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人工胶结砂土力学特性的离散元模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
采用离散单元法（DEM）对胶结砂土力学特性进行模拟。将基于室内试验测得的理想胶结颗粒接触力学响应引入到开发的二维离散元程序（NS2D）中,模拟胶结砂土颗粒间的胶结作用。对不同胶结强度和围压的胶结砂土进行平面应变双轴压缩试验模拟,并将模拟结果与Wang和Leung[1]提供的人工胶结砂土的试验结果进行比较。最后对数值模拟中胶结试样的微观力学响应（接触力链、胶结点破坏率和位移场）进行分析。结果表明,离散元数值模拟能够有效地反映胶结砂土的主要力学特性,相比同一初始孔隙比的无胶结松散砂土,胶结砂土将具有更高的强度,应力-应变关系呈应变软化,体变为先剪缩后剪胀,且两者的差异随胶结强度的增大和围压的减小而越趋显著。此外,胶结砂土宏观力学响应（应力-应变关系和剪胀性）与其微观力学响应密切相关。 相似文献
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砂土中埋设管线竖直向上运动时土抗力研究 总被引：1，自引：0，他引：1
埋设的海底管线在高温、高压下较易发生竖直向屈曲大变形,保证足够的埋置深度是海洋工程中克服管线出现竖直向屈曲变形的有效手段之一。因此,研究土体能够提供给管线的抗力及在管线竖直向上拱起过程中土体抗力的变化规律,对管线的抗屈曲大变形设计具有重要的意义。结合渤海湾海底地表土质特点选取细砂进行了室内管-土相互作用试验,测量了不同直径、不同埋置率（上覆土厚与管线直径的比）的试验管段,在竖直向上运动过程中所受到的土抗力;采用数值方法有效地模拟了试验中管段的受力变化过程。进而将结果推广,得到了砂土中常用直径管线受到的土抗力大小及作用规律。试验及数值模拟结果表明,管线竖直向上运动时,土抗力的发挥随竖向位移增加而迅速增大达到峰值,峰值抗力所需要的位移随管径与埋置率的增加而增大;实际工程中峰值抗力对应的管线位移约为管径的0.1倍,计算结果可供管线设计时参考。 相似文献
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《岩土力学》2017,(8):2227-2233
研发了一套足尺浅埋管道上拔试验装置,针对不同软土强度、管道埋深和加载方式的情况,较系统地研究了上拔过程中管-土相互作用、管周软土破坏模式、上浮承载力及其影响因素。试验结果表明:在管道上拔过程中,回填软土的变形主要由土块相对位置调整及块间间隙水的排出产生,这与均质软土中变形主要由固结导致明显不同;埋深管径比H/D(28)1时,回填软土的破坏模式接近流动破坏,远小于规范建议的H/D≥3;H/D≥1时,建议采用Palmer方法计算长期荷载作用下回填软土的极限上浮承载力;H/D越大,则回填软土中管道的上浮承载力也越大;在其他条件一定时,回填软土中管道的上浮承载力基本随抗剪强度呈线性增长,由于地基固结速度明显较均质软土快,设计时可适当考虑土体强度恢复的影响。 相似文献
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微生物固化(microbial-induced calcite precipitation, 简称为MICP)技术是岩土工程领域新兴起的一种地基处理技术,利用微生物诱导产生的碳酸钙晶体胶结松散土颗粒,改善土体的力学特性。选用巴氏芽孢杆菌作为固化细菌,采用单一浓度（0.5、1.0 mol）和多浓度相结合（前期采用0.5 mol,后期采用1.0 mol）的化学处理方式注射胶结液（尿素/氯化钙混合液）,研究化学处理方式对微生物固化砂土强度的影响。基于试验测试分析了固化砂土试样的强度、破坏模式以及碳酸钙含量。试验结果表明,化学处理方式对固化砂土试样的强度有显著影响,对破坏模式和碳酸钙含量无明显影响;多浓度相结合的化学处理方式能够以较少的灌浆次数获取较高强度的试样。最后,对化学处理方式对强度影响的机制进行深入分析。 相似文献
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为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。 相似文献
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基岩逆断层错动引起上覆土体变形会导致地表及地下建筑的破坏,相应的变形预测模型仍较为缺乏,相关因素的影响规律尚未掌握。本文通过补余误差方程来表征逆断层错动引起的上覆土体变形,建立可预测不排水条件下上覆土体的变形理论计算模型,并通过离心机实验数据、数值模拟数据加以验证。对比分析结果表明,补余误差方程能表征基岩逆断层错动所引起的地表及地表以下土体变形。参数分析结果表明:基岩错动量的幅值对地表不均匀隆起区域范围的影响并不显著;形状参数的增加会使得地表不均匀隆起区域趋向集中;断层倾角的增加会使得地表不均匀隆起区域向断层上盘一侧偏移。 相似文献
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《岩土力学》2020,(7)
在地震荷载作用下,可液化土层中的桩基础往往会由于地基土体液化而发生破坏。在此过程中即使土体最终没有达到完全液化,但由于超孔隙水压力的存在,饱和砂土会发生强度弱化,也会导致土体对桩身水平抗力的降低。此时若不考虑超孔隙水压力对土抗力的影响,仍然采用API规范中的p-y曲线对桩基础进行设计,结果将偏于危险。针对这种情况,首先利用竖向-扭转双向耦合剪切仪对饱和砂土进行了循环扭剪动强度试验,研究了不同弱化状态下饱和砂土的动力特性和弱化参数;然后基于浅层处改进的土楔体理论模型推导极限土抗力公式,并结合深层处的绕桩流动破坏理论模型,得到了任意深度处不同孔压比下的极限土抗力,进而构造了不同弱化状态下饱和砂土地基中桩-土相互作用的p-y曲线。通过研究发现:表征土体强度弱化状态的孔压比对桩-土相互作用的极限土抗力的影响非常显著,孔压比越大,土体强度弱化程度越严重,饱和砂土的极限土抗力值就越小,即横向受荷桩对周围土体的作用随着土体强度弱化程度的增加而降低,反之则增大。 相似文献
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断层、滑坡、液化等地质灾害引起的场地大变形对埋地管道结构安全产生严重的威胁。开展了中密砂中埋地管道−砂土水平横向相互作用的系列三维数值模拟,根据数值模拟的结果探讨了不同深径比下管−砂土横向相互作用时土体的破坏模式,研究了深径比对砂土极限承载力的影响。基于管周土体的破坏模式建立了简化计算模型,根据极限平衡理论推导了管道水平横向运动时砂土极限承载力计算公式。研究结果表明：极限状态下,浅埋管道周围土体形成延伸到地表的破裂面,轮廓线近似对数螺线;砂土的极限承载力随着深径比增加,最终在临界深径比处达到稳定;随着深径比的增加,土体发生剪切滑动破坏所需的管道位移也逐渐增大;由于横向承载力系数取值依据不同,国内外规范计算所得土体极限承载力差异较大;得到的解析解能够较好地预测中密砂土中浅埋管道水平横向运动时土体的极限承载力。 相似文献
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埋地管道应用广泛,而在管道铺设过程中穿越的大范围可液化土层,面临着地震作用下管道液化上浮和变形破坏等风险。依托某临海火电站直埋管道工程,采用室内振动台模型试验方法,分析了海洋液化地基中输水管道的变形特性和动力响应,探究了砾石压重法和排水板加固法的抗液化效果。结果表明:海洋饱和砂土地基在动力荷载作用下发生液化,不同深度土层加速度出现不同程度的衰减,上部土层加速度衰减幅度最大且沿深度减小;不同土层中土体超孔压先快速上升达到峰值并维持稳定直至振动停止;在振动过程中,管道发生了明显上浮,且上浮速率逐渐降低,当振动停止时达到最大上浮位移;砾石压重法对于管道抗液化效果不佳,加速度和超孔压时程曲线与标准工况基本一致,中上层砂土出现明显液化现象,但超孔压峰值存在一定下降,且管道上浮与标准工况相比下降65.4%;而宽、窄排水板加固法效果更加显著,整体土层液化现象得到抑制,超孔压峰值与标准工况相比较小,且在振动期间持续降低,平均峰值与标准工况相比分别下降48.30%和38.91%,同时管道竖向位移与标准工况相比降幅均超过100%。在实际工程应用中,推荐使用排水板加固方案,同时需要选择适当的排水通道宽度。 相似文献
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Methane hydrate (MH) is extensively found in outer continental margins where offshore infrastructures with pile foundations are also common. The presence of MHs significantly alters the mechanical properties of the host marine sediments, and therefore affects the behavior of piles inside. This paper presents an attempt to investigate the performance of a single pile in methane hydrate bearing sands in seabed using the distinct element method. A novel bond contact model was employed for sandy grains cemented by MHs at contacts, and calibrated from the triaxial compression tests on synthetic specimens of methane hydrate bearing sands. The response of the pile subjected to axial pullout loads and lateral loads was simulated under different subsurface conditions characterized by different saturation levels of MHs. The results show that the presence of MHs increases the uplift capacity of the pile by changing the failure mode of the soils from the perimeter failure to the conical failure. The uplift capacity of the pile significantly deteriorates as a result of de-bonding, while the onset of the rapid de-bonding triggers the softening of the uplift load. In addition, the lateral capacity of the pile largely increases due to the presence of MHs. The pile in methane hydrate bearing sands is considered flexible rather than rigid as a result of the increased deformation modulus of soils due to MH cementation between particles. The lateral load–displacement diagram of the pile in methane hydrate bearing sands is not as smooth as that in clean sands with an abrupt drop associated with the onset of de-bonding. 相似文献
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扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟 总被引：6，自引：1，他引：6
通过原型试验和应用颗粒流理论及其PFC2D程序数值模拟,研究了黄土中扩底桩承受上拔荷载的宏观力学性能及其细观结构,以及扩底桩在上拔荷载下的位移、极限上拔承载力和破坏机理.结果表明增加扩底桩扩大端的高度对提高承载力是有效的;破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏.并提出了扩底桩极限上拔承载力计算式,计算值与实测值相吻合.应用颗粒流理论分析了颗粒细观结构、受影响区域、扩底桩的上拔位移和土中滑裂面.颗粒流模拟的土中滑裂面、荷载与位移关系和宏观试验实测结果相一致. 相似文献
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Granular contact dynamics with elastic bond model 总被引：2，自引：2，他引：0
This paper proposes an elastic bond model in the framework of contact dynamics based on mathematic programming. The bond model developed in this paper can be used to model cemented materials. The formulation can be reduced to model pure static problems without introducing any artificial damping. In addition, omitting the elastic terms in the objective function turns the formulation into rigid bond model, which can be used for the modeling of rigid or stiffly bonded materials. The developed bond model has the advantage over the explicit DEM that large time step or displacement increment can be used. The tensile and shear strength criteria of the bond model are formulated based on the modified Mohr–Coulomb failure criterion. The torque transmission of bonds is introduced based on rolling resistance model. The loss of shear or tensile strength, or torque transmission will lead to the breakage of bonds, and turn the bond into purely frictional contact. Three simple examples are first used to validate the bond model. Numerical examples of uniaxial and biaxial compression tests are used to show its potential in modeling cemented geomaterials. Numerical results show that elastic bonds are indeed necessary for the modeling of cemented granular material under static conditions. 相似文献
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Presently, no displacement-based design methodology exists for helical anchors subjected to tensile or uplift loading. This study investigates the statistical and probabilistic aspects of the load-displacement uncertainty associated with a database of thirty-seven uplift loading tests of helical anchors founded within cohesive soils. Initially, an ultimate resistance model is identified, and the semi-empirical uplift breakout factor statistically characterized. A relationship between ultimate resistance and slope tangent capacity is established, and used to form the basis for normalizing the load-displacement response. Hyperbolic and power law models are statistically evaluated for use in serving as a reference load-displacement model; the hyperbolic curve was selected based on goodness-of-fit statistics. Monte Carlo reliability simulations are used to establish an equivalent-deterministic load factor that associates the selected load factor with a probability of exceeding a pre-determined allowable uplift displacement, given uncertainty in the undrained shear strength, ultimate resistance model, transformation uncertainty, uncertainty in the allowable displacement, and variability in uplift loading. A practical example is provided to show the intended use of this probabilistic helical anchor displacement model. 相似文献
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我国黄土高原地区黄土沉积覆盖于新近系三趾马红土之上,形成具有胶结的异质土界面。为研究黏结强度对黄土–三趾马红土界面抗剪强度与变形特性影响,开展其剪切力学试验研究,探讨界面间黏结强度对界面破坏模式、界面变形与抗剪强度特性影响规律。结果表明:(1) 有无界面黏结导致异质土界面试样破坏模式不同,界面黏结增大了试样沿界面间的滑动阻力,试样剪切破坏更趋于剪断模式,剪断面损伤程度也越高;(2) 异质土界面剪应力–剪应变曲线均呈应变软化型,有无界面黏结导致界面试样剪切变形特征不同,有界面黏结试样剪切破坏位移大,峰值强度后剪应力降低幅值大,试样脆性剪断破坏特征越显著;(3) 剪切过程中异质土界面产生明显的竖向剪胀变形,有界面黏结试样竖向剪切位移小,且其随界面粗糙度、法向应力变化幅值小;(4) 异质土界面抗剪强度呈非线性变化,界面黏结存在显著提升了界面试样抗剪强度。当异质土界面间粗糙度较低时,黏结强度对界面试样抗剪强度提升幅度大;当异质土界面间粗糙度高时,黏结强度对界面试样抗剪强度的提升幅度下降,此时界面抗剪强度主要受控于界面两侧土体抗剪强度。 相似文献
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桩的上拔承载性能的宏观力学现象与桩周土细观结构变化相关,应用细观力学的颗粒流（PFC2D）数值模拟方法对承受上拔荷载作用的桩基进行了分析,数值模拟了上拔荷载作用的桩及桩周土的细观力学特征,研究了桩侧摩阻力的分布、桩周土剪切带的形成过程,较好的再现了桩的荷载－位移关系的实验结果,并与宏观物理实物试验的位移实测结果作了对比分析。分析了土体中剪切带形成过程中的颗粒间的细观变化及其形成过程,当上拔荷载达到极限时,上拔桩的剪切带形成原因是密砂的应变软化效应;颗粒流数值模拟的颗粒接触力与实物物理试验桩侧摩阻力是同一的,数值模拟的荷载-位移曲线与实物物理试验的荷载-位移曲线一致;桩侧摩阻力、桩上拔过程中剪切带的形成过程、桩上拔荷载-位移关系与颗粒流数值模拟的颗粒分布、速度、接触力的细观参数的变化密切相关。桩承受荷载过程中土颗粒细观结构变化的颗粒流仿真,是关于细观力学特征与宏观力学响应的初步研究。 相似文献
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沿海地区深基坑设计施工都十分重视其抗浮问题,在深基坑开挖前掌握抗拔桩对于基坑隆起和围护结构变形及受力规律十分重要,其研究成果对于节约工程成本和保证基坑施工安全具有重要的指导意义。以港珠澳大桥侧接线拱北海关隧道明挖段为依托,首先建立抗拔桩与土体的硬接触模型,并验证该模型对于抗拔桩模拟的合理性,采用极差分析法研究底板不同桩长和桩径加固对基坑围护结构稳定性的影响规律。分析结果表明,增大桩长可更有效地减小地表沉降,增大桩径可更好地控制连续墙的变形,增大桩长和桩径都可以很好地控制坑底隆起。 相似文献
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既有研究表明,活性MgO固化土经CO2碳化几小时后其强度能达到甚至超过28 d的水泥固化土强度,碳化反应生成镁的碳酸化合物能有效降低固化土的含水率和孔隙率,提高土颗粒胶结能力。通过室内试验进一步研究碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀特性。采用硫酸钠溶液、硫酸镁溶液浸泡碳化固化土,对浸泡不同龄期后的碳化固化土进行无侧限抗压强度试验和微观测试（XRD,SEM和MIP）,并与硫酸盐侵蚀后的水泥固化土进行试验对比。结果表明：活性MgO固化粉土碳化3 h,试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,经硫酸盐溶液浸泡28 d后其强度基本保持不变,试样质量变化也不大;而水泥土试样的早期强度（7 d）则有一定增长,随龄期增长,强度大大降低,质量则明显增长。通过对硫酸盐侵蚀前后的碳化土的微观机制分析,发现活性MgO碳化固化土中的镁碳酸化合物的化学成分并未发生明显变化,孔隙结构也未明显改变,从而保证其强度稳定。因此,活性MgO固化粉土碳化后具有比水泥固化土更强的抗硫酸盐侵蚀能力。 相似文献
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砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。 相似文献