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局部安全系数引入下岩质边坡稳定性分析极限平衡滑面应力法

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 964-985页

作者：邓东平彭一航陈浩宇王翊民中南大学土木工程学院湖南长沙400075

由于广义非线性Hoek-Brown(H-B)强度准则可展现出岩体的复杂剪切破坏行为,因此,其被广泛地应用于岩质边坡稳定性分析。然而,以条块划分与条间力假设模式而建立的传统极限平衡方法不易于直接引入非线性强度准则,使得极限平衡方法在分析... 详细信息

由于广义非线性Hoek-Brown(H-B)强度准则可展现出岩体的复杂剪切破坏行为,因此,其被广泛地应用于岩质边坡稳定性分析。然而,以条块划分与条间力假设模式而建立的传统极限平衡方法不易于直接引入非线性强度准则,使得极限平衡方法在分析岩质边坡稳定性方面存在些许不足。此外,边坡稳定性分析时,以往常将滑面局部安全系数假定为与位置无关的单一变量。事实上,边坡在未达到临界失效状态前,滑面局部安全系数分布存在差异性。为此,应用Taylor级数展开式构建滑面正应力函数,并考虑滑面局部安全系数差异性,建立滑面局部安全系数倒数线性分布特征下滑面剪应力函数。进而,实现滑面应力计算模式与滑面局部安全系数差异分布特征下广义非线性H-B强度准则的融入。随后,引入滑面端部应力约束条件,并依据边坡滑体所满足的整体力学平衡方程,推导出岩质边坡稳定性极限平衡解答。通过算例对比分析,可知本文方法不仅可准确地评估出非线性强度准则下岩质边坡稳定性,而且能够合理地模拟出近坡顶处滑面拉剪应力区、客观地描述出应力集中效应下近坡脚处滑面压剪现象以及有效地判别出滑面局部安全系数差异分布特征。进一步,为了便于指导工程岩质边坡设计与加固,绘制了均质岩石边坡最小安全系数等值曲线图与临界滑面局部安全系数差异分布特征分区图。

关键词：边坡工程广义非线性H-B强度准则岩质边坡稳定性极限平衡滑面应力滑面局部安全系数滑面端部应力约束条件

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基坑二维稳态渗流场的解析解及简化解

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 84-91页

作者：余俊郑靖凡张志中李东凯中南大学土木工程学院湖南长沙410075

在基坑工程中,地下水渗流对基坑稳定性的影响不可忽视,但现有的一维渗流理论无法完全满足渗流计算的安全性要求。针对现有理论的不足,对悬挂式不考虑厚度挡墙支护下的各向同性土层中基坑的二维稳态渗流场进行了解析。依据对称性取基坑... 详细信息

在基坑工程中,地下水渗流对基坑稳定性的影响不可忽视,但现有的一维渗流理论无法完全满足渗流计算的安全性要求。针对现有理论的不足,对悬挂式不考虑厚度挡墙支护下的各向同性土层中基坑的二维稳态渗流场进行了解析。依据对称性取基坑半截面,将周围土层分成4个规则区域,利用叠加原理和分离变量法分别将4个区域内的水头表示为级数解的形式,结合区域间连续条件及级数解的正交性得出渗流场的显式解。对比解析解与PLAXIS 2D软件的水头计算结果,发现级数项取20的解收敛且取1时的解仍具有一定的精度,可分别视为精确解和简化解。提出的简化解计算方便,借助计算器即可快速完成对基坑任意一点水头的求解。对比一维静水压力、一维考虑渗流的水压力、流网法、简化解、精确解及数值解水压力计算结果,发现精确解与数值解吻合较好且较流网法精度更高,简化解较一维静水压力、一维考虑渗流的水压力精度更高。参数分析表明:精确解和简化解计算的水压力合力相对误差主要受基坑内侧水位和挡墙至不透水层距离的影响;简化解适用于基坑尺寸不大,尤其内侧水位线到挡墙底部距离大于7 m、底部不透水层到挡墙距离小于30 m的基坑,计算挡墙水压力合力作用点则适用于任意尺寸的基坑;与精确解相比,简化解误差主要出现在挡墙底部,其余位置在基坑尺寸不大时,水头误差小于5%。

关键词：基坑水压力稳态渗流解析解简化解

火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板力学响应机理

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 439-448页

作者：丁发兴查湘衡王文君蒋彬辉中南大学土木工程学院湖南长沙410075

现有分析方法对火灾下面内约束简支双向板的开裂、变形响应以及面内约束导致抗火性能降低的机理缺乏合理解释,本文应用ABAQUS有限元软件对火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证... 详细信息

现有分析方法对火灾下面内约束简支双向板的开裂、变形响应以及面内约束导致抗火性能降低的机理缺乏合理解释,本文应用ABAQUS有限元软件对火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证基础上进行参数分析,探究钢筋和混凝土的挠度、应力变化规律和力学响应机理.结果表明:在火灾下,面内约束力削弱了板的倒拱效应与拉力膜效应,导致抗火性能显著降低.单向和双向面内约束、长宽比、荷载比的增大均会缩短板的倒拱效应与拉力膜效应阶段的时间.

关键词：钢筋混凝土双向板火灾面内约束力学响应倒拱效应

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内抹调湿砂浆外墙吸放湿特性及对负荷影响分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 225-236页

作者：龚光彩王洪顺刘永超石星湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

本文从建筑围护结构节能出发,以内抹WSE(木质纤维Wood fibre、海泡石Sepio⁃lite、膨胀珍珠岩Expanded perlite)基复合调湿保温砂浆外墙为研究对象,将其与内抹普通砂浆外墙对比,分析吸放湿特性及其对负荷的影响.研究使用COMSOL Multiphys... 详细信息

本文从建筑围护结构节能出发,以内抹WSE(木质纤维Wood fibre、海泡石Sepio⁃lite、膨胀珍珠岩Expanded perlite)基复合调湿保温砂浆外墙为研究对象,将其与内抹普通砂浆外墙对比,分析吸放湿特性及其对负荷的影响.研究使用COMSOL Multiphysics有限元软件的建筑材料热湿耦合模型,分析环境湿度变化与外墙之间的湿迁移变化,以及与外墙的传热传质.以夏热冬冷典型气候地区长沙为例,分析内抹WSE基复合调湿保温砂浆外墙的负荷及潜热负荷占比,同时选取夏热冬暖地区广州和寒冷地区北京对比分析外墙的全年能耗.研究发现,内抹WSE基复合调湿保温砂浆外墙的吸放湿速率远大于内抹普通砂浆的外墙,并能长时间保持高速的吸放湿状态,同时比内抹普通砂浆墙体节省22.31%~23.85%的全年负荷.墙体在吸湿过程中,温升与吸湿速率能力体现出一致性,表明墙体内表面湿迁移对温度有着重要影响,并且湿迁移越大对温度影响越大.墙体在放湿过程中,温度迅速下降是放湿速率快的表现.内抹WSE基复合调湿保温砂浆墙体具有优良的吸放湿特性和节能潜力,可用于建筑围护结构节能.

关键词：外墙建筑材料吸放湿特性湿度控制围护结构负荷

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RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化计算模型研究

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工程力学 2024年第5期41卷 120-133页

作者：卜良桃刘港平湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的... 详细信息

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示:拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

关键词：活性粉末混凝土应力-应变曲线系数等效矩形应力图系数塑性损伤因子曲线拟合方法

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自动确定边角混合网独立闭合差的增量算法

中国铁道科学 2024年第3期45卷 78-86页

作者：宋占峰李荣之李军中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为评定外业观测数据质量和发现粗差,提出了一种闭合差搜索的通用算法。首先,针对高速铁路隧道中的各类边角混合网,基于平差理论,计算由边角混合网中测站数、非测站数和观测数确定其独立闭合差的数目,给出最简闭合差构成原则,求出余弦和... 详细信息

为评定外业观测数据质量和发现粗差,提出了一种闭合差搜索的通用算法。首先,针对高速铁路隧道中的各类边角混合网,基于平差理论,计算由边角混合网中测站数、非测站数和观测数确定其独立闭合差的数目,给出最简闭合差构成原则,求出余弦和正弦闭合差,推导闭合差限差计算模型,建立由闭合差探测观测值粗差的方法;进而导出闭合差增量与测站递增产生的重叠观测点数之间的数学关系式,设计数据结构实现测站与结点间双向多对多的拓扑映射关系,并基于分治思想,提出队列-测站双循环的增量算法来自动搜索最简且独立的闭合差;最后,以西南某高速铁路隧道构建的边角混合网为例进行算法验证。结果表明:增量算法能够在混合网中自动确定100%数量的最简独立闭合差,对观测值中存在的粗差100%予以探测,验证了采用该算法搜索闭合差及检核粗差的有效性。

关键词：高速铁路长大隧道闭合差边角混合网增量算法粗差探测

基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第2期55卷 473-484页

作者：吴昊宋卫民邓子成中南大学土木工程学院湖南长沙410075

内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机... 详细信息

内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%,质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)的影响。研究结果表明:无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大,应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)均减小,表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型,集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大,表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时,这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致,可有效评价再生沥青混合料断裂性能。

关键词：再生沥青混合料应力强度因子断裂能抗裂指数内聚力模型

CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点力学性能正交试验研究

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浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 847-856页

作者：郭轩徐忠根赵亚涛钟丹云广州大学土木工程学院广东广州510006

为了明确异型截面钢填板对节点性能的影响,为木结构异型钢填板螺栓节点提供安全性的设计经验,提出CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点,在正交试验设计条件下开展单轴顺纹拉伸试验研究.试验发现,节点具有多种受力特征,包括木构件剪切破坏、... 详细信息

为了明确异型截面钢填板对节点性能的影响,为木结构异型钢填板螺栓节点提供安全性的设计经验,提出CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点,在正交试验设计条件下开展单轴顺纹拉伸试验研究.试验发现,节点具有多种受力特征,包括木构件剪切破坏、顺纹向张开型断裂(TL断裂)、端部顺纹压溃、CFRP断裂和螺栓弯折等形式;节点在受力过程中没有明显屈服阶段,主要经历线弹性阶段、断裂失效过渡阶段和断裂失效阶段.通过正交参数分析得到不同因素对所提节点主要力学性能的影响程度及规律.结果表明:各因素对极限强度和延性的影响比对弹性刚度的影响显著,且波角和波高为主要影响因素.极限强度与波角负相关且随着波高的增大呈波动变化,延性与波角和波高负相关.

关键词：木结构波纹钢填板螺栓节点 CFRP 正交试验

高强方钢管UHPC构件轴向冲击与冲击后剩余性能

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中国公路学报 2024年第5期37卷 234-245页

作者：杨晓强张强赖志超陈剑清马文硕福州大学土木工程学院福建福州350116

冲击具有作用源多样、低频多发、危害性大等鲜明特征,已成为桥梁垮塌的主要原因之一。高强钢管超高性能混凝土(UHPC)作为大跨高墩桥梁的优选构件之一,其受冲击作用的风险不可忽视。设计制作了9根高强方钢管UHPC短柱,以期研究其轴向冲击... 详细信息

冲击具有作用源多样、低频多发、危害性大等鲜明特征,已成为桥梁垮塌的主要原因之一。高强钢管超高性能混凝土(UHPC)作为大跨高墩桥梁的优选构件之一,其受冲击作用的风险不可忽视。设计制作了9根高强方钢管UHPC短柱,以期研究其轴向冲击性能及冲击后剩余性能。采用落锤试验机和液压试验机分别开展轴向冲击试验及冲击后剩余承载力试验,主要考虑冲击能量和钢纤维掺量2种参数,探究冲击力、变形、能量吸收、剩余承载力和剩余率等关键性能指标的变化规律。结果表明:高强钢管UHPC构件的抗冲击性能和剩余性能明显优于高强钢管高强混凝土构件,能够应对更大能量的轴向冲击作用;钢纤维与混凝土基体之间的黏结锚固作用及其形成的纤维网骨架能有效提高UHPC的强度、抗裂性、延性与耗能能力,这一特性使得构件在冲击作用下的峰值位移和残余变形随着钢纤维掺量的增加而显著降低;2%钢纤维掺量时,峰值位移与残余变形的降低幅度分别可达14.3%和31.4%,单位变形耗能最大提升了38.4%;在未发生严重损伤的情况下,构件的剩余承载力和剩余率随着钢纤维掺量的增加显著提高,分别可达28.3%和12.4%;在0~2%范围内,钢纤维体积掺量的增加可显著提高钢管混凝土构件的抗轴向冲击性能与冲击后剩余力学性能。需要指出,考虑的钢纤维掺量仅针对工程设计中常用范围,超出研究范围时需进一步论证分析。

关键词：桥梁工程轴向冲击试验研究剩余承载力高强钢管 UHPC 钢纤维体积掺量