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FDM-DEM耦合方法模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击试验

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计算力学学报 2024年

作者：李云丽杨振睿吴文平武汉工程大学土木工程与建筑学院岩土与地下工程系武汉大学土木工程学院工程力学系

全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮，下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探，涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法，开展了月壤水冰模拟物的分... 详细信息

全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮，下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探，涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法，开展了月壤水冰模拟物的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验模拟，研究了月壤水冰模拟物在冲击载荷下的动力学性能及损伤特性。通过与试验结果对比发现本文提出的FDM-DEM模型能够很好模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击测试。获得了月壤水冰模拟物峰值强度与应变率的关系，发现月壤水冰模拟物表现出应变率增强效应，即应变率越高，峰值应力越大，这与砂土的应变率不敏感性存在明显差异。冲击过程中，试样的损伤随着冲击速度的增加而增大，但损伤持续时间变短。损伤裂纹首先出现在试样与压杆的交界处，随着试样的压实，试样内部产生裂纹，最终内外部裂纹相互扩展交汇，直至破坏。研究结果为深入理解月球极地月壤水冰模拟物的动力学性能和失效行为提供了重要的参考。

关键词：月壤水冰模拟物分离式霍普金森压杆(SHPB)试验 FDM-DEM耦合动态冲击特性破坏形态

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碎石桩-排水板组合型复合地基固结解析解

工程科学与技术 2024年第4期56卷 130-140页

作者：李传勋刘聪陆向综江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

碎石桩-排水板组合型复合地基以成本低、固结速率快及加固效果好等优势被广泛应用于工程实际。虽然目前竖井地基或碎石桩复合地基固结理论已较为完善,但同时包含以上两种排水体的复合地基固结理论还鲜见报道。此外,以往固结模型中土体... 详细信息

碎石桩-排水板组合型复合地基以成本低、固结速率快及加固效果好等优势被广泛应用于工程实际。虽然目前竖井地基或碎石桩复合地基固结理论已较为完善,但同时包含以上两种排水体的复合地基固结理论还鲜见报道。此外,以往固结模型中土体内孔隙水在径向仅发生单向渗流,这与实际情况存在差别。基于此,以碎石桩-排水板组合型复合地基为研究对象,考虑外荷载作用下土中孔隙水分别向碎石桩和排水板发生径向渗流,在复合地基顶面排水、底面不透水条件下建立碎石桩-排水板复合地基固结模型。利用桩体、桩周土体和竖井间流量相等的连续条件,获得该模型的解析解答。在一定条件下,该解答可退化为碎石桩复合地基固结解或竖井地基固结解,表明该解答的普适性及正确性。将该解答应用于工程实例及室内模型试验的沉降计算,计算结果与实测值吻合较好。开展大量计算研究此类复合地基不同工况下的固结性状,结果表明:在碎石桩桩间打设排水板,能有效提高复合地基固结速率,复合地基固结速率随排水板数量增加而加快;排水板渗透系数对复合地基固结速率及沉降速率的影响较大;与传统复合地基技术相比,碎石桩桩间增设排水板的工法具有更好的经济价值。

关键词：碎石桩排水板组合型复合地基固结解析解双向渗流

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竖井地基大应变非线性固结解析解

岩土力学 2024年第5期45卷 1446-1456页

作者：王亦炀李传勋李阔陆向综江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

已有的研究表明,高压缩性软土的大应变及非线性固结特性对其固结具有显著影响。但目前能同时考虑两者影响的竖井地基大应变非线性固结解析解还鲜见报道。考虑高压缩性软土在固结中的大变形特性,应用双对数压缩渗透非线性模型描述软土在... 详细信息

已有的研究表明,高压缩性软土的大应变及非线性固结特性对其固结具有显著影响。但目前能同时考虑两者影响的竖井地基大应变非线性固结解析解还鲜见报道。考虑高压缩性软土在固结中的大变形特性,应用双对数压缩渗透非线性模型描述软土在固结中的压缩渗透特性变化,基于Gibson大应变固结理论,建立竖井地基大应变非线性固结模型并获得模型的解析解。将所获得的解析解与竖井地基大应变非线性固结数值解及特定工况下小应变线性固结解析解进行对比,以验证所获解析解的可靠性。在此基础上,通过大量计算对不同工况下竖井地基非线性固结性状开展分析。结果表明:压缩指数I_(c)为定值时竖井地基固结速率随参数α减小而增大。α保持不变时竖井地基固结速率随I_(c)减小而增大。压缩渗透参数保持不变时,竖井地基固结速率随着外荷载的增大而加快,随着井径比增大而减慢。将所获解析解应用于深港西部通道口岸区填海地基处理的工程计算,表明理论计算的沉降曲线与实测曲线较为吻合,说明了所获解析解的工程可应用性。

关键词：竖井地基非线性大应变变荷载解析解

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橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

岩土力学 2024年第3期45卷 705-713页

作者：周恩全白宇航姚缘王龙陆建飞江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔... 详细信息

为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_(sk)计算方法,进一步依托骨架孔隙比e_(sk)对混合土的最大动剪切模量G_(max)进行评价。结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比e_(sk)增大,G_(max)降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,e_(sk)增大,G_(max)升高。在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比e_(sk)提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_(max)表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土G_(max)提供依据。

关键词：橡胶混合黏土动剪切模量阻尼比骨架孔隙比 Hardin模型

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干湿循环下木质素改良粉土抗剪强度特性

工程科学与技术 2024年第2期56卷 208-216页

作者：周恩全张曼居东煜王龙李护良江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验... 详细信息

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验和X射线衍射试验,研究了木质素掺量0、2%、5%、8%、12%、15%和干湿循环0、1、2、3、4次对改良土抗剪强度特性的影响。结果表明:掺入木质素可以显著提升粉土的抗剪强度及干湿循环性能;一定干湿循环次数下,改良土的抗剪强度及黏聚力随着木质素掺量的增加先增大后降低,内摩擦角随着木质素掺量的增加先快速增大后基本不变;当木质素掺量为8%时,改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角最高。改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而降低,当木质素掺量为0时,纯土试样经过1次干湿循环即崩解,强度损失率为100%;当木质素掺量为8%时,改良土的强度损失率最低,黏聚力及内摩擦角的降低幅度均较低。X射线衍射试验表明,木质素掺量为8%时,石英、方解石、白云石含量最高,黏土矿物含量较高,钠长石含量最低,这是造成改良土强度及干湿循环性能提升的直接原因。结果显示,当木质素掺量为8%时,改良土在提高抗剪强度及干湿循环性能方面具有明显优势。研究结果可为实际施工设计提供理论支撑。

关键词：木质素粉土干湿循坏抗剪强度

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刚性薄平板绕流特性的数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 699-708页

作者：蔚杰武建军兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000

为了揭示雷诺数、来流剪切参数对平板尾流涡街演化过程以及平板阻力特性的影响规律,本文基于浸没边界-格子Boltzmann方法建立了刚性薄平板绕流模型,并在雷诺数为100~1200内,对不同雷诺数与来流剪切参数下的刚性薄平板绕流问题进行数值... 详细信息

为了揭示雷诺数、来流剪切参数对平板尾流涡街演化过程以及平板阻力特性的影响规律,本文基于浸没边界-格子Boltzmann方法建立了刚性薄平板绕流模型,并在雷诺数为100~1200内,对不同雷诺数与来流剪切参数下的刚性薄平板绕流问题进行数值模拟。分别研究了平板尾流区沿流向的2次失稳跃迁过程以及平板流向载荷随来流剪切参数的变化及其对雷诺数的依赖性,并对其机理进行了讨论。研究表明:随着流场剪切参数的增加,平板近尾流经过数次准周期分岔过程进入了由大尺度涡结构所主导的混沌状态,进一步诱发了低频、混沌的结构阻力;雷诺数越大,向混沌特征流向载荷转变所需的临界剪切参数越小。

关键词：雷诺数来流剪切参数浸没边界-格子Boltzmann方法刚性薄平板尾流失稳分岔阻力

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冲击荷载下含夹层饱和砂土孔压变化规律分析

岩土力学 2024年第4期45卷 1081-1091,1120页

作者：金丹丹鲁先东王炳辉施展张雷江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150000 江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212100

砂土中夹层的性状会影响饱和砂土孔压发展,从而影响砂土层变形。为研究夹层位置、厚度和种类等不同夹层状态下砂土液化过程中的孔压变化规律,设计了冲击荷载作用下层状砂液化试验,建立了含夹层饱和砂土理论模型,并将试验结果与理论分析... 详细信息

砂土中夹层的性状会影响饱和砂土孔压发展,从而影响砂土层变形。为研究夹层位置、厚度和种类等不同夹层状态下砂土液化过程中的孔压变化规律,设计了冲击荷载作用下层状砂液化试验,建立了含夹层饱和砂土理论模型,并将试验结果与理论分析进行对比。结果表明:含夹层饱和砂土的孔压发展呈现3个阶段,即快速上升、快速消散、缓慢消散阶段。高渗透性夹层高度越高,其下方土层孔压快速消散时长越短,越快趋于稳定值,但消散总时长无明显影响;低渗透性夹层高度或厚度的增大,均会使夹层上方孔压快速消散阶段速率加快,孔压消散稳定阶段延长,孔压消散总时长随之线性增长;同时,孔隙水会在低渗透性夹层下方形成水膜,夹层高度或厚度的增加均会使水膜持续时间增长,但水膜形态主要受夹层厚度影响。试验结果与理论分析较为一致,说明了试验的可靠性。

关键词：层状砂土冲击荷载超孔隙水压力夹层高度夹层厚度水膜

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张力调控影响创口重塑的数值模拟研究

应用数学和力学 2024年第6期45卷 753-762页

作者：蔡威周子星张作启黄国友武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

组织重塑普遍存在于人体的组织和器官,与形态发生、伤口愈合、纤维化发展以及癌症的扩散与转移等密切相关.力学微环境在组织重塑过程中发挥重要作用,但是,目前张力调控影响创口重塑的规律仍不清.该文建立了细胞主动收缩引起组织重塑的... 详细信息

组织重塑普遍存在于人体的组织和器官,与形态发生、伤口愈合、纤维化发展以及癌症的扩散与转移等密切相关.力学微环境在组织重塑过程中发挥重要作用,但是,目前张力调控影响创口重塑的规律仍不清.该文建立了细胞主动收缩引起组织重塑的动态数理模型,并通过有限元方法模拟了不同预张力牵张组织中侧边和内部创口重塑的过程;进一步,基于该模型研究了张力调控对创口重塑的影响.结果表明,张力调控显著影响创口重塑过程,通过适当的减张作用可以有效降低创口重塑过程中的应力水平和创口大小.该研究有助于加深人们对于组织重塑过程中力学作用的理解,为从力学角度干预创口重塑过程提供了有用参考.

关键词：组织重塑伤口愈合有限元方法力学调控

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单目立体视觉中的系统误差与棱镜位姿对视场的影响评估

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光学学报 2024年第8期44卷 94-105页

作者：原天宇代祥俊杨福俊东南大学土木工程学院江苏省工程力学重点实验室江苏南京211189 山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255090

对棱镜分光式单目立体视觉系统进行了深度方程的推导,修正了棱镜位姿偏移引入的成像误差,分析了位姿引起的成像视场变化。该系统由一个相机与两个具有相同参数的双棱镜组成,相机单次拍摄可获取两幅具有视差的子图像,这可视为两个具有一... 详细信息

对棱镜分光式单目立体视觉系统进行了深度方程的推导,修正了棱镜位姿偏移引入的成像误差,分析了位姿引起的成像视场变化。该系统由一个相机与两个具有相同参数的双棱镜组成,相机单次拍摄可获取两幅具有视差的子图像,这可视为两个具有一定夹角的虚拟相机同时成像。采用虚拟点模型与光线追踪法推导深度方程,建立视差与深度方程参数之间的关系,进一步研究了系统中物距与夹角对图像深度信息与视差的影响。棱镜组的人为放置,不可避免地引入位姿误差,进而影响每个成像通道中的成像视场。基于棱镜的旋转与偏移,建立了修正的虚拟点模型,并深入研究了棱镜组位姿对系统成像与视场产生的影响;最后通过实验验证了理论与推导的有效性与准确性。

关键词：测量单目立体视觉棱镜位姿深度方程系统误差视场评估

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