浆液对无卸荷工况接触面等效黏聚力的改善效果优于卸荷工况;卸荷工况的接触面剪切影响范围略大于无卸荷工况;加卸荷和注浆工况下,接触面剪切影响范围与接触面峰值剪切应力呈正相关。同一剪切法向应力下,注入浆液,通过压密注浆形成浆块,增大接触面混凝土板的粗糙度,改善卸荷接触面剪切特性;通过浆液渗透形成浆土混合体,对无卸荷接触面处土体特性进行改善。研究成果可为实际工程中桩基工程后注浆提供指导。

关键词：接触面卸荷剪切带力学特性注浆

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干湿循环下粉质黏土强度及变形特性试验研究

岩土力学 2017年第12期38卷 3581-3589页

作者：涂义亮刘新荣钟祖良王睢王子娟柯炜重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为了研究干湿循环作用下粉质黏土强度及变形特性的变化规律,以取自三峡库区某边坡的原状粉质黏土为研究对象,通过干湿循环和三轴剪切试验,对不同荷载条件下,经历不同干湿循环次数的粉质黏土的强度和变形进行了研究。结果表明:随着干湿... 详细信息

为了研究干湿循环作用下粉质黏土强度及变形特性的变化规律,以取自三峡库区某边坡的原状粉质黏土为研究对象,通过干湿循环和三轴剪切试验,对不同荷载条件下,经历不同干湿循环次数的粉质黏土的强度和变形进行了研究。结果表明:随着干湿循环次数的增加,强度峰值、有效黏聚力和割线模量都逐渐降低,且先快后慢;而有效内摩擦角保持稳定。干湿循环对原状粉质黏土强度和变形特性的劣化是因为裂隙的开展破坏了土体的结构。荷载约束了干湿循环时裂隙开展,从而抑制了干湿循环的劣化作用,荷载越大,抑制能力越强。最后,通过拟合试验数据,对干湿循环作用下的原状粉质黏土的摩尔-库仑强度准则表达式进行了修正。

关键词：干湿循环粉质黏土荷载强度变形

浅埋双侧偏压小净距隧道衬砌荷载及其参数敏感性分析

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土木工程学报 2013年第1期46卷 119-125页

作者：钟祖良涂义亮刘新荣刘元雪张建重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 中国人民解放军后勤工程学院重庆400041

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖的破坏模式及衬砌荷载分布规律,通过现场调研和数值模拟的方法对4种典型计算模型进行分析,分别获得了该类型隧道先行洞开挖和双洞开挖后隧道的破坏模式。然后针对该类型隧道的破坏特点,在基本假定的... 详细信息

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖的破坏模式及衬砌荷载分布规律,通过现场调研和数值模拟的方法对4种典型计算模型进行分析,分别获得了该类型隧道先行洞开挖和双洞开挖后隧道的破坏模式。然后针对该类型隧道的破坏特点,在基本假定的基础上建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论。此外,通过数值模拟的方法对该类型隧道的围岩压力计算参数进行敏感性分析,获得了各计算参数对该类型隧道围岩压力的敏感性影响规律。

关键词：隧道衬砌荷载破坏模式敏感性

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基于能量突变的强度折减法边坡失稳判据

中南大学学报（自然科学版） 2016年第6期47卷 2065-2072页

作者：刘新荣涂义亮钟祖良刘永权重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为了建立有限元强度折减法(SSR-FEM)中边坡失稳的能量突变判据,基于能量原理,推导强度折减过程中边坡能量反应的计算理论,二次开发折减过程中能量反应的FLAC3D计算程序。获得二维边坡能量反应随折减系数的变化规律,与常见3类失稳判据判... 详细信息

为了建立有限元强度折减法(SSR-FEM)中边坡失稳的能量突变判据,基于能量原理,推导强度折减过程中边坡能量反应的计算理论,二次开发折减过程中能量反应的FLAC3D计算程序。获得二维边坡能量反应随折减系数的变化规律,与常见3类失稳判据判定的安全系数对比。并利用三维边坡算例进一步验证能量突变判据的适用性。研究结果表明:当边坡达到临界失稳状态时,重力势能降、动能增量和耗散能增量均突然增大,而弹性应变能增量突然减小,表明能量突变可作为一类边坡失稳判据。能量突变判据具有物理意义明确、整体性强和易于判断等优点,尤其适用于三维边坡。

关键词：有限元强度折减法边坡失稳判据能量突变

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三类边坡失稳判据的统一性

岩土力学 2018年第1期39卷 173-180,190页

作者：涂义亮刘新荣钟祖良杜立兵王鹏重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400030

将热力学理论中材料破坏的能量机制引入边坡工程中,推导了强度折减过程中边坡的能量方程,利用FLAC^(3D)二次开发了能量的计算程序,并应用于某经典边坡算例中。通过与Spencer法的计算结果对比发现:强度折减法中边坡的稳定性与能量变化关... 详细信息

将热力学理论中材料破坏的能量机制引入边坡工程中,推导了强度折减过程中边坡的能量方程,利用FLAC^(3D)二次开发了能量的计算程序,并应用于某经典边坡算例中。通过与Spencer法的计算结果对比发现:强度折减法中边坡的稳定性与能量变化关系紧密,由此提出了4种新的失稳判据——能量突变失稳判据,且4种能量突变失稳判据理论上是统一的。通过对比发现:动能突变判据与数值计算收敛性判据、重力势能降突变判据与特征点垂直位移突变判据、耗散能增量突变判据与塑性区贯通判据分别存在对应关系,证明了常见的3类失稳判据也是统一的。通过算例试算发现,3类判据判定结果不相等主要是由收敛标准和网格精度等人为因素造成的,本质上是因为数值计算是一种近似解。工程应用中,可通过3类失稳判据判定结果的一致性来自评安全系数的计算精度,一致性越好,精度越高。提高计算精度的根本办法是严格收敛标准和精细网格划分,但应同时兼顾数值计算的时长,从而实现计算效率最大化。

关键词：边坡有限元强度折减法失稳判据能量统一性

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基于地质雷达的隧道综合超前预报技术

岩土工程学报 2015年第S2期37卷 51-56页

作者：刘新荣刘永权杨忠平涂义亮重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045

以地质雷达为超前预报的主要手段,结合TGP206地震反射波法和工程地质调查法,针对某特长隧道开展综合超前地质预报。通过时域有限差分(FDTD)法,得到了掌子面前方典型不良地质体正演模拟合成图,以此作为地质雷达实际探测图像解译的基础;采... 详细信息

以地质雷达为超前预报的主要手段,结合TGP206地震反射波法和工程地质调查法,针对某特长隧道开展综合超前地质预报。通过时域有限差分(FDTD)法,得到了掌子面前方典型不良地质体正演模拟合成图,以此作为地质雷达实际探测图像解译的基础;采用TGP206超前地质预报系统对掌子面前方100 m范围内进行长距离预报,在接近不良地质体时,用地质雷达对掌子面前方20~30 m范围进行更精确的短距离预报;将该法应用于实际工程断层破碎带和富水带的预报中,预报结果较为准确,有效指导了隧道的安全施工,该综合超前地质预报方法可为同类工程提供借鉴。

关键词：综合超前地质预报地质雷达正演模拟时域有限差分法