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石灰-木质素改良黏土的动剪切模量特性

土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：周恩全刘平张曼陆建飞江苏大学土木工程与力学学院

将木质素用于土体改良是处置木质素的有效措施之一。为研究石灰-木质素共同改良黏土的效果，开展石灰-木质素改良黏土的共振柱试验，分析固结围压、石灰-木质素掺量对改良土动剪切模量特性的影响，基于相对结构度方法提出改良土最大动... 详细信息

将木质素用于土体改良是处置木质素的有效措施之一。为研究石灰-木质素共同改良黏土的效果，开展石灰-木质素改良黏土的共振柱试验，分析固结围压、石灰-木质素掺量对改良土动剪切模量特性的影响，基于相对结构度方法提出改良土最大动剪切模量的表征模型。结果表明：随着围压的增加，石灰-木质素改良土的最大动剪切模量以及动剪切模量比提高；4%石灰+4%木质素改良黏土的最大动剪切模量以及动剪切模量比最高，在300 kPa围压下，4%石灰+4%木质素改良土的最大动剪切模量比8%石灰改良土提高17.3%，比纯土提高185.4%；基于抗剪强度参数提出了改良土的相对结构度计算方法，4%石灰+4%木质素改良土的相对结构度最大；在Hardin公式基础上，引入相对结构度建立了改良土最大剪切模量的表征模型，该模型具有较好的准确性，可为评价石灰-木质素改良黏土的动剪切模量提供借鉴。

关键词：石灰-木质素改良土动剪切模量模量比相对结构度

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一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法

振动与冲击 2024年第6期43卷 336-344页

作者：张校恺韦凯西南交通大学土木工程学院成都610031

不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低,致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度,实现环境振动敏感点的精准筛选,节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构... 详细信息

不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低,致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度,实现环境振动敏感点的精准筛选,节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构隧道耦合振动模型,基于蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法提出了一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法,以半经验模型中的3个修正项C_(W)、C_(R)及C_(T)为例,分析了导致修正项预测准确度具有随机不确定性的主要因素并提出了相应的标准化管理建议。主要研究结论如下:所建模型具有较高的计算效率和计算精度,单个工况计算时间为90 s,可弥补MC法耗时的缺点,时域幅值误差在12%以内,源强误差在1 dB以内;同种扣件不同弹性垫板之间非线性载频变刚度的差异是导致C_(W)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-1~+3 dB的误差;不同线路之间钢轨磨耗等级的差异是导致C_(R)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-3~+3 dB的误差;不同中硬土之间弹性模量的差异过大是导致C_(T)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,当土体剪切波速在250~375 m/s时C_(T)的准确度较高,当在375~500 m/s时,C_(T)的准确性较低,预测误差可达3 dB;当同时考虑多个修正项带来的误差时,源强预测误差范围可达-4~+9 dB,设计时极有可能采取不符合断面实际要求的减振措施,从而浪费大量减振成本,因此建议严格控制扣件弹性垫板非线性载频变刚度、钢轨磨耗等级等因素的随机性,并以剪切波速375 m/s为界将中硬土划为两类并给出相应的修正项。

关键词：城市轨道交通车辆-轨道耦合动力学环境振动随机振动

三轴剪切下砂土应变局部化宏微观特性演化规律离散元分析

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3586-3596页

作者：王思远蒋明镜石安宁天津大学建筑工程学院天津300350 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学土木工程减灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

探究土体变形和剪切带空间演化特征对于评估岩土结构的稳定性具有重要意义。使用离散元法模拟砂土在柔性边界下三轴剪切试验,分析剪切带内外的宏微观特性演化规律,探究砂土应变局部化的宏微观跨尺度联系。首先,在离散元模拟中使用考虑... 详细信息

探究土体变形和剪切带空间演化特征对于评估岩土结构的稳定性具有重要意义。使用离散元法模拟砂土在柔性边界下三轴剪切试验,分析剪切带内外的宏微观特性演化规律,探究砂土应变局部化的宏微观跨尺度联系。首先,在离散元模拟中使用考虑颗粒形状影响的三维完整接触模型;随后,在三轴模拟中使用柔性边界代替刚性边界以保证剪切带的充分发展;最后,与已有试验进行对比验证模拟有效性,并从宏微观关联角度对其结果进行分析。结果表明:使用考虑颗粒形状影响的三维完整接触模型及柔性边界的三轴离散元模拟可以较好的再现净砂试样的应力-应变和体积响应及剪切带的发展过程;剪切带内外部的平均纯转动率(APR)值、孔隙率、力学配位数、各向异性系数等宏微观特征差异明显;随着轴向位移的增加,带内APR值、孔隙率均大于带外而力学配位数带外大于带内;剪切带内局部孔隙率及各项异性对试样整体孔隙演化和各向异性有重要影响。

关键词：土力学离散元模拟柔性边界应变局部化三轴压缩宏微观特性

海啸作用下跨海桥梁上部结构流-固耦合数值研究

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工程力学 2024年第9期41卷 111-122页

作者：杨志莹祝兵黄博张跃志殷瑞涛西南交通大学土木工程学院成都610031 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

海啸是威胁跨海桥梁安全的主要灾害之一,深入研究海啸与桥梁上部结构耦合作用过程,明确桥梁上部结构波浪力以及桥梁支座受力状态对跨海桥梁安全具有重要意义。该文采用开源软件OpenFOAM建立二维数值水槽,以溃坝波模拟海啸,通过求解RANS... 详细信息

海啸是威胁跨海桥梁安全的主要灾害之一,深入研究海啸与桥梁上部结构耦合作用过程,明确桥梁上部结构波浪力以及桥梁支座受力状态对跨海桥梁安全具有重要意义。该文采用开源软件OpenFOAM建立二维数值水槽,以溃坝波模拟海啸,通过求解RANS方程来获取流体运动,并采用k-ε湍流模型解决RANS方程的封闭性问题,以弹簧-质量-阻尼体系模拟桥梁上部结构运动体系,通过流体与质量-弹簧-阻尼体系间实时数据传递,模拟海啸与桥梁上部结构之间的耦合效应。并利用溃坝波解析解及已有的试验数据验证了数值模型的可靠性。在此基础上,通过对比在水平方向采用刚性约束或不同刚度的弹性约束时上部结构的波浪力,研究了流-固耦合效应以及约束刚度对桥梁上部结构波浪力的影响,同时分析了在海啸作用过程中桥梁各支座的受力状态。结果表明:该文建立的数值模型能够准确地模拟海啸波浪与结构耦合作用过程;考虑流固耦合效应后,上部结构受到的最大波浪力明显减小,水平力最大值减小16.8%~21.0%,竖向力最大值减小15.5%~19.5%;相比于上部结构水平波浪力,支座承受的水平力波动更明显且其最大值达到上部结构水平力的1.25倍;迎浪侧支座在不同时刻存在拉和压两种不同工作状态,其最大拉力达到上部结构竖向波浪力最大值的90%以上;背浪侧支座仅承受压力,其最大压力约为迎浪侧支座最大压力的1.11倍~1.55倍。

关键词：跨海桥梁流固耦合数值模拟波浪力支座力

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GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片力学性能研究

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工程力学 2024年第S1期41卷 238-244,252页

作者：陈晟晟周春恒章子华宁波大学土木工程与地理环境学院宁波315211

为研究GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片的力学性能,进行了三个不同GFRP筋配筋率的钢-聚丙烯纤维混凝土管片静力受弯试验,获得了试件的破坏形态、承载力及裂缝扩展模式。考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结,采用ABAQUS建立了GFRP筋混杂... 详细信息

为研究GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片的力学性能,进行了三个不同GFRP筋配筋率的钢-聚丙烯纤维混凝土管片静力受弯试验,获得了试件的破坏形态、承载力及裂缝扩展模式。考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结,采用ABAQUS建立了GFRP筋混杂纤维混凝土管片的有限元模型,分析了不同混杂纤维掺量和配筋率对管片受弯承载力的影响。研究结果表明:GFRP筋混杂纤维混凝土管片的破坏主要是由跨中主裂缝贯穿和GFRP筋材断裂导致;在纤维体积掺量不变的情况下,提高纵向受拉GFRP筋的配筋率,可以有效提高管片的受弯承载力;在数值计算中,考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结滑移的有限元模型能更准确地模拟试件的开裂荷载、极限荷载和弯曲刚度;在承载力不变的情况下,增加混杂纤维的体积分数能有效减少管片的配筋率,并且提高管片的抗变形能力;通过回归分析,提出了纤维掺量与配筋率关系的计算式,理论计算结果与数值结果符合较好。

关键词： GFRP筋混杂纤维混凝土配筋率静力受弯试验界面黏结有限元模型

高温环境对混凝土内GFRP筋拉伸性能退化影响

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复合材料科学与工程 2024年

作者：陆春华李朝晖漆仲浩朱学武徐奕帆江苏大学土木工程与力学学院

对埋置于混凝土内的玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋进行高温后的拉伸试验，分析了高温下混凝土试件内外温度变化、筋材外观变化，重点探讨了高温后混凝土内GFRP筋拉伸性能退化规律及其抗拉强度保留系数的预测方法。试验与分析结果表明... 详细信息

对埋置于混凝土内的玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋进行高温后的拉伸试验，分析了高温下混凝土试件内外温度变化、筋材外观变化，重点探讨了高温后混凝土内GFRP筋拉伸性能退化规律及其抗拉强度保留系数的预测方法。试验与分析结果表明：混凝土内GFRP筋存在明显温度滞后现象，炉内升温约2 h后混凝土内GFRP筋才能达到环境温度，混凝土保护层降低了内部筋材在高温后的松散程度；300℃～350℃的工况温度下混凝土保护层对GFRP筋的抗拉强度保护作用较明显。工况温度达到400℃后，GFRP筋的拉伸性能迅速下降，混凝土保护层的隔温保护作用逐渐减弱至消失；300℃工况下恒温时长对混凝土内GFRP筋抗拉强度影响显著，对其弹性模量影响较小；采用Boltzmann 函数可以有效预测混凝土内GFRP筋在高温后的抗拉强度保留系数。相关研究可为GFRP筋在混凝土结构中的耐火设计提供参考。

关键词：玻璃纤维增强复合材料(GFRP) 高温环境混凝土拉伸性能预测模型

不同荷载作用下五边形石墨烯的变形破坏机理研究

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原子与分子物理学报 2025年第6期 57-63页

作者：赵泽若韩同伟李仁葛峻铭王嘉越江苏大学土木工程与力学学院

五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构，在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程，得到了五边形石墨... 详细信息

五边形石墨烯是一种完全由碳五元环组成的准二维的亚稳态碳结构，在不同载荷作用下其变形破坏机理仍需进一步研究.本文基于ReaxFF反应力场采用分子动力学方法模拟研究了五边形石墨烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程，得到了五边形石墨烯的拉伸和剪切应力-应变曲线以及压入载荷-位移曲线，系统分析了五边形石墨烯的变形破坏机理，并验证了五边形石墨烯在不同载荷作用下是否表现出塑性变形特征的一致性问题.研究结果表明，通过拉伸或纳米压入等不同加载方式均可准确测出五边形石墨烯的本征力学性能参数，其杨氏模量265.4～285.1 N/m,与第一性原理计算结果一致.研究还发现，五边形石墨烯在拉伸、剪切和纳米压痕过程中均会出现不可逆的塑性变形特征，而引起塑性变形的原因是由于不可逆的碳五元环向碳多元环结构的转变.以上研究结果可为基于五边形石墨烯的微/纳米机电系统的实际应用提供重要指导.

关键词：五边形石墨烯变形破坏机理分子动力学

基于三维扫描的带肋钢筋-混凝土界面黏结失效精细有限元分析

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工程力学 2024年第S1期41卷 215-221页

作者：杨犇章子华周春恒王轩张振文宁波大学土木工程与地理环境学院宁波315211

钢筋与混凝土之间良好的界面黏结性能是二者协同工作的基础,对钢筋混凝土结构承载和安全极其重要。为了研究钢筋与混凝土之间的非线性黏结失效机理,考虑钢筋与混凝土之间的摩擦力和机械咬合力,以及月牙肋的表面特征,采用三维扫描的方式... 详细信息

钢筋与混凝土之间良好的界面黏结性能是二者协同工作的基础,对钢筋混凝土结构承载和安全极其重要。为了研究钢筋与混凝土之间的非线性黏结失效机理,考虑钢筋与混凝土之间的摩擦力和机械咬合力,以及月牙肋的表面特征,采用三维扫描的方式建立了带肋钢筋-混凝土三维精细有限元模型,并通过拔出试验对比验证了数值模型的准确性。在此基础上,研究了钢筋-混凝土界面黏结-滑移行为与破坏机理,讨论了该文所提方法的优势。结果表明:界面黏结强度随混凝土强度增大而线性增大;钢筋直径的增大会导致界面黏结强度逐渐减小,并导致试件破坏模式的改变;数值模拟结果与试验结果吻合较好,说明采用三维扫描建立的数值模型可以准确模拟筋材与混凝土之间的黏结失效行为,进而从细观层面上揭示界面黏结失效机理。

关键词：带肋钢筋混凝土黏结破坏三维扫描数值模拟

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预切缝位置及深度对SBM滚刀破岩的影响

煤炭学报 2024年第1期49卷 415-425页

作者：杨仁树康一强杨立云刘康丁晨曦樊谨豪中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题,首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征,进而基于Cohesive单元方法,建立了预切缝条件... 详细信息

利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题,首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征,进而基于Cohesive单元方法,建立了预切缝条件下的滚刀破岩离散-连续耦合数值模型。以完整岩体为对照组,对比分析了不同预切缝距离和深度对滚刀破岩的受力特征和岩石破碎特征的影响规律。阐述了预切缝条件下,滚刀破岩时密实核形成、块状岩渣形成、Hertz裂纹扩展3个阶段性特征,指出了岩体的非对称破碎特性和不同区域岩渣的形成机制。最终从滚刀受力、破岩面积、破岩比能耗、岩渣破碎程度4个方面综合分析,确定了预切缝的最佳距离和深度取值范围。研究结果表明:预切缝可以显著减小竖井全断面掘进机滚刀破岩过程中的贯入力和侧向力。与完整岩体相比,贯入力峰值降低了44.0%~10.3%。侧向力峰值降低了35.2%~6.5%。预切缝间距及深度较小时,会限制滚刀破岩范围,同时使得破碎岩体块度更小,导致破岩比能耗增高。随着预切缝深度的增大,破岩体积先增大后趋于稳定,比能耗先减小后保持不变。最终,确定了切缝距离为70~90 mm,深度为60~80 mm时破岩效果最佳,破岩体积较无切缝时提高约1倍,破岩比能耗降低69.2%。研究结果为刀盘辅助破岩装备的设计及参数确定提供了参考。

关键词：预切缝滚刀破岩分形维数竖井全断面掘进机