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温度应力路径对原状海洋土强度特性影响研究

岩土工程学报 2024年第2期46卷 357-365页

作者：张鑫蕊孔纲强杨庆河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024 大连理工大学海岸与海洋工程国家重点试验室辽宁大连116024 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009

室内温度和海底原位温度的差异导致传统测量所得海洋土物理力学参数存在一定差异。基于温控三轴仪,对我国南海原状海洋土进行了固结不排水剪切试验,实测了海洋土体变、强度、孔压以及模量的变化,探讨温度、温度循环、围压、超固结比等... 详细信息

室内温度和海底原位温度的差异导致传统测量所得海洋土物理力学参数存在一定差异。基于温控三轴仪,对我国南海原状海洋土进行了固结不排水剪切试验,实测了海洋土体变、强度、孔压以及模量的变化,探讨温度、温度循环、围压、超固结比等因素对原状海洋土力学性质的影响规律。试验结果表明:升温梯度增大会使正常固结海洋土热固结程度增大,其对应的排水体积和强度也增大;升温对超固结海洋土的排水体积具有增强作用,而温度降低了海洋土的强度;温度循环作用对超固结海洋土的排水体积具有增强作用,其对应的强度也增大;本文试验条件下,当OCR=1时,海洋土25℃下不排水抗剪强度测量结果比5℃下测量结果提高8.0%;当OCR=4时,海洋土25℃下不排水抗剪强度测量结果比5℃下测量结果降低1.9%;经过温度循环5℃—45℃—5℃后的抗剪强度比5℃提高了11.9%;4次或10次温度循环后分别提高了13.8%和17.8%。

关键词：海洋土强度特性应力路径温度效应三轴试验

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能源地下综合管廊热力响应特性现场试验

清华大学学报（自然科学版） 2024年第5期64卷 810-820页

作者：任连伟韩岩孔纲强邓岳保河南理工大学土木工程学院焦作454000 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210024 宁波大学滨海城市轨道交通协同创新中心宁波315211

能源管廊是基于土壤源热泵系统地埋管换热器和地下综合管廊提出的一种新型能源地下结构。该文依托焦作市龙源路地下综合管廊工程,在管廊底板中铺设换热管形成能源管廊底板,实测进/出口水温及管廊底板温度、应变等变化规律,探讨不同运行... 详细信息

能源管廊是基于土壤源热泵系统地埋管换热器和地下综合管廊提出的一种新型能源地下结构。该文依托焦作市龙源路地下综合管廊工程,在管廊底板中铺设换热管形成能源管廊底板,实测进/出口水温及管廊底板温度、应变等变化规律,探讨不同运行模式条件下能源管廊底板换热性能与热力响应特性。现场试验结果表明,换热过程中管廊底板不同位置的温度基本一致,但是温度应力存在差异;横向温度应力大于纵向温度应力,且横向温度应力由北至南逐渐变小;纵向温度应力中部位置大,两侧小;夏季散热工况受到最大热致压应力为1.35 MPa,冬季取热工况受到最大热致拉应力为0.89 MPa,均未超过管廊底板混凝土的强度值,换热过程不会影响管廊底板的结构安全;能源管廊底板的单位管长换热功率随进水温度的升高而增大;600 L/h流量条件下换热功率最高,间歇运行相比连续运行可以提升换热功率;不同的初始温度将导致换热功率出现巨大差异,冬季取热工况换热功率低于夏季排热工况换热功率。

关键词：能源地下管廊热力响应现场试验换热功率

基于COMSOL的非饱和土中单桩垂直动力特性研究

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振动与冲击 2024年第12期43卷 46-52页

作者：叶梓陈永辉孔纲强陈庚徐洁胡楠河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学苏州研究院江苏苏州215100

浅层地表存在大量的非饱和土,其动力特性与饱和介质或单相介质相比存在明显的差异,而这部分非饱和土常常是与单桩接触的主要材料,对单桩的动力行为影响显著。该文考虑动力受荷单桩周边土体的非饱和特性,基于非饱和多孔弹性介质的波动方... 详细信息

浅层地表存在大量的非饱和土,其动力特性与饱和介质或单相介质相比存在明显的差异,而这部分非饱和土常常是与单桩接触的主要材料,对单桩的动力行为影响显著。该文考虑动力受荷单桩周边土体的非饱和特性,基于非饱和多孔弹性介质的波动方程、单桩运动方程与边界条件,利用多物理仿真软件COMSOL中的偏微分方程模块构建了非饱和土与单桩动力相互作用的数学模型,并考虑土的成层性、横观各向同性和纵向非均质性。在与现有文献对比验证COMSOL模型正确性后,设计多组数值算例,讨论土体饱和度、地层非均质性等因素对单桩垂直动力阻抗的影响。

关键词：非饱和土单桩基础动力阻抗 COMSOL软件

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基于能源桩的桥面融雪系统经济效益评估

防灾减灾工程学报 2024年第4期44卷 881-892页

作者：曹璇刘佳欣孔纲强韩婵娟上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海市公共建筑与基础设施数字化运维重点实验室上海200240 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098

基于能源桩的桥面融雪系统,利用清洁绿色的地热能为道路融雪除冰,从而降低碳排放,与我国“双碳”战略发展趋势相契合。在技术落地过程中,实现优化设计从而降低成本至关重要。通过数值模拟方法,研究了该系统在中国不同气候区的产热量,并... 详细信息

基于能源桩的桥面融雪系统,利用清洁绿色的地热能为道路融雪除冰,从而降低碳排放,与我国“双碳”战略发展趋势相契合。在技术落地过程中,实现优化设计从而降低成本至关重要。通过数值模拟方法,研究了该系统在中国不同气候区的产热量,并计算了三级融雪目标下桥面融雪所需热量。同时,建立了成本测算模型,分析了各气候区代表城市最具经济效益的能源桩融雪方案,并基于该模型开发了计算软件,以简化应用流程。研究结果表明:在短期运行中,桥面建安费和热泵费用是对成本影响最大的因素。然而,在长期运行中电价成为最关键因素;当热通量需求变化时,电力融雪系统的总成本增量约为能源桩融雪系统的2倍;在恶劣气候环境和更严苛的融雪目标下,能源桩融雪系统的相对节省曲线更陡峭,优势显著;此外,国家政策的积极支持能弥补该系统初始投资成本高的短板,增强其市场竞争力。

关键词：岩土工程能源桩桥面除雪数值模拟成本测算计算软件开发

Pressure-controlled elliptical cavity expansion under anisotropic initial stress: Elastic solution and its application

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Science China(Technological Sciences) 2016年第7期59卷 1100-1119页

作者： ZHOU Hang kong gangqiang LIU HanLong College of Civil Engineering Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area Chongqing University College of Civil and Transportation Engineering Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment EngineeringHohai University

This paper presents an elastic solution to the pressure-controlled elliptical cavity expansion problem under the anisotropic stress conditions. The problem is formulated by the assumption that an initial elliptical cavity is expanded under a uniform pressure and subjected to an in-plane initial horizontal pressure Kσ_0 and vertical pressure σ_0 at infinity. A conformal mapping technique is used to map the outer region of the initial elliptical cavity in the physical plane onto the inner region of a unit circle in the phase plane. Using the complex variable theory, the stress functions are derived; hence, the stress and displacement distributions around the elliptical cavity wall can be obtained. Furthermore, a closed-form solution to the pressure-expansion relationship is presented based on the elastic solution to the stress and displacement. Next, the proposed analytical solutions are validated by comparing with the Kirsch's solution and the finite element method(FEM). The solution to the presented pressure-controlled elliptical cavity expansion can be applied to two cases in practice. One is to employ the solution to the interpretation of the shear modulus of the soil or rocks and the in-situ stress in the pre-bored pressuremeter test under the lateral anisotropic initial stress condition. The other is the interpretation of the membrane expansion of a flat dilatometer test using the pressure-controlled elliptical cavity expansion solution. The two cases in practice confirm the usefulness of the present analytical solution.

关键词： elasticity pressure-controlled elliptical cavity expansion stress displacement pressuremeter test flat dilatometer test

Adaptive algorithm for estimating excavation-Induced displacements using field performance data

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Underground Space 2020年第2期5卷 115-124页

作者： Haijian Fan gangqiang kong Transportation Engineer Texas Department of TransportationUSA College of Civil and Transportation Engineering Hohai UniversityNanjingJiangsu ProvinceChina

Empirical models provide a practical way to estimate the displacements induced by ***,there are uncertainties associated with the predictions of empirical models owing to:(a)the imperfect knowledge of the model and(b)the uncertainties of the input *** uncertainties of these models can be characterized by a bias factor which is defined as the ratio of the actual displacement to the predicted *** bias factors associated with the C&O method and the KJHH model are evaluated using the Bayesian method and a database of 71 excavations in *** improve the predictions of the maximum displacement,an adaptive algorithm is proposed using field performance *** performance of the proposed algorithm is demonstrated by an example in which excavation-induced displacements are generated by finite element method in normally consolidated *** example shows that the developed algorithm can significantly improve the predictions by incorporating the field performance data.

关键词： Excavation Displacement prediction Bayesian updating Model bias

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砂土中螺旋桩在斜拉荷载作用下的承载性能

河海大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 77-83页

作者：韦芳芳包淑珉邵盛王永泉孔纲强河海大学土木与交通学院江苏南京210098 浙江省建筑设计研究院浙江杭州310030 南京工程学院建筑工程学院江苏南京211167

为研究斜拉荷载倾斜角度和叶片埋深对螺旋桩极限承载力的影响,基于ABAQUS软件构建了砂土中螺旋桩的有限元模型,通过螺旋桩水平承载机理砂箱试验与竖向拉拔试验数据,对模型的准确性和可行性进行验证。设置4组不同叶片埋深的螺旋桩模型,... 详细信息

为研究斜拉荷载倾斜角度和叶片埋深对螺旋桩极限承载力的影响,基于ABAQUS软件构建了砂土中螺旋桩的有限元模型,通过螺旋桩水平承载机理砂箱试验与竖向拉拔试验数据,对模型的准确性和可行性进行验证。设置4组不同叶片埋深的螺旋桩模型,分别施加不同角度的斜拉荷载,探讨了砂土地基中螺旋桩的承载性能与斜拉角度、叶片埋深的相关性。结果表明:砂土中螺旋桩的极限承载力随着斜拉角度的增大不断减小;当斜拉角度小于30°时,螺旋桩极限承载力与斜拉角度的关系曲线近似呈线性;螺旋桩极限承载力存在一个临界埋深比,当埋深比大于等于4时,承载力不随埋深比的增大而变化。推导了深埋状态下螺旋桩受斜拉荷载作用的极限承载力公式,经验证该公式能较好反映螺旋桩极限承载力随斜拉角度增大而逐渐下降的规律。

关键词：螺旋桩斜拉荷载承载性能埋深比数值模拟

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基于固废制备人造石颗粒材料耐久性试验

工程地质学报 2024年第2期32卷 463-471页

作者：孔纲强洪寅哲虞杨陈庚陈永辉河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室南京210024

以玄武岩石粉、电石渣、脱硫石膏固体废弃物为原料,利用水热固化技术,制备玄武岩石粉人造石颗粒材料,探讨基于固废制备玄武岩石粉人造石颗粒材料的耐久性。通过开展耐水、耐酸和冻融循环试验,结合SEM微观表征,以质量损失率和强度损失率... 详细信息

以玄武岩石粉、电石渣、脱硫石膏固体废弃物为原料,利用水热固化技术,制备玄武岩石粉人造石颗粒材料,探讨基于固废制备玄武岩石粉人造石颗粒材料的耐久性。通过开展耐水、耐酸和冻融循环试验,结合SEM微观表征,以质量损失率和强度损失率为评价指标,对人造石颗粒材料在不同原料钙硅比(Ca/Si)条件下的耐久性进行分析。试验结果表明:人造石颗粒材料整体耐水性能良好,增大原料Ca/Si,有利于提高人造石颗粒材料的耐水性,当Ca/Si达到1.0时,其软化系数可达0.894;酸蚀可导致人造石颗粒材料质量损失与强度损失,增大原料Ca/Si可提高人造石颗粒材料的耐酸腐蚀性能;冻融循环会使人造石颗粒材料内部会产生裂隙,从而导致其强度下降,当Ca/Si为0.9和1.0时,人造石颗粒材料强度损失率最小,仅为18.7%,其抗冻融性能相对最佳。

关键词：玄武岩石粉人造石颗粒材料无侧限抗压强度耐久性

温度与荷载联合作用下能源锚杆的热力响应特性数值模拟研究

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三峡大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 57-63页

作者：李伟强孔纲强孙广超陈玉许晓亮三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210024 深圳市龙岗区建筑工务署广东深圳518100

能源锚杆是一种由地源热泵技术与支护锚杆相结合的建筑节能减碳新技术.然而,目前针对温度影响下锚杆的热力响应机理尚不清楚.基于多场耦合数值模拟方法,探讨温度、锚杆线膨胀系数、锚杆直径、土体导热系数及荷载等因素对能源锚杆热-力... 详细信息

能源锚杆是一种由地源热泵技术与支护锚杆相结合的建筑节能减碳新技术.然而,目前针对温度影响下锚杆的热力响应机理尚不清楚.基于多场耦合数值模拟方法,探讨温度、锚杆线膨胀系数、锚杆直径、土体导热系数及荷载等因素对能源锚杆热-力特性的影响.研究结果表明:常温锚杆受拉时,锚头位移随荷载的增大而增加;温度下降15℃时,锚头平均位移较常温锚杆降低-1.34 mm(约为锚杆直径的1.0%);温度上升15℃时,锚头平均位移较常温锚杆增加0.89mm(约为锚杆直径的0.68%);换热过程中,锚杆温度的升高会引起杆体轴力的减小;在同一加热温度和荷载条件下,锚头位移随着锚杆的线膨胀系数增大而增大,锚杆轴力随着锚杆的线膨胀系数增大而减小;锚杆直径的增大会导致锚头位移的减小.试验结果对能源锚杆的设计和施工提供了一定的参考和依据.

关键词：能源锚杆热力响应数值模拟多场耦合