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南海软土微观结构与力学特性试验研究

岩土工程学报 2017年第S2期39卷 17-20页

作者：蒋明镜李志远黄贺鹏刘俊土木工程防灾减灾国家重点实验室上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

针对南海原状土力学性质的研究对于南海油气资源开发具有重要意义。对南海陆坡区所取的软土试样,通过物理试验和X-射线衍射试验,分析了该土样的物化特性;通过一维固结试验和常规三轴压缩试验,探究了该原状土的压缩及剪切特性;借助扫描... 详细信息

针对南海原状土力学性质的研究对于南海油气资源开发具有重要意义。对南海陆坡区所取的软土试样,通过物理试验和X-射线衍射试验,分析了该土样的物化特性;通过一维固结试验和常规三轴压缩试验,探究了该原状土的压缩及剪切特性;借助扫描电子显微镜,分析了土体的微观结构特征。试验结果显示:该土体为高液限粉土,具有高含水率、高孔隙比和高饱和度的特点;土体的黏土矿物中伊利石含量最高,其胶体活动指数高;土体为欠固结土,在固结试验中表现出一定的结构性,在剪切试验中呈现应变硬化特征;土体微观上呈开放式的絮凝结构,骨架松散,颗粒定向度较低。

关键词：南海软土微观结构压缩剪切

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不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析

同济大学学报（自然科学版） 2019年第2期47卷 167-174页

作者：蒋明镜江华利廖优斌刘笋王华宁同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海理工大学环境与建筑学院上海200093 河海大学土木与交通学院江苏南京210098 同济大学航空航天与力学学院上海200092

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏... 详细信息

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏形成滑动面,反倾岩质边坡为非共面节理发生贯通破坏形成滑裂面;两种岩质边坡坡脚均为薄弱区,顺层岩质边坡坡面中部区域和反倾岩质边坡坡肩区域为危险区域;离散元模拟岩质边坡可用安全系数评价边坡稳定性,较极平衡法能更真实地反映岩体间的相互作用和边坡破坏的渐进过程.

关键词：顺层/反倾岩质边坡破坏演化离散元法

结构性黄土双轴压缩试验的离散元数值仿真分析

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岩土工程学报 2013年第S2期35卷 241-246页

作者：蒋明镜李涛胡海军同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

通过建立胶结强度与初始含水率之间的关系将含水率引入胶结接触模型,并将其应用于饱和重塑土和不同含水率结构性黄土离散元试样的常规双轴试验数值模拟中。结果表明:结构性黄土离散元试样双轴试验的宏观力学行为与天然结构性黄土室内三... 详细信息

通过建立胶结强度与初始含水率之间的关系将含水率引入胶结接触模型,并将其应用于饱和重塑土和不同含水率结构性黄土离散元试样的常规双轴试验数值模拟中。结果表明:结构性黄土离散元试样双轴试验的宏观力学行为与天然结构性黄土室内三轴试验结果相似。即围压越低,含水率越低,则试样越容易表现出应变软化和剪胀;反之则试样越容易表现为应变硬化和剪缩。该宏观力学行为与试样粒间胶结破坏密切相关。即围压越低,含水率越低,则试样固结过程产生的胶结破坏越少,后续胶结破坏对试样宏观力学行为影响较大,试样越容易表现出应变软化和剪胀。

关键词：黄土结构性土胶结颗粒材料离散单元法双轴试验

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岩石微观颗粒接触特性的试验研究

岩石力学与工程学报 2013年第6期32卷 1121-1128页

作者：蒋明镜白闰平刘静德周雅萍同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

微观上,岩石是由许多大小不等的颗粒和粒间填充的胶结物构成,不同位置的胶结厚度不同。岩石的这种微观结构特征从根本上决定其宏观力学响应,从微观尺度出发采用离散元数值模拟有利于探索岩石宏观力学特性的微观机制。基于这一思路,通过... 详细信息

微观上,岩石是由许多大小不等的颗粒和粒间填充的胶结物构成,不同位置的胶结厚度不同。岩石的这种微观结构特征从根本上决定其宏观力学响应,从微观尺度出发采用离散元数值模拟有利于探索岩石宏观力学特性的微观机制。基于这一思路,通过室内铝棒胶结模型试验,研究不同胶结厚度下胶结颗粒在压剪扭加载作用下的接触力学特性,发现胶结铝棒在不同胶结物质、不同胶结厚度下的力学响应均呈现出一定的相似性。将蒋明镜提出的岩石微观胶结模型与***和***提出的岩石微观接触力学模型进行对比分析发现,蒋明镜模型提出的破坏准则与岩石的实际较为符合,进一步为离散元模拟岩石奠定基础。

关键词：岩石力学岩石微观结构离散单元法胶结模型胶结厚度

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考虑宽度与厚度的颗粒胶结模型理论分析

岩土工程学报 2017年第5期39卷 822-831页

作者：王华宁龚浩李富根蒋明镜同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学航空航天与力学学院上海200092 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

在深海能源土、岩石风化等问题离散元模拟中,颗粒间胶结物的增减将对材料宏观力学特性有显著影响,因此需要建立考虑胶结厚度和宽度的胶结模型。针对离散元理论中粒间真实形状胶结物在粒间力作用下的刚度和强度确定问题,基于原始的Dvorki... 详细信息

在深海能源土、岩石风化等问题离散元模拟中,颗粒间胶结物的增减将对材料宏观力学特性有显著影响,因此需要建立考虑胶结厚度和宽度的胶结模型。针对离散元理论中粒间真实形状胶结物在粒间力作用下的刚度和强度确定问题,基于原始的Dvorkin理论,给出高精度的胶结力学响应理论解。求解中将位移函数对称化,提出一种修正位移试函数的方法,提高了二维颗粒微观胶结模型应力场的对称性和精度,经验证解答在定性和定量上符合有限元模拟结果。根据所得解答对胶结物几何参数进行了分析,讨论了胶结宽度和厚度对胶结刚度的影响,并给出了针对一般常见材料的刚度拟合公式。采用双剪统一强度理论分析了脆性和塑性胶结材料的初始破坏区位置,给出拉/压剪复合受力状态的强度包线。本文解答可方便快捷地获得胶结模型的大量力学响应信息,可作为试验数据的验证和补充,协助建立胶结物在复杂荷载作用下的破坏判据,进而建立完整的离散元胶结模型。

关键词：离散元胶结模型 Dvorkin理论双剪统一强度理论

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考虑加卸载路径的深埋水工隧道弹塑性解析解

岩石力学与工程学报 2021年第S2期40卷 3174-3181页

作者：付睿聪王华宁蒋明镜杨永恒同济大学土木工程学院上海200093 同济大学航空航天与力学学院上海200093

目前预测隧道围岩应力和位移的弹塑性解析解大多由加载状态进行推导。而水工隧道通水后应力状态存在卸载,解答应考虑实际应力历史。针对围岩满足统一强度理论、理想弹塑性和非关联流动法则,并考虑开挖阶段掌子面推进效应、支护时机、围... 详细信息

目前预测隧道围岩应力和位移的弹塑性解析解大多由加载状态进行推导。而水工隧道通水后应力状态存在卸载,解答应考虑实际应力历史。针对围岩满足统一强度理论、理想弹塑性和非关联流动法则,并考虑开挖阶段掌子面推进效应、支护时机、围岩–衬砌相互作用以及高水压时卸载区再次变塑的情况,根据弹塑性加卸载原理进行水工隧道从开挖到通水运行全阶段的弹塑性解析解推导(塑性区范围、应力、位移和临界水压值)。围岩应力与位移解析解与有限元结果吻合很好。本文解与纯加载路径的解答(传统解)相比发现,传统解低估了洞口实际位移量和塑性区大小。

关键词：隧道工程水工隧道弹塑性解析解:加卸载路径统一强度理论

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粒间胶结尺寸对圆形颗粒法向接触响应的影响

地下空间与工程学报 2015年第6期11卷 1450-1456页

作者：刘芳李震蒋明镜土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004

粒间胶结物的存在改变土体颗粒间接触力的传递方式,因此,显著影响天然结构性土体的宏观力学响应和强度。为了研究粒间胶结的几何尺寸对理想圆形颗粒法向接触力学行为的影响,采用有限元方法模拟了圆形胶结颗粒微观抗压试验,分析了粒间胶... 详细信息

粒间胶结物的存在改变土体颗粒间接触力的传递方式,因此,显著影响天然结构性土体的宏观力学响应和强度。为了研究粒间胶结的几何尺寸对理想圆形颗粒法向接触力学行为的影响,采用有限元方法模拟了圆形胶结颗粒微观抗压试验,分析了粒间胶结厚度和宽度对粒间法向接触应力分布和抗压强度的影响,并将模拟结果与模型试验进行了对比。结果表明,数值试验所得到的峰前荷载-位移曲线与室内试验结果吻合较好。粒间法向接触应力分布不均,中心大,外缘小。塑性区分布与高应力区不重合,塑性区在胶结物中心和外缘之间产生,逐渐向中心和边缘方向扩展。胶结抗压强度随厚宽比增加而降低,相同厚宽比下抗压强度基本一致。

关键词：结构性土颗粒力学粒间胶结颗粒接触行为有限元

应变软化弹塑性岩体中TBM施工过程围岩力学状态的理论分析

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岩石力学与工程学报 2016年第2期35卷 356-368页

作者：王华宁李悦骆莉莎蒋明镜曾广尚同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学航空航天与力学学院上海200092 江苏中南建设集团江苏镇江212000 同济大学地下建筑与工程系上海200092

针对深埋圆形隧洞TBM施工过程,综合考虑纵向推进和双层衬砌构筑过程,对围岩–衬砌进行耦合分析,得到应变软化弹塑性岩体在不同时刻施加衬砌时的应力、位移、软化区和破裂区半径的解析解,并给出带衬砌问题围岩达到软化和出现破裂的判据... 详细信息

针对深埋圆形隧洞TBM施工过程,综合考虑纵向推进和双层衬砌构筑过程,对围岩–衬砌进行耦合分析,得到应变软化弹塑性岩体在不同时刻施加衬砌时的应力、位移、软化区和破裂区半径的解析解,并给出带衬砌问题围岩达到软化和出现破裂的判据。推导中同时考虑了岩体在软化阶段和残余强度阶段的体积扩容。通过算例分析初衬和二衬施加时刻对围岩位移、软化区和破裂区范围以及围岩压力的影响,讨论了荷载在两层衬砌间的分担演化规律。分析表明,算例中TBM推进至3倍洞径时施加二衬,则二衬阶段产生的位移可控制在总位移的6%以内;衬砌间的作用力对二衬施加时刻较为敏感,而衬砌对围岩的支护力将受初衬和二衬施加时间的共同影响。根据提出的解答,可以进行TBM推进速度、衬砌几何和材料参数及最佳支护时机的初步设计,并预测隧洞施工中位移、应力的时程变化。

关键词：隧道工程 TBM施工应变软化弹塑性解析解

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结构性砂土力学特性三维离散元分析

岩土工程学报 2019年第A2期41卷 1-4页

作者：蒋明镜石安宁刘俊张伏光天津大学建筑工程学院土木工程系天津300072 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 同济大学土木工程防灾重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

利用离散元法对结构性砂土的三轴试验进行了三维数值模拟并对其宏观特性进行了分析。首先将考虑胶结尺寸(宽度和厚度)的三维胶结接触模型导入离散元软件PFC3D中,对结构性砂土数值试样进行三轴试验数值模拟;然后对比分析离散元模拟与室... 详细信息

利用离散元法对结构性砂土的三轴试验进行了三维数值模拟并对其宏观特性进行了分析。首先将考虑胶结尺寸(宽度和厚度)的三维胶结接触模型导入离散元软件PFC3D中,对结构性砂土数值试样进行三轴试验数值模拟;然后对比分析离散元模拟与室内试验结果;最后从宏观力学角度对试验结果进行了分析。离散元模拟结果表明:结构性砂土与无胶结松散砂土表现不同,其在低围压时表现出应变软化和体积剪胀特征,并随胶结含量的增加或围压的减少而愈发显著,在高围压时则呈应变硬化和体积剪缩现象;低平均应力时,随胶结含量的增加,试样峰值内摩擦角、黏聚力以及内摩擦角均增加,其中黏聚力增加较为明显,随着平均应力的增加,峰值强度包线逐渐趋向于无胶结土。

关键词：结构性砂土三轴试验离散元法应力–应变关系强度包线