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基于CFD-DEM方法的饱和砂土场地液化模拟研究

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岩土力学 2024年第8期45卷 2492-2501,2514页

作者：许文昊王志华申志福高洪梅刘殷强张鑫磊南京工业大学岩土工程研究所江苏南京211816 河海大学江苏省交通基础设施安全保障技术工程研究中心江苏南京211816

砂土液化是常见的地震灾害,目前应用于研究砂土液化动力特性的室内试验以及模型试验还不能全面反映土体液化全过程。计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元法(discrete element method,DEM)耦合模拟方法能够准确地... 详细信息

砂土液化是常见的地震灾害,目前应用于研究砂土液化动力特性的室内试验以及模型试验还不能全面反映土体液化全过程。计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元法(discrete element method,DEM)耦合模拟方法能够准确地模拟各类水土耦合问题。通过二次开发的CFD-DEM流固耦合模块实现离散元软件PFC3D与计算流体力学软件OpenFOAM之间的力学信息交互,利用颗粒水下自由沉降验证该方法的可行性。利用PFC3D软件模拟室内循环三轴试验标定出具有真实饱和砂土动力特性的数值砂样。根据已有的参数信息以及耦合模拟方法建立了饱和砂土的场地液化模型。模拟结果表明,离散元法能够复现室内砂土液化试验,标定参数可应用于场地液化模拟;单颗粒沉降速度与理论解一致验证了CFD-DEM耦合方法的准确性;峰值加速度0.25g下不同深度处土体均会发生液化,液化时超孔压比无法达到1,超孔压累计值由浅层往深层递增;液化后土体强度自下而上逐渐恢复,再固结的场地土体结构呈现均匀化发展趋势。

关键词：砂土液化 CFD-DEM耦合方法颗粒自由沉降场地液化模拟

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红层软岩软化的微–细–宏观界面关联过程与跨尺度级联效应

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1241-1254页

作者：廖进兰春晖吴勇桃刘镇周翠英中山大学土木工程学院广东广州510275 中山大学广东省重大基础设施安全工程技术研究中心广东广州510275

红层软岩灾变与水–岩界面作用过程密切相关,研究微–细–宏观关联过程与级联效应对于揭示其灾变机制具有重要意义。目前对软岩软化的研究主要集中于细宏观水–岩界面的表观特征,微–细–宏观界面关联特性及其跨尺度级联效应仍需进一步... 详细信息

红层软岩灾变与水–岩界面作用过程密切相关,研究微–细–宏观关联过程与级联效应对于揭示其灾变机制具有重要意义。目前对软岩软化的研究主要集中于细宏观水–岩界面的表观特征,微–细–宏观界面关联特性及其跨尺度级联效应仍需进一步研究。针对这一问题,通过对软岩软化界面反应过程的微观化学反应、细观物理特性与宏观力学作用进行分析,建立水–岩界面的关联过程。依据能量流理论与级联概念,对软岩破坏的跨尺度级联效应进行分析。结果表明,水溶液阳离子浓度、软岩颗粒骨架外孔隙的占有比例和软岩崩解物质量3个因素,可以很好地阐述水–岩界面的关联过程。软岩软化过程中微–细–宏观级联因子均呈现逐级递增的趋势。解决了红层软岩软化水–岩界面关联过程的不完善与级联效应的跨尺度问题,为揭示软岩软化的深层次机制提供参考。

关键词：岩石力学红层软岩软化微–细–宏观界面关联跨尺度级联效应

红层判识及其科学研究意义：从岩表特征模糊区分到地质基因定量判定

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地球科学 2024年

作者：周翠英廖进刘镇中山大学土木工程学院中山大学广东省重大基础设施安全工程技术研究中心

红层是岩石圈层具有代表性的沉积地层之一。其分布之广，厚度之大，沉积之典型、地貌之完整，实属罕见。同时又是中华文明与文化传承的重要载体。长期以来，是地质、工程、生态与材料等领域关注的热点之一。但是，自1835年英国工程师和1... 详细信息

红层是岩石圈层具有代表性的沉积地层之一。其分布之广，厚度之大，沉积之典型、地貌之完整，实属罕见。同时又是中华文明与文化传承的重要载体。长期以来，是地质、工程、生态与材料等领域关注的热点之一。但是，自1835年英国工程师和1925年李四光先生提出红层概念以来，至今尚未达成统一认识，缺乏较为系统的对红层判识及其科学意义的归纳总结，约束了对红层的全面认识，难以满足红层科学发展的需要（目的与意义）。为此，本文较为系统地回顾了红层判识的岩表特征模糊区分、地貌颜色明确辨别、地层规律定性识别与地质基因定量判定等四个阶段的主要历程，归纳总结了不同阶段红层判识的科学意义，讨论了地质演化关联、对象范畴扩展与材料属性模型等红层判识趋势及其主要发展方向，在此基础上，提出红层判识的价值与展望。

关键词：红层地质基因定量判识范畴扩展科学意义

地面爆炸作用下地下综合管廊动力响应的实验研究

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爆炸与冲击 2024年第7期44卷 155-171页

作者：钱海敏潘亚豪宗周红甘露吴熙孙苗苗浙大城市学院工程学院浙江杭州310015 浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室浙江杭州310015 城市基础设施智能化浙江省工程研究中心浙江杭州310015 东南大学爆炸安全防护教育部工程研究中心江苏南京211189

为研究地下综合管廊结构的抗外部爆炸性能,针对整体现浇管廊和预制节段拼装管廊结构在地面爆炸作用下的动力响应特性和破坏模式开展了野外爆炸实验研究。通过11个工况的野外爆炸实验,观测了现浇管廊和预制节段拼装管廊在不同比例距离爆... 详细信息

为研究地下综合管廊结构的抗外部爆炸性能,针对整体现浇管廊和预制节段拼装管廊结构在地面爆炸作用下的动力响应特性和破坏模式开展了野外爆炸实验研究。通过11个工况的野外爆炸实验,观测了现浇管廊和预制节段拼装管廊在不同比例距离爆炸工况下的破坏特征和动力响应,对比分析了现浇管廊和预制节段拼装管廊的抗爆性能。结果表明:在地面爆炸作用下,现浇管廊和预制节段拼装管廊的顶板最终均出现弯剪破坏,整体现浇管廊的抗爆性能总体上优于预制节段拼装管廊。起爆位置对预制节段拼装管廊爆炸响应的影响较大,在节段中心上方起爆时结构损伤最严重。在小比例距离地面爆炸作用下,现浇管廊的损伤区域大于预制节段拼装管廊,预制节段拼装管廊的损伤集中在近爆心下方所在的节段或连接接缝处,节段间可产生较大残余滑移。

关键词：地下综合管廊预制节段拼装地面爆炸实验动力响应破坏模式

多目标优化基坑双边耦合变形控制设计建模及求解方法

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土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：丁小文龙思桦叶快万琪伟丁海滨徐长节江西省交通科学研究院有限公司华东交通大学江西省土木基础设施智慧建维工程研究中心江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室

在城市建设中，基坑工程的安全性和经济性至关重要。由于传统的基坑围护结构设计方法通常依赖于保守策略并主要关注强度控制，这导致它们在精确控制变形方面的效率低下，无法满足现代城市建设的复杂需求。为解决这些问题，本文提出了一... 详细信息

在城市建设中，基坑工程的安全性和经济性至关重要。由于传统的基坑围护结构设计方法通常依赖于保守策略并主要关注强度控制，这导致它们在精确控制变形方面的效率低下，无法满足现代城市建设的复杂需求。为解决这些问题，本文提出了一个新的逆向设计多目标优化模型，该模型融合了变形控制与经济性，旨在提高基坑围护结构设计的效率和经济效益。该模型包括一个双边耦合的基坑围护变形计算模型、一个整合变形控制和成本优化的多目标框架，以及一个基于元启发式算法的求解策略。通过与四种元启发式算法的比较和结合实际工程案例的深入分析，研究表明本方法不仅能有效实现精确的变形控制，还能优化成本效益，特别是半经验半随机的启发式算法在求解复杂优化问题时显示出更高的效率和适用性。本研究为基坑围护结构设计提供了创新思路和可行方法，推动了工程优化设计领域向更高效、更经济的方向发展。

关键词：多目标优化模型逆向设计结构优化元启发式算法基坑围护结构

硫酸盐环境下BFFC侵蚀试验及强度预测模型

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2780-2791页

作者：罗如平周宇航朱碧堂余金胡扬扬华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 江西省地下空间技术开发工程研究中心江西南昌330013 江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室江西南昌330013

开展不同纤维掺量的玄武岩纤维增强泡沫混凝土(BFFC)在硫酸盐环境下的侵蚀试验,探究BFFC的破坏形式、无侧限抗压强度、质量及微观结构的演变特性。根据试验结果提出不同纤维掺量及硫酸盐循环侵蚀次数下BFFC无侧限抗压强度的预测模型。... 详细信息

开展不同纤维掺量的玄武岩纤维增强泡沫混凝土(BFFC)在硫酸盐环境下的侵蚀试验,探究BFFC的破坏形式、无侧限抗压强度、质量及微观结构的演变特性。根据试验结果提出不同纤维掺量及硫酸盐循环侵蚀次数下BFFC无侧限抗压强度的预测模型。研究结果表明:纤维体积掺量为0.18%、0.36%、0.48%、0.60%的BFFC无侧限抗压强度分别比无纤维掺入的混凝土抗压强度提高了58%、85%、88%、94%,BFFC合理纤维掺量约为0.36%;在质量分数为10%的硫酸盐溶液中,BFFC试件进行干湿循环试验的侵蚀稳定时间约为15 h;BFFC无侧限抗压强度和质量随着侵蚀循环次数增加均表现为先增长后衰减的趋势;纤维体积掺量为0、0.18%、0.36%、0.48%、0.60%的BFFC试块经过30次循环时的质量损失至原始质量的55%、60%、70%、72%、80%,其强度降低至初始强度的35%、40%、42%、48%、50%。

关键词：玄武岩纤维增强泡沫混凝土抗侵蚀性干湿循环强度预测模型微观结构

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重载列车荷载作用下路基夹层现象的分析

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2024年第2期63卷 59-66页

作者：丁瑜贾羽王晅宗钟凌张家生江苏海洋大学土木与港海工程学院江苏连云港222002 江苏省海洋工程基础设施智能建造工程研究中心江苏连云港222002 中南大学土木工程学院湖南长沙410083 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410083

重载列车荷载作用下路基夹层、道砟囊、翻浆冒泥等路基病害频发,严重影响了列车的安全运行。为分析重载列车荷载作用下路基夹层现象,采用自制试样筒对路基土(粉质黏土)和道砟进行循环加载试验,分析重载列车荷载作用下试样变形特性及路... 详细信息

重载列车荷载作用下路基夹层、道砟囊、翻浆冒泥等路基病害频发,严重影响了列车的安全运行。为分析重载列车荷载作用下路基夹层现象,采用自制试样筒对路基土(粉质黏土)和道砟进行循环加载试验,分析重载列车荷载作用下试样变形特性及路基夹层的产生与发展过程;进而提出路基夹层的两个主要表征指标,即路基夹层厚度和细颗粒迁移质量。结果表明:1)重载列车荷载作用下,试样的轴向变形呈非线性增大的趋势;路基夹层在加载初期较为明显,加载后期路基夹层的变化不明显。2)采用路基夹层厚度及细颗粒迁移质量这两个指标对路基夹层特性进行表征,路基夹层厚度、细颗粒迁移质量与路基土体初始干密度近似呈线性负相关关系,与循环荷载幅值近似呈线性正相关关系,而加载频率对路基夹层厚度和细颗粒迁移质量的影响相对较小。

关键词：重载列车路基夹层轴向变形路基夹层厚度细颗粒迁移质量

降水开挖共同作用下地连墙受力变形机制模型试验研究

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岩土工程学报 2024年

作者：迟民良梁禄钜徐长节杨开放丁智浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙大城市学院工程学院华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室

为揭示基坑降水与开挖共同作用下地连墙受力变形机制，开展了室内模型试验模拟基坑干砂开挖与降水开挖过程，采集了地连墙两侧水土压力、坑外地表沉降、地连墙弯矩及侧移等数据。通过对比不同工况条件下地连墙受力变形的变化特点及内在... 详细信息

为揭示基坑降水与开挖共同作用下地连墙受力变形机制，开展了室内模型试验模拟基坑干砂开挖与降水开挖过程，采集了地连墙两侧水土压力、坑外地表沉降、地连墙弯矩及侧移等数据。通过对比不同工况条件下地连墙受力变形的变化特点及内在联系，分析了基坑降水开挖对地连墙受力变形的影响机制。试验结果表明：基坑降水与基坑开挖均会改变地连墙两侧侧向土压力分布形式，与干砂开挖相比，降水开挖共同作用时侧向土压力变化更为显著，墙前被动土压力更小，墙后侧向土压力峰值位置则有所下移，地连墙由此产生更大的弯矩值，并诱发更显著的地连墙侧移。

关键词：降水基坑开挖模型试验地连墙侧移孔隙水压力土压力

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基坑开挖前坑内预降水对基坑变形的影响

公路交通科技 2024年第3期41卷 72-82页

作者：喻义天丁海滨刘昆徐长节童立红华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室江西南昌330013 江西省地下空间技术开发工程研究中心江西南昌330013

为研究基坑开挖前坑内预降水对基坑变形及对水位变化情况影响,依托某地铁站基坑工程,采用室内模型试验方法,研究了抽水速度和降水深度对坑外水位变化、围护结构变形、地表沉降、孔隙水压以及土压力的影响。运用MIDAS GTS NX有限元软件... 详细信息

为研究基坑开挖前坑内预降水对基坑变形及对水位变化情况影响,依托某地铁站基坑工程,采用室内模型试验方法,研究了抽水速度和降水深度对坑外水位变化、围护结构变形、地表沉降、孔隙水压以及土压力的影响。运用MIDAS GTS NX有限元软件对实际工程进行数值模拟,将试验数据与数值计算结果进行对比。结果表明:坑外水位随着与围护结构距离的增加,水位下降越小且降水曲线斜率越小,与试验得到的“先凹后凸”形坑外降水曲线结果一致;围护结构侧移随着降水深度的增大而增大,增加幅度逐渐减小,整体呈现“悬臂”形,底部由于受到渗流力的作用产生了一个指向坑内的“踢脚变形”,最大围护结构侧移出现在围护结构顶部;坑外地表沉降呈现“对勾”形分布,最大坑外地表沉降的位置并不会随降水深度改变,而是始终出现在距围护结构大约10 m左右;围护结构侧移和地表沉降均随降水深度或抽水速度的增加而增大;基坑降水后孔隙水压无论坑内还是坑外均减小,坑内孔隙水压减小幅度明显大于坑外,且两者在变化规律上是不同的,坑内孔隙水压呈现先减后增,而坑外孔隙水压则是一直减小;坑内外侧向土压力随着降水深度的增加均显著减小;坑内土压力随着抽水速度的增大变化不明显,而坑外侧向土压力随着抽水速度增加明显减小。

关键词：道路工程开挖前预降水模型试验基坑抽水速度