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土工格室与沙漠沙界面特性大型直剪试验

公路交通科技 2024年第6期41卷 65-73页

作者：方济升刘杰张耀辉赵阳新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830047 新疆交通规划勘察设计研究院有限公司新疆乌鲁木齐830006 华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

为探明土工格室与沙漠沙的筋土界面特性,开展了多项大型直剪试验研究,包括不同土工格室位置条件下、不同剪切速率条件下、不同温度条件下的土工格室加固沙漠沙界面直剪试验。结果表明:在50,100,150 kPa的法向应力条件下,以土工格室加筋... 详细信息

为探明土工格室与沙漠沙的筋土界面特性,开展了多项大型直剪试验研究,包括不同土工格室位置条件下、不同剪切速率条件下、不同温度条件下的土工格室加固沙漠沙界面直剪试验。结果表明:在50,100,150 kPa的法向应力条件下,以土工格室加筋层上界面或下界面作为剪切面,不同剪切速率(0.5,1.0,2.0 mm/min),不同温度(30,15,0,-15℃)影响下的筋土界面剪应力-剪切位移曲线均呈应变软化特征;纯沙漠沙对剪切速率的变化不敏感,剪切速率由0.5 mm/min升至3 mm/min时沙漠沙抗剪强度基本持平,而土工格室加固沙漠沙的界面对剪切速率的变化敏感,界面抗剪强度随剪切速率的增加而减小;在较低剪切速率0.5 mm/min下,土工格室提供的似黏聚力对抗剪强度的贡献更大;土工格室加固沙漠沙在30℃与15℃下峰值剪应力变化不大,区别在于峰值过后30℃抗剪强度存在更快的衰减至平稳阶段的情况;随着温度的降低,土工格室-土复合体呈现出更大的刚性,界面剪应力峰值提高并前移;土工格室刚性的增加使土工格室壁不易受拉变形,造成紧箍作用削弱而水平摩擦力作用增强,综合体现在加筋土剪切面的似黏聚力降低,而内摩擦角增大。

关键词：道路工程界面特性大型直剪试验土工格室剪切速率温度

堆存陈化中电解锰渣重金属形态及环境风险演化

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中国环境科学 2024年第1期44卷 242-250页

作者：聂霄悍雷学文刘磊张先伟陈亿军武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 污染泥土科学与工程湖北省重点实验室湖北武汉430071 中国科学院武汉岩土力学研究所香港理工大学固体废弃物科学联合实验室湖北武汉430071 武汉中科固废资源产业技术研究院有限公司湖北武汉430070

为了探究电解锰渣堆存陈化过程对其重金属赋存形态及环境风险演化的影响规律,采用XRF、XRD和SEM等微观试验对比分析了新鲜与陈化电解锰渣的易溶盐含量、化学成分、微观形貌和相变组成等微观特性差异.此外,基于批次浸出试验和改进BCR顺... 详细信息

为了探究电解锰渣堆存陈化过程对其重金属赋存形态及环境风险演化的影响规律,采用XRF、XRD和SEM等微观试验对比分析了新鲜与陈化电解锰渣的易溶盐含量、化学成分、微观形貌和相变组成等微观特性差异.此外,基于批次浸出试验和改进BCR顺序提取法评估了新陈电解锰渣中重金属和氨氮的环境风险.结果表明,在堆存陈化过程中,电解锰渣的微观结构呈松散演化,易溶盐含量由12.25%降低至4.38%,酸溶态和可还原态重金属占比逐渐减少,重金属Mn由超高风险降低至中风险,但重金属总量仍高达3.28×10^(4)mg/kg,环境风险严峻,氨氮浸出量虽有所降低,但仍然超出15.00mg/L阈值的2.54~3.84倍,部分氨氮和重金属在堆存过程中释放到周围生态中,需采取必要措施对电解锰渣进行处理.

关键词：电解锰渣堆存陈化重金属形态浸出毒性环境风险

Hardening-Softening Constitutive Model of Hard Brittle rocks Considering Dilatant Effects and Safety Evaluation Index

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Acta Mechanica Solida Sinica 2020年第1期33卷 121-140页

作者： Shuling Huang Chuanqing zhang Xiuli Ding key laboratory of geotechnical mechanics and engineering of Ministry of Water Resources Yangtze River Scientific Research InstituteWuhan 430071HubeiChina state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan 430071HubeiChina University of chinese academy of sciences Beijing 100049China

The damage and even failure of hard brittle rocks has been the most important challenge facing the safety of construction of deep engineering works,so the key to solving this problem is the recognition of the strength characteristics and description of the mechanical behavior of hard brittle ***,in view of this problem,in this study,we first analyzed the strength and mechanical response characteristics revealed in tests of,and site excavation in,hard brittle ***,by analyzing rock-strength envelopes on meridional and deviatoric planes,the generalized polyaxial strain energy(GPSE)strength criterion was *** allows description of the effects of the minimum principal stress,intermediate principal stress,hydrostatic pressure,and Lode’s angle of stress on the strength of hard *** establishing evolutionary relationships of strength parameters and dilation parameters with plastic volumetric strain in rock failure,we established an elasto-plastic mechanical constitutive model for hard brittle rocks based on the GPSE *** addition,through use of the failure approach index theory and the dilatancy safety factor,an evaluation index for degree of damage considering dilatant effects of rocks was ***,the constitutive model established in this study and the proposed evaluation index were integrated into the numerical simulation method to simulate triaxial tests on rocks and numerical simulation of deformation and fracture of the rocks surrounding the deep-buried auxiliary tunnels in china’s Jinping II Hydropower *** this way,the reasonableness of the model and the index was *** strength theory and the constitutive model established in this research are applicable to the analysis of high-stress deformation and fracture of hard brittle rock masses,which supports the theoretical work related to deep engineering operations.

关键词： Hard brittle rock.Constitutive model Safety evaluation index.Dilatant effect Strength criterion

磷石膏-钢渣-矿渣固化低液限粉质黏土力学性能及耐久性能研究

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土木工程学报 2023年第S1期56卷 12-23页

作者：王应富张树光黄啸李江山刘磊王胜杰程鑫桂林理工大学广西桂林541004 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院武汉岩土力学研究所污染泥土科学与工程湖北省重点实验室湖北武汉430071

为改良低液限粉质黏土的力学与耐久性能,提出了以磷石膏-钢渣-矿渣(PSG,Phospogypsum-Steel slag-Ground granulated blast-furnace slag)为材料的全固废固化剂对低液限粉质黏土进行固化,并与同掺量的P.O 42.5普通硅酸盐水泥固化土进行... 详细信息

为改良低液限粉质黏土的力学与耐久性能,提出了以磷石膏-钢渣-矿渣(PSG,Phospogypsum-Steel slag-Ground granulated blast-furnace slag)为材料的全固废固化剂对低液限粉质黏土进行固化,并与同掺量的P.O 42.5普通硅酸盐水泥固化土进行对比。研究了不同PSG掺量(5%、10%、15%)和不同龄期对固化土无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳定性、干缩变形和抗冻融循环能力的影响,并通过电镜扫描(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了其微观固化机制。试验结果表明:随着固化剂掺量的增加,固化土的最大干密度增大,最优含水率减小。PSG固化土具有较高的后期强度和水稳性能,28d的抗压强度达到了5.28MPa,水稳系数达到93.5%。90d的累计失水量和干缩应变分别为71.3g和1.12×10^(-3),比水泥固化土的79.6g和1.28×10^(-3)降低了10.43%和12.5%。20次冻融循环后,PSG固化土的强度损失为21.65%,比水泥固化土的27.25%降低了5.6%。微观测试发现大量絮凝状C-S-H胶凝物质和针棒状AFt在PSG固化土中出现,这些物质通过填充孔隙、包裹土颗粒和搭接骨架,提高了土体的强度,增强了土体性能。

关键词：低液限粉质黏土全固废固化剂力学性能耐久性能固化机制

A Straightforward Direct Traction Boundary Integral Method for Two-Dimensional Crack Problems Simulation of Linear Elastic Materials

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Computers, Materials & Continua 2019年第3期58卷 761-775页

作者： Chao zhang Chunhe Yang Shangwei Wu Xiaolong zhang Wen Nie state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil MechanicsChinese Academy of SciencesWuhan430071China Quanzhou institute of Equipment Manufacturing Haixi InstitutesChinese Academy of SciencesQuanzhouFujian362000China College of Safety engineering Chongqing University of Science and TechnologyChongqing401331China.

This paper presents a direct traction boundary integral equation method(DTBIEM)for two-dimensional crack problems of *** traction boundary integral equation was collocated on both the external boundary and either side of the crack *** displacements and tractions were used as unknowns on the external boundary,while the relative crack opening displacement(RCOD)was chosen as unknowns on either side of crack surfaces to keep the single-domain *** one side of the crack surfaces was concerned and needed to be discretized,thus the proposed method resulted in a smaller system of algebraic equations compared with the dual boundary element method(DBEM).A new set of crack-tip shape functions was constructed to represent the strain field singularity exactly,and the SIFs were evaluated by the extrapolation of the *** examples for both straight and curved cracks are given to validate the accuracy and efficiency of the presented method.

关键词： Fracture mechanics direct traction integral method relative crack opening displacement stress intensity factor.

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沿海氯盐环境下地铁车站结构地震响应规律

哈尔滨工业大学学报 2024年第10期56卷 69-78页

作者：钟紫蓝郭佳希张卜崔臻赵密杜修力城市与工程安全减灾教育部重点实验室(北京工业大学) 北京100124 岩土力学与工程国家重点实验室(中国科学院武汉岩土力学研究所) 武汉430071

地铁车站结构抗震分析中,通常只对完好结构进行地震响应规律分析,然而,沿海城市地铁车站结构埋置于地下,易遭受氯离子侵蚀,导致材料性能退化。为此,针对沿海氯盐环境下不同锈蚀程度的地铁车站结构,建立相应的非线性土-结构相互作用有限... 详细信息

地铁车站结构抗震分析中,通常只对完好结构进行地震响应规律分析,然而,沿海城市地铁车站结构埋置于地下,易遭受氯离子侵蚀,导致材料性能退化。为此,针对沿海氯盐环境下不同锈蚀程度的地铁车站结构,建立相应的非线性土-结构相互作用有限元模型。采用整体式静力推覆分析,研究氯离子侵蚀对土-结构柔度比的影响,并基于非线性时程分析,研究氯离子侵蚀下地铁车站结构的地震响应规律。数值模拟结果表明:相对完好状态,10%和20%锈蚀率的车站结构土-结构柔度比分别下降6%和18%,然而,由于地下结构受到周围土体的约束,在相同地震作用下,底层中柱的最大层间位移角没有显著变化;底层中柱作为抗震薄弱环节,钢筋锈蚀造成中柱变形能力及承载能力的下降,导致地铁车站结构的安全系数下降10%和20%左右;锈蚀后结构中柱最大层间位移角增幅与场地响应有关,低频成分丰富的地震作用下,土体将产生大的剪切变形,使得中柱纤维截面中钢筋承担更多的剪力,此时钢筋锈蚀将对中柱层间位移角产生较大影响。

关键词：氯盐侵蚀钢筋锈蚀非线性时程分析地铁车站土-结构相互作用

Numerical manifold method based on isogeometric analysis

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Science china(Technological sciences) 2015年第9期58卷 1520-1532页

作者： zhang YouLiang LIU DengXue TAN Fei state key laboratory of geomechanics and geotechnical engineering Institute of Rock and Soil Mechanics Chinese Academy of Sciences

In this study, numerical manifold method(NMM) coupled with non-uniform rational B-splines(NURBS) and T-splines in the context of isogeometric analysis is proposed to allow for the treatments of complex geometries and local refinement. Computational formula for a 9-node NMM based on quadratic B-splines is derived. In order to exactly represent some common free-form shapes such as circles, arcs, and ellipsoids, quadratic non-uniform rational B-splines(NURBS) are introduced into NMM. The coordinate transformation based on the basis function of NURBS is established to enable exact integration for the manifold elements containing those shapes. For the case of crack propagation problems where singular fields around crack tips exist, local refinement technique by the application of T-spline discretizations is incorporated into NMM, which facilitates a truly local refinement without extending the entire row of control points. A local refinement strategy for the 4-node mathematical cover mesh based on T-splines and Lagrange interpolation polynomial is proposed. Results from numerical examples show that the 9-node NMM based on NURBS has higher accuracies. The coordinate transformation based on the NURBS basis function improves the accuracy of NMM by exact integration. The local mesh refinement using T-splines reduces the number of degrees of freedom while maintaining calculation accuracy at the same time.

关键词： numerical manifold method (NMM) isogeometric analysis local refinement mathematical cover

基于裂隙扩展的多级岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析

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岩土力学 2023年第4期44卷 1190-1203页

作者：王川冷先伦张占荣杨闯陈健中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

开挖卸荷作用下裂隙岩体边坡的破坏模式与路径分析是边坡工程灾害研究的热点之一,准确识别边坡的潜在破裂路径对工程安全施工和支护优化设计具有重要意义。依据断裂扩展分析方法,将裂隙扩展判别的理论方法开发并应用于数值模拟分析中,... 详细信息

开挖卸荷作用下裂隙岩体边坡的破坏模式与路径分析是边坡工程灾害研究的热点之一,准确识别边坡的潜在破裂路径对工程安全施工和支护优化设计具有重要意义。依据断裂扩展分析方法,将裂隙扩展判别的理论方法开发并应用于数值模拟分析中,通过裂隙尖端应力强度因子计算、裂隙扩展模式识别、裂隙起裂角演算、裂隙扩展交汇等技术实现了岩体中断续裂隙的起裂、扩展与贯通演化过程的快速模拟;以某高速公路沿线裂隙岩体路堑边坡为对象,采用提出的模拟方法分析了多级开挖卸荷作用下坡体裂隙的扩展机制与边坡的破坏路径。结果表明:裂隙岩体边坡从上至下多级开挖过程中,坡肩裂隙首先起裂,并通过拉张型扩展逐渐发展为优势裂隙;随着边坡下挖,优势裂隙沿坡面向下逐步发生拉张/剪切混合型扩展并与既有裂隙交汇,在边坡中上部形成阶梯状扩展破坏路径;裂隙扩展至边坡下部及坡脚后扩展模式由拉张/剪切混合型转化为剪切型,并最终以弧形剪切面从坡脚出露。研究揭示了裂隙岩体边坡多级开挖卸荷作用下上部阶梯状拉张/剪切混合型破裂-下部弧形剪切型破裂的复合破坏模式,可为边坡工程支护设计和施工稳定性控制提供新思路。

关键词：裂隙扩展开挖卸荷扩展模式破坏路径裂隙岩体边坡

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土层自膨胀锚固体不同膨胀剂掺量试验研究

建筑科学 2023年第9期39卷 88-97页

作者：郭东王昊坤王昊张罗送刘杰海军研究院北京100070 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室湖北武汉430071

为了提高锚杆支护结构的极限抗拔力,研发了一种掺入较多HCSA型膨胀剂的自膨胀式扩体锚固体,并阐明了其极限抗拔力提升机制.但自膨胀式扩体锚固体在低刚度的土体中的极限抗拔力提升效果以及施加不同覆土压力下的极限抗拔力的提升效果正... 详细信息

为了提高锚杆支护结构的极限抗拔力,研发了一种掺入较多HCSA型膨胀剂的自膨胀式扩体锚固体,并阐明了其极限抗拔力提升机制.但自膨胀式扩体锚固体在低刚度的土体中的极限抗拔力提升效果以及施加不同覆土压力下的极限抗拔力的提升效果正处于研究之中.试验选取硬塑性土体,分别施加不同覆土压力,采用不同锚固长度锚杆,测试锚固结构抗拔力和膨胀应力的演化规律,并建立应力、抗拔力与膨胀剂掺量的关系,然后推导出在各向同性的初始地应力中应力与锚杆长度的预测公式,以及验证径向膨胀力对极限剪应力提升的关系.该研究能为自膨胀锚杆在土体支护上提供支持,验证现场试验的有效性.

关键词：自膨胀式扩体拉拔试验膨胀剂掺量径向膨胀力