土石坝心墙裂缝发展的扩展有限元模拟

由于土石坝水力劈裂过程复杂,关于其发展机理目前仍有争议。无论是总应力法还是有效应力法都不能计算裂缝的扩展过程。为了进一步研究土石坝水力劈裂的发展机理,参照混凝土材料损伤模型的建模思路,根据土石坝水力劈裂中裂缝的形成过程,并结合非饱和土的力学特点,提出了压实黏土的孔隙扩展模型和裂缝张开模型,用来描述土样裂缝产生前后的状态。借助扩展有限元方法,对裂缝的扩展过程进行了数值模拟。最后通过一个简单的算例,验证了该方法的可行性。该方法对于水力劈裂的数值研究有一定的参考价值。     

水产养殖设施结构性土体破损力学模型的数值模拟研究

华南沿海地区丘陵较多,地势起伏,沿海养殖设施普遍为浅基础建设.在水产养殖技术方面,现有研究主要集中在养殖技术上,而有针对、有系统的研究结构性土体的研究方法还不多,在试验方面多采用人工制备结构性土体的研究方法,因此开展这方面的计算机模型分析和试验研究,对各种不同的处理方式进行效果分析,找出适合水产养殖设施改造的方式,可以为今后水产养殖设施如池塘改造等项目节省资金和施工时间.破损力学的核心思想是将结构性岩土材料抽象成由胶结强的结构体(弹脆性元)和无胶结的破碎体(弹塑性元)组成的二元介质,是一种建立在准连续介质概念基础上对岩土材料进行宏观分析的力学理论.采用数值模拟的方法进行模拟土体三轴试验,研究土中胶结强度对土体破坏模式、应力爬坡及剪切带的影响,以期为该问题的研究提供新的借鉴.     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

土壤试样单轴压缩试验与离散元法模拟对比研究

土壤是典型的松散介质,利用粘连的颗粒离散元模型模拟土壤聚团的行成及破裂一直是散体力学的热点之一。本研究详细描述了利用带粘连的颗粒离散元模型制备土壤聚团的方法,利用粘连颗粒离散元模型对土样单轴压缩试验进行数值模拟分析,将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:试验与模拟得到的压缩曲线走势吻合,均呈拟线性上升,达到峰值后光滑下降;试验和模拟得到的土壤压缩时的强度极限分别为21.5和24 kPa,模拟值高于试验值11.6%。     

现代化温室自然通风时湿热环境CFD模拟研究

选取现代化温室室内区域和室外区域作为CFD模拟的计算域,建立温室同等大小的三维模拟,采用标准k-ε湍流模型,选择合适的辐射模型,番茄作物区采用多孔介质模型,对温室内部湿热环境进行了数值模拟.对模拟结果与试验测试结果进行对比,温室内部空气温度的模拟值与实测值的绝对误差为0.2～2.2℃,平均误差为0.91℃,平均相对误差为3.1%,最大相对误差为7.7%.温室内部空气相对湿度的模拟值与实测值的平均相对误差为6.4%,最大相对误差为16.6%,数值模拟结果与试验测试结果吻合较好.     

含两种土壤容量因子等温吸附模型一中国河套灌区土壤水环境溶质迁移动态模拟公报

本文以热力学平衡实验为基础，结合溶质动力学实验，对中国河套灌区的４种供试土样，进行较系统的静态等温吸附实验，用静态均衡动力吸附实验和一维土柱动态吸附实验检验了离子吸附或解析量的变化；在分析比较国内外４种代表性吸附模型的基础上，提出了含有两种容量因子即土壤初始吸附量Ｓ＿８和最大吸附量Ｓ＿（ｍａｘ）的等温吸附模型（ＴＣＦＭ）：．具有明确的物理意义与严格的应用条件，有较高的数值模拟精度，可供土壤吸附研究参考。     

钢筋砼柱分段截面离散屈服面模型法的空间非线性分析

引进子结构技术,将塑性区的截面离散建立在砼多轴弹塑性硬化松驰本构模型基础上,采用屈服面理论,提出了分段截面离散的屈服面模型法,计算分析表明,理论分析与实验结果吻合良好,可用于研究压、双弯、扭柱的空间非线性分析。     

大型油罐应力分析与屈曲稳定性研究

初步分析了罐壁应力分布的基本特点,提出了一种组合圆柱壳理论的应力计算解析方法。比较了已有罐底板应力计算中罐-土耦合有限元分析的建模方法,建立了以基础沉降量为边界条件的新模型。采用数值模拟优化分析方法,研究了不同结构参数对油罐安全性的影响。利用非线性有限元方法,进行了准静态弹塑性屈曲分析。研究结果表明,新的计算方法和计算模型可大大提高罐体应力计算结果的准确度,部分研究成果可为制订我国大型立式圆筒形钢制焊接油罐标准提供技术数据。     

基于FLAC3D的调压井开挖三维应力应变分析

 采用有限差分法大型商用软件FLAC3D对某水电站调压井井筒的开挖过程进行三维非线性模拟,采用三维弹塑性本构模型,构建了调压井的三维计算数值模型,准确模拟边坡坡体结构、初始地应力、施工开挖过程等,并采用FLAC3D中的锚杆单元模拟调压井开挖时的锚固措施,分析锚杆布置的合理性与安全性,根据计算结果分析调压井所处边坡区域的岩体在开挖施工期及运行期典型工况下的应力和变形状况,对调压井的整体、局部稳定性进行了评价分析。     

双孢蘑菇简易覆土材料对比试验

试验选择了当地的4种土样,再与稻壳或碎麦秸按比例混合制成6种覆土材料进行对比试验。结果表明,菜园土拌稻壳最适合作双孢蘑菇的简易覆土材料。     

考虑颗粒间黏结力的黏性土壤离散元模型参数标定

【目的】实现黏性土壤离散元模型的接触参数与接触模型参数标定。【方法】基于土壤堆积角物理试验结果,采用考虑颗粒间黏结力的"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型进行土壤堆积角仿真试验,借助GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型关键参数(包括JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数与动摩擦系数),进一步运用Box-Behnken试验方法进行堆积角仿真试验。【结果】通过对试验结果进行多元回归拟合分析获得了堆积角回归模型,回归模型的方差分析表明该模型极显著,试验因素对堆积角的影响为二次多项式,且存在复杂的一次与二次交互作用。以堆积角40.45°为目标对回归模型进行寻优,得到了优化解:JKR表面能7.91J·m-2;恢复系数0.66;静摩擦系数0.83;动摩擦系数0.25。以此优化解进行仿真试验获得的堆积角为39.73°。堆积角仿真试验与物理试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性。【结论】可利用该优化参数对样品土壤进行进一步的黏性土壤与触土部件间的离散元仿真,从而揭示黏性土壤在触土部件作用下的运动规律。     

混凝土劈裂实验及裂纹开展过程的数值模拟

通过混凝土劈裂实验和氯离子渗透实验,得到了微裂隙对氯离子渗透性能影响的相关结论。为验证和解释实验现象,采用有限元数值模拟方法模拟混凝土劈裂及裂纹扩展的全过程,探讨裂纹扩展趋势及其分布规律。数值模拟再现了微裂纹萌生、扩展、贯通直至失稳的全过程,其破坏位置、形式均与实验结果一致,验证了数值模拟的可行性;同时,通过对横向位移、微裂纹扩展以及等效应力分布变化过程的模拟分析,验证并解释了试验中的相关结论。可见,数值模拟方法对混凝土耐久性研究具有一定的指导价值。     

双垄四行花生垄作播种机种沟开沟器设计与试验

针对我国南方丘陵地区土壤含水率较高导致花生播种机开沟器的开沟沟型不稳定、牵引阻力大的问题,设计了一种适用于南方土壤的花生播种机种沟开沟器,并结合南方土壤模型参数,采用离散元仿真和土槽试验相结合的方法优化开沟器作业参数。利用EDEM平台搭建土壤与开沟器模型,以开沟深度、双翼夹角和入土角为试验因素,以沟型系数和牵引阻力为评价指标,结合响应面法进行Box-Behnken试验,研究各因素及其交互作用对开沟器作业效果的影响规律,并确定最优参数组合为：开沟深度40 mm、双翼夹角98°、入土角144°。对比仿真试验和土槽试验结果,沟型系数和牵引阻力的误差分别为3.78%和6.68%,基于最优作业参数组合得到土槽试验中沟型系数为1.02、牵引阻力为46.3 N。该研究提高了开沟器的作业性能,为南方丘陵地区花生播种机种沟开沟器设计提供理论参考。     

掺砂对崩岗土壤无侧限抗压强度的影响

目的为了探索混合的砂土崩积堆发生二次崩塌时的力学特性，进行不同类型崩积堆室内模拟试验，探究其无侧限抗压强度变化规律及崩塌特性。方法本文采用无侧限抗压强度指标实验，设计2种掺砂方式（分层掺砂和混合掺砂）和5种掺砂水平（0%、25%、50%、75%、100%），模拟不同掺砂方式和掺砂量对崩积堆力学特性的影响。结果掺砂量越大，无侧限抗压强度越小，掺砂量从0%增加至100%，强度从71.1 kPa下降为14.6 kPa；分层掺砂的试样，下层极不稳定，试样的强度小且破坏严重，同一掺砂量，混合掺砂试样的无侧限抗压强度大，掺砂量为25%、50%、75%时，混合掺砂的无侧限抗压强度值比分层掺砂分别提高了53.28%、106.33%、21.13%；掺砂量低且混合掺砂时土体的无侧限抗压强度值大，上下层混合均匀的试样发生二次崩塌的可能性小。结论掺砂量显著降低了崩岗岩土无侧限抗压强度，掺砂量低时试样呈块状塌落，掺砂量高时呈碎屑状。同一掺砂量，混合掺砂较分层掺砂提高了无侧限抗压强度。      

蚯蚓回避反应在生态毒理研究中的应用进展

从回避反应的原理和试验装置、回避试验应用现状、影响回避反应的因素即化学物质的生物可利用性、土壤类型、蚯蚓种类、实验蚯蚓污染暴露史三方面进行综述,指出蚯蚓回避反应存在的问题、提出完善蚯蚓回避试验标准方法及利用回避试验监测生物修复是今后的重要发展方向。     

蒸发条件下蓄水坑灌法单坑土壤水分运动数值模拟及分析

通过室内试验与计算机数值模拟相结合的方法建立蒸发条件下土壤水分运动数学模型,采用交替方向隐式差分法进行求解,利用试验资料总结土壤蒸发率与表土（0～5 cm）含水率经验关系为对数曲线关系,并利用拟合关系式作为数学模型的边界条件。经验证,计算机数值模拟结果与实测结果吻合较好,表明利用该方法模拟蒸发条件下蓄水单坑土壤水分运动的问题是可行的。     

高温冻土融化固结的水热力耦合模型构建

依据比奥(Biot)固结理论,应用总拉格朗日(Total Lagrangian)方法建立考虑大变形的应力场控制方程;引入应力-温度耦合损伤模型作为冻结状态下的高温冻土本构模型,以未冻水含量为耦合节点建立水热力耦合模型;通过冻结粉质黏土的升温三轴压缩试验验证模型的有效性,分析水热力耦合模型与应用小应变假设的模型的差异。结果表明:水热力耦合模型经过引入高温冻土应力-温度耦合损伤本构模型,冻结状态初始融化阶段预测结果与试验曲线较吻合。在变形加速至缓慢变形过渡阶段(1.5~2.5 h),模拟结果与试验曲线存在一定差异,但整体可有效预测高温冻结粉质黏土的融化固结过程。考虑大应变状态的水热力耦合模型,对融化变形的预测精度优于应用小应变假设的模型。根据模拟结果,分析水热力三场的相互作用关系、冻土融化固结过程,高温冻土外部升温状态下,边缘融化部分形成排水通道,加速上部土体水分排出。     

基于离散元法的油菜移栽垂直入土式成孔部件参数优化

针对南方稻田前茬秸秆存量多、土壤黏重导致油菜移栽机成孔部件作业阻力大、孔穴形态不稳定的问题,对自主研制的履带式油菜苗移栽栽植孔成型机构的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度进行单因素、多因素离散元仿真试验。结果显示:成孔部件的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度对锥刺入土的有效深度及入土阻力有显著影响,且存在显著的交互作用;多因素仿真试验的最优参数为锥刺直径52 mm、锥尖倒角40°、入土深度86.30 mm。对最优参数得到的锥刺进行EDEM仿真和室内土槽对比试验,结果 EDEM仿真与土槽试验锥刺入土阻力变化趋势一致,孔形有效深度分别为55.4 mm和56.6 mm,误差率为2.1%;锥刺入土阻力分别为57.5 N和54.7 N,误差率为4.9%。     

膨胀土地基原型抗拔土体应力分析

通过现场不同规格尺寸的上拔仿真型试验(即现场模型抗拔试验)、现场原型抗拔试验中出现的膨胀土破裂面及地表裂缝形式等现象,深入透彻地分析了膨胀土裂缝的产生机理,结合有限元计算方法,为邯石500 kV输电线路铁塔基础设计与施工提供依据。同时更准确地揭示了膨胀土中的大型抗拔基础的抗拔机理、填土及基础中的抗拔应力状态及破坏形态,对目前的一些流行观点和现行规范提出了自己的修订意见,为膨胀土地区原型设计提供参考,也为今后规范的编制提供有益的经验。     

基于EEPA接触模型的土壤耕作特性模拟及颗粒球型影响分析

采用EEPA(Edinburgh elssto-plastic adhesion)接触模型模拟土壤耕作特性,探究颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响。测定了室内土槽土壤的静态堆积角、轴向压力、耕作阻力、耕作堆积角等土壤特性参数,确定并优化了单球土槽土壤离散元模型仿真参数。建立土槽土壤-挖掘犁铲离散元耦合仿真模型并进行仿真参数验证,耕作阻力模拟值与实测值误差为1.70%。以13 mm为等效粒径确定了单球、双球、三球、四球等4种土壤颗粒的外形尺寸,采用单球、单球变粒径、双球、三球、四球、多球混合等填充方式建立了6种虚拟土槽,以耕作阻力、耕作堆积角、仿真时间为试验指标开展挖掘犁铲耕作过程仿真试验。试验结果表明:6种虚拟土槽的耕作阻力模拟值与实测值相对误差均小于8%,能够满足耕作阻力模拟要求;耕作堆积角模拟值与实测值相对误差为2.32%~20.32%,单球变粒径、四球、多球混合等虚拟土槽耕作堆积角相对误差均小于10%;单球土槽挖掘犁铲耕作仿真时间约为80.44 min,受土壤颗粒填充数量、接触关系及颗粒球型等因素影响,其他填充条件下仿真时间均有显著增加。综合考虑仿真精度及计算效率,土壤耕作阻力模拟时虚拟土槽宜采用单球颗粒填充方式,耕作堆积角模拟时虚拟土槽宜采用四球或多球混合填充方式建立。该研究为土壤-机具互作离散元仿真的建模,EEPA接触模型的参数选择,颗粒球型及填充方法的确定提供了依据和参考。