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岩土力学 2010年第12期31卷 3949-3957页

作者：周健金炜枫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

为有效描述动力灾变过程中挡土墙附近土体的细观特性,并大量减小离散元模拟的颗粒数目,节省计算时间,利用离散-连续耦合动力数值模型,模拟了已有离心机试验中重力式挡土墙的地震响应。靠近挡土墙的土体区域用相互作用的离散颗粒模拟,远... 详细信息

为有效描述动力灾变过程中挡土墙附近土体的细观特性,并大量减小离散元模拟的颗粒数目,节省计算时间,利用离散-连续耦合动力数值模型,模拟了已有离心机试验中重力式挡土墙的地震响应。靠近挡土墙的土体区域用相互作用的离散颗粒模拟,远离挡土墙的土体采用连续模型模拟,编写结构的动力有限元程序并嵌入离散元软件中来模拟挡土墙。通过离散元软件PFC2D和有限差分软件FLAC2D的交互运算实现耦合过程。耦合方法的核心在于:①在离散-连续土体的交界面保证连续性;②模拟中离散区域土体的宏观性质与连续土体模型一致。为进一步满足以上两点,分别提出了新的边界耦合力提取方法和自振柱模拟方法。研究表明耦合方法可以从细观尺度上有效描述土体与结构的相互作用和关心区域的土体特性。

关键词：耦合模型离散元法自振柱挡土墙

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动荷载作用下土石混合体变形特性及边坡响应规律研究

动荷载作用下土石混合体变形特性及边坡响应规律研究

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作者：黄献文江苏科技大学

学位级别：硕士

黏土类土石混合体(Clay rock mixtures)是由强度较低的黏土与强度较高的块石组成的二相混合材料,不仅在自然界中广泛分布,而且在工程中应用甚广。目前,关于土石混合体动力特性方面的研究主要集中在砂土类土石混合体中,而对于黏土类土石... 详细信息

黏土类土石混合体(Clay rock mixtures)是由强度较低的黏土与强度较高的块石组成的二相混合材料,不仅在自然界中广泛分布,而且在工程中应用甚广。目前,关于土石混合体动力特性方面的研究主要集中在砂土类土石混合体中,而对于黏土类土石混合体的相关研究较少,不能较好的指导工程应用,因此有必要对黏土类土石混合体的动力特性参数进行系统的研究。土石混合边坡是由土石混合体组成,在我国的中西部地区有广泛的分布。地震荷载作用下,土石混合边坡表现出与均质土边坡不同的响应特征,而关于土石混合边坡响应特征的研究较少,因此有必要对土石混合边坡的动力响应规律进行研究。本文采用改进的GZZ-50型自振柱仪对黏土类土石混合体的动力特性进行试验研究,并结合微观分析对试验结果进行解释;在此基础上,采用编程与数值模拟相结合的方式研究了土石混合边坡的响应规律,具体研究内容如下:(1)对试验材料进行测试,同时对GZZ-50型自振柱仪进行改进,添加了新的测试功能。试验材料测试内容包括:黏性土的比重、液塑限、最优含水率和膨胀率及砾石的形状特征和级配特征;GZZ-50型自振柱改进的内容包括:添加了激光位移传感器,可以对试样高度进行实时测量;添加了带有插销的箍环,可以对不具有自立强度的软土进行测试;增加了电磁线圈的电流加载模式,可以使试样产生水平摆动。根据试样的摆动频率,结合悬臂梁弯曲振动方程,提出了试样动弹性模量测试方法,并可以转化为试样的动剪切模量。(第二章)(2)针对土石混合体在不同块石掺量、块石形状、块石尺寸和侧限压力下的动剪切模量和阻尼比特性进行测试,并结合微观分析图像予以解释,同时提出了土石混合体的4种典型破坏模式。具体包括:土石混合体的最大动剪切模量和参考剪应变随着块石掺量的增加而增大,最大、最小阻尼比随块石掺量的增加而减小,这主要与块石所处的“块石悬浮骨架”、“块石局部骨架”、“块石完全骨架”3种骨架状有关;掺卵石的土石混合体比掺碎石的土石混合体具有更大的最大动剪切模量和最大阻尼比,掺碎石的土石混合体比掺卵石的土石混合体具有更大的参考剪应变,块石形状差异对最小阻尼比影响较小,块石形状差异主要对试样内部颗粒的传力特性、密实特性、块石棱角约束效果的产生影响;块石尺寸的影响规律为:最大动剪切模量方面,相对尺寸1(0.05.2)>相对尺寸3(0.1.15)>相对尺寸2(0.05.1)>相对尺寸4(0.15.2);参考剪应变方面,相对尺寸1>相对尺寸3>相对尺寸2>相对尺寸4;最小阻比方面,相对尺寸1<相对尺寸3<相对尺寸2<相对尺寸4;最大阻尼比方面,相对尺寸1<相对尺寸3<相对尺寸2<相对尺寸4,这主要受块石尺寸效应、块石对混合体结构优化效果的影响;结合土石混合体的干缩裂纹,提出“绕行”、“分流”、“包含”、“贯穿”4种典型的破坏模式;发现卵石的掺入对土石混合体裂纹的发展具有一定的集中效应,碎石则具有诱导效应。(第三章)(3)采用编程和数值模拟相结合的方式研究了EI-centro地震波作用下,块石掺量、较大块石分布位置对土石混合边坡响应特性的影响。具体包括:通过MATLAB和VBA编程的方式,分别编写了考虑块石级配、形状、掺量、位置的块石特征识别程序和块石特征轮廓生成程序;分析了土石混合边坡在0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%块石掺量下的加速度响应规律及边坡稳定性;分析了土石混合边坡中较大块石分布在坡面、坡顶、坡中、坡脚时的加速度响应规律及边坡稳定性;提出了土石混合边坡坡顶局部破坏、边坡浅层整体滑坡、边坡深层整体滑坡常见的3种破坏形式。(第四章)

关键词：自振柱土石混合体动力特性土石混合边坡响应特征

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