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二维静载作用下含正交型交叉裂隙岩体动态力学特性研究

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 371-384页

作者：刘婷婷向昌张超李新平丁鹿阳袁伟武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572024 东南大学土木工程学院江苏南京211189

为研究围压对含交叉裂隙岩体的强度特征和破坏规律的影响,考虑裂隙贯通比、初始静载和应变率,基于双轴霍普金森压杆(biaxial Hopkinson pressure bar,BHPB)试验系统开展动静组合加载试验,并借助数字图像相关(digital image correlation,... 详细信息

为研究围压对含交叉裂隙岩体的强度特征和破坏规律的影响,考虑裂隙贯通比、初始静载和应变率,基于双轴霍普金森压杆(biaxial Hopkinson pressure bar,BHPB)试验系统开展动静组合加载试验,并借助数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术分析试样的变形过程,研究交叉裂隙岩体强度特征、能量耗散规律与断裂特性。研究结果表明:最大主应力方向的动态强度和峰值应变随着最大主应力或应力差的增大而减小,随中间主应力或者应变率的增大而增大,而中间主应力方向的动态应力和峰值应变显示出相反的变化趋势;随着差应力的增大,单位体积损耗能增加;随裂隙贯通比的增大,试样的动态强度减小,能量损耗率显著增加;主次裂隙贯通比决定试样的最终破坏模式,当裂隙贯通比较小时,交叉裂隙试样的起裂–扩展主要受主裂隙控制,当贯通比大于0.67时,主次裂隙相互作用明显,试样形成由主次裂隙、反翼裂纹、共面裂纹组成的多个破裂面;在双向等围压作用下,反翼裂纹在试样主次裂隙尖端贯通,最终呈剪切破坏;在双向不等围压情况下,试样呈现出与最小主应力方向近似垂直的分层剥离成块破坏,整体表现为压剪破坏。

关键词：岩石力学交叉裂隙双轴霍普金森压杆(BHPB) 动静组合加载破坏模式 DIC

蒸养条件下机制砂混凝土的力学性能及干缩性能

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铁道科学与工程学报 2024年第5期21卷 1886-1897页

作者：刘穗虎曾晓辉唐卓谢友均龙广成周俊良马刚中南大学土木工程学院湖南长沙410075 悉尼科技大学土木与环境工程学院绿色科技中心澳大利亚悉尼2007

为推动机制砂在预制混凝土构件中的应用,实现机制砂在建筑行业的更广阔应用,进而有效减缓天然砂资源短缺的问题,通过混凝土抗压强度、动弹性模量和干燥收缩试验等宏观性能测试和扫描电镜测试、压汞测试及显微硬度测试等微观测试方法,探... 详细信息

为推动机制砂在预制混凝土构件中的应用,实现机制砂在建筑行业的更广阔应用,进而有效减缓天然砂资源短缺的问题,通过混凝土抗压强度、动弹性模量和干燥收缩试验等宏观性能测试和扫描电镜测试、压汞测试及显微硬度测试等微观测试方法,探讨养护条件和砂型对混凝土力学性能及干缩性能的影响规律及相应机理。试验结果表明:无论采用河砂还是机制砂,蒸养混凝土相较标养混凝土具有更高的早期力学性能和更低的干燥收缩,但高温导致水化产物分布不均,阻碍了后续的水化反应,使其后期力学性能出现不同程度的劣化。结合微观测试结果可知,孔径粗化、界面过渡区间隙增大和水化产物结构疏松是造成蒸养混凝土后期性能劣化的主要原因,但采用机制砂替代河砂能有效减弱蒸养热伤损效应产生的劣化影响。此外,蒸养机制砂混凝土相较蒸养河砂混凝土具有更高的力学性能和更优的微观结构,具体表现为:蒸养机制砂混凝土孔结构更加细化,界面过渡区间隙更小,同时基体显微硬度均值更高,整体密实度更高。但小于50 nm毛细孔增加将导致蒸养机制砂混凝土干缩变形增大。基于GL 2000收缩模型,通过引入考虑机制砂的影响因子,建立了蒸养机制砂混凝土干燥收缩预测模型,可较准确且有效地进行蒸养机制砂混凝土的干燥收缩预测。

关键词：机制砂蒸养混凝土力学性能干缩变形收缩预测模型

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近场爆炸作用下预制节段RC桥墩的动力行为

工程力学 2024年

作者：马维颖吴昊同济大学土木工程学院

蓄意或偶然性爆炸可导致桥墩严重损毁甚至桥梁整体倒塌，现有桥墩抗爆研究主要针对现浇整体式桥墩，关于预制节段RC（PSRC）桥墩抗爆性能的研究较少。针对新疆和若铁路桥梁PSRC桥墩遭受近场爆炸开展了数值模拟分析。首先，基于PSRC和现... 详细信息

蓄意或偶然性爆炸可导致桥墩严重损毁甚至桥梁整体倒塌，现有桥墩抗爆研究主要针对现浇整体式桥墩，关于预制节段RC（PSRC）桥墩抗爆性能的研究较少。针对新疆和若铁路桥梁PSRC桥墩遭受近场爆炸开展了数值模拟分析。首先，基于PSRC和现浇整体式桥墩试件的野外爆炸试验，通过对比桥墩破坏形态和侧向挠度响应，对采用的数值模拟方法，如结构化任意拉格朗日-欧拉法、预应力施加方法以及材料模型和参数等，进行了充分验证；然后，建立了和若铁路桥梁原型PSRC桥墩的精细化有限元模型，并对美国联邦应急管理署规定的小型货车炸弹爆炸作用下桥墩的破坏形态和动态响应进行分析；进一步讨论了节段数量、初始预应力大小、剪力键和耗能钢筋，以及爆炸距离对PSRC桥墩抗爆性能的影响。上述爆炸工况表明：预制整体式桥墩的抗爆性能优于PSRC桥墩，其次为现浇整体式桥墩，其原因在于现浇整体式桥墩易发生局部剪切破坏，从而导致桥墩丧失承载力，且PSRC桥墩顶部两个节段接缝处易发生严重的混凝土压碎破坏，降低桥墩整体侧向刚度；减小爆炸距离或增加节段数量均会加重PSRC桥墩顶部两个节段接缝处的混凝土压碎程度；增大初始预应力可以有效减小PSRC桥墩的侧向挠度，但同时加重了桥墩底部迎爆面混凝土的破碎程度；剪力键可显著增强5节段PSRC桥墩的侧向刚度，并减弱接缝处的混凝土压碎破坏；耗能钢筋对于提升PSRC桥墩抗爆性能的作用不明显。

关键词：预制节段RC桥墩爆炸荷载数值模拟破坏形态动力行为

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基于索-梁结构的斜拉桥非线性振动仿真研究

动力学与控制学报 2024年第5期22卷 16-23页

作者：康厚军尹昆苏潇阳郭铁丁丛云跃广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学工程力学研究中心南宁530004

本文建立了索-梁结构的有限元模型,对斜拉桥线性和非线性振动问题进行研究.首先对结构进行模态分析,发现结构振动表现出全局模态,局部模态以及混合模态,且索梁两者之间固有频率相互影响,对低阶频率影响较大,对高阶频率影响较小.其次,应... 详细信息

本文建立了索-梁结构的有限元模型,对斜拉桥线性和非线性振动问题进行研究.首先对结构进行模态分析,发现结构振动表现出全局模态,局部模态以及混合模态,且索梁两者之间固有频率相互影响,对低阶频率影响较大,对高阶频率影响较小.其次,应用有限元软件对索-梁结构的自由振动和强迫振动进行仿真研究.结果表明:整个自由振动过程中频率有先增大后减小的趋势,且最终小于真实频率;在强迫振动中,观察到了丰富的非线性振动现象,包括索的亚谐波共振和内共振,与以往的实验和理论研究结果定性上得到验证;为斜拉桥全桥非线性动力学分析提供参考.

关键词：斜拉桥索-梁结构有限元仿真非线性振动共振

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1999年中国台湾集集M_(W)7.6地震跨断层场地相对运动

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地震学报 2024年第3期46卷 425-441页

作者：徐龙军吕淼张恒于越谢礼立江汉大学精细爆破国家重点实验室武汉430056 哈尔滨工业大学(威海)土木工程系山东威海264209 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 斯坦福大学土木与环境工程系美国加利福尼亚州94305

为了获得近断层地震动准确的残余位移信息,提出了一种变步长网格搜索地震动基线校正方法。首先基于1999年我国台湾M_(W)7.6集集地震强震动数据,探讨了近断层地震动的位移特征,然后通过地震动时程初始时刻的校正获得了集集地震多组上、... 详细信息

为了获得近断层地震动准确的残余位移信息,提出了一种变步长网格搜索地震动基线校正方法。首先基于1999年我国台湾M_(W)7.6集集地震强震动数据,探讨了近断层地震动的位移特征,然后通过地震动时程初始时刻的校正获得了集集地震多组上、下盘台站之间的相对运动时程数据,分析了分别靠近断层上、下盘场地之间相对运动的位移时程特征。结果显示:近断层地震动的滑冲效应显著,断层的平均滑冲速度可高达1.4 m/s;断层两盘间的相对运动类似于近断层地震动的运动特征,且幅值更大;近断层的残余位移约是断层两盘间最大相对位移的80%.

关键词： 1999年集集M_(W)7.6地震近断层地震动跨断层场地相对运动断层作用

节理分布形式对交叉节理岩体动态力学特性与破坏模式影响研究

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岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 90-102页

作者：刘婷婷曾乐乐张超李新平杨婷张腾胜武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572024

为揭示交叉节理对岩体动态强度及破坏模式的影响机制,对不同节理分布形式下含交叉节理岩体动态力学行为进行研究,考虑交叉节理夹角、贯通度、主节理贯通度及应变率等参数的影响,开展分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,同时设置高速摄像... 详细信息

为揭示交叉节理对岩体动态强度及破坏模式的影响机制,对不同节理分布形式下含交叉节理岩体动态力学行为进行研究,考虑交叉节理夹角、贯通度、主节理贯通度及应变率等参数的影响,开展分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,同时设置高速摄像实时记录试样破坏过程,分析交叉节理岩体动态力学特性、能量耗散、起裂‐破坏规律。研究结果表明:(1)随节理夹角、(主)节理贯通度增大,交叉节理岩体动态抗压强度与弹性模量呈下降趋势,且具有明显率相关性。(2)试样的主裂纹总沿主节理面产生,随贯通度增大由翼裂纹转变为翼裂纹和共面裂纹,不同节理分布形式起裂情况与连通方式有所差异,主要为3种破坏模式:沿加载方向的劈裂拉伸破坏、沿预制节理面的拉伸破坏、沿预制节理面的拉剪复合破坏。(3)随着主节理贯通度和夹角的增加,入射波波阵面节理面长度增加,可通过节理面的透射能降低,试样破损程度加剧导致耗散能骤增。

关键词：岩石力学交叉节理岩体 SHPB 破坏模式能量耗散

机器学习驱动的砂土场地冲刷桥梁群桩基础地震耗能机制高效识别与分析方法

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工程力学 2024年

作者：王靖程叶爱君王晓伟周连绪同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室同济大学桥梁工程系英属哥伦比亚大学工程学院

河床冲刷会导致桥梁的地震易损部位从桥墩向群桩基础转移，增加了传统能力保护设计策略的实施成本与难度，因而利用群桩基础耗能的抗震设计成为一种潜在的替代策略。冲刷桥梁群桩基础的地震耗能机制主要分为三类，即摇摆耗能、塑性耗能... 详细信息

河床冲刷会导致桥梁的地震易损部位从桥墩向群桩基础转移，增加了传统能力保护设计策略的实施成本与难度，因而利用群桩基础耗能的抗震设计成为一种潜在的替代策略。冲刷桥梁群桩基础的地震耗能机制主要分为三类，即摇摆耗能、塑性耗能、以及摇摆-塑性共同耗能。对于不同土性、冲刷深度、结构参数的群桩基础，准确、高效地识别它们的地震耗能机制是开展冲刷桥梁抗震设计的前提，然而，传统的群桩基础非线性地震行为分析依赖复杂的有限元模拟，且常伴有计算收敛性问题。为此，本文提出了一种机器学习驱动的砂土场地冲刷桥梁群桩基础地震耗能机制高效识别与分析方法。利用经试验验证的有限元分析方法和随机抽样技术建立了冲刷桥梁群桩基础地震耗能机制数据集，采用经优化的支持向量机、神经网络、以及集成树算法，建立了机器学习驱动的地震耗能机制高效识别和分析模型。结果表明，神经网络能更准确地识别冲刷桥梁群桩基础的地震耗能机制，查准率和查全率基本均超过90%；桩排数、桩长、桩配筋率、墩高以及桩轴压比是冲刷群桩基础地震耗能机制识别的重要变量；桩排数、桩长、桩轴压比越小，桩配筋率、墩高越大，冲刷群桩基础越倾向于摇摆耗能，反之，越倾向于塑性耗能。为了方便应用，本研究建立的地震耗能机制数据集和神经网络模型已公开于https://***/JW912。

关键词：桥梁工程冲刷群桩基础地震耗能机制机器学习变量重要性分析

考虑颗粒破碎影响的钙质砂中海底管道贯入机制研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 623-632页

作者：杨阳王乐马建华童晨曦张春会王智超田英辉天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 中国港湾工程有限责任公司北京100010 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 河北科技大学河北省岩土与结构体系防灾减灾技术创新中心河北石家庄050018 湘潭大学土木工程学院湖南湘潭411105 墨尔本大学墨尔本工程学院澳大利亚维多利亚3010

通过离心机模型试验,结合离散元数值分析对钙质砂中海底管道竖向贯入机制进行了研究。研究结果显示,钙质砂中管道竖向贯入阻力与埋深基本呈线性关系,其值大致等于管-土接触宽度与静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)中相同深... 详细信息

通过离心机模型试验,结合离散元数值分析对钙质砂中海底管道竖向贯入机制进行了研究。研究结果显示,钙质砂中管道竖向贯入阻力与埋深基本呈线性关系,其值大致等于管-土接触宽度与静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)中相同深度锥尖阻力的乘积。当管道埋深较小时,由于土体变形主要以颗粒重排挤密为主,管道竖向贯入阻力几乎不受颗粒强度影响;当管道埋深较大时,管道竖向贯入阻力随着颗粒强度的降低以及颗粒破碎的加剧而减小。钙质砂中管道竖向贯入机制主要表现为典型的冲剪破坏,土体变形主要集中在管道底部,且水滴状变形区域随着颗粒破碎的加剧逐渐收缩。颗粒破碎从管道底部向远离管道径向发展,大量贴近管道底部的颗粒发生连续破碎,少量远离管道的颗粒发生独立破碎。颗粒破碎导致管道底部土体中的集中应力释放,颗粒破碎越多,应力释放导致管道竖向贯入阻力减小的现象越明显。

关键词：钙质砂颗粒破碎海底管道离心机试验离散元

考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性

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振动与冲击 2024年第6期43卷 179-188页

作者：李振亚潘云超张存何先斌吕冲河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 河海大学岩土工程研究所南京210098 西藏农牧学院水利土木工程学院西藏林芝860000 西藏土木水利电力工程技术研究中心西藏林芝860000

该文研究考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构和桩周土的成层性,将桩-土系统沿纵向划分为若干微元段,采用Voigt体模型模拟桩周土对楔形管桩桩段的竖向支承作用;基于考虑... 详细信息

该文研究考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构和桩周土的成层性,将桩-土系统沿纵向划分为若干微元段,采用Voigt体模型模拟桩周土对楔形管桩桩段的竖向支承作用;基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程并求解,得到桩-土之间的侧摩阻力;然后,基于Rayleigh-Love杆模型建立桩的纵向振动控制方程以考虑其横向惯性效应,求解桩的振动控制方程并结合Laplace变换和阻抗函数递推,得到考虑桩周土竖向支承作用的桩顶复阻抗和速度导纳解析解,进一步地,通过卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;最后,通过与已有解的对比验证了该文解的合理性,并通过参数分析的方法研究了桩身横向惯性效应、桩周土竖向支承作用及桩身参数对桩顶动力特性的影响。

关键词：楔形管桩轴对称模型横向惯性效应桩周土竖向支承作用纵向振动