何鹏飞
- 作品数：14 被引量：128H指数：6
- 供职机构：兰州理工大学理学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金冻土工程国家重点实验室开放基金甘肃省自然科学基金更多>>
- 相关领域：建筑科学农业科学水利工程交通运输工程更多>>
- 梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型被引量：8
- 2022年
- 为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,该研究采用Winkler弹性地基板理论建立考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明:坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界(纵向伸缩缝)处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。
- 何鹏飞候光亮董建华董建华马永斌
- 关键词：冻胀衬砌弹性地基板
- 不同荷载条件下冻土融化沉降过程试验研究被引量：3
- 2021年
- 融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8~24℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验(试样的初始温度为-1℃),研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明:温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3~4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依据。
- 黄永庭马巍何鹏飞何鹏飞
- 关键词：孔隙水压力冻融循环
- 冻土-构筑物界面粘聚-损伤-摩擦本构模型被引量：5
- 2021年
- 冻土与构筑物界面本构模型对寒区工程的设计、分析和数值模拟至关重要.耦合粘聚损伤模型和摩擦模型建立了冻土与构筑物界面的一维本构模型.模型从界面的细观力学特征出发,考虑胶结冰在界面剪切过程中的力学响应及界面出现相对滑动后的摩擦力学特征,将界面微元区域分为损伤部分和非损伤部分进行分析.在界面发生相对位移的过程中,微元由非损伤向完全损伤过渡,其中非损伤部分假设为弹性变形,随着损伤的发展摩擦力逐渐发挥作用.基于界面的基本运动学假设得到了微元体损伤演化过程和摩擦演化过程,进而依据均匀化方法建立了界面的本构关系,模型中的参数物理意义明确且容易从试验数据中获取.数值结果表明模型对界面的应变软化型曲线和应变硬化型曲线都有较好的拟合效果,试验曲线中的关键参数在模型中都能够体现.
- 陈晓何鹏飞董建华任新吴晓磊
- 关键词：冻土细观力学
- 冻融循环对冻土–混凝土界面冻结强度影响的试验研究被引量：33
- 2020年
- 为研究冻融循环作用对冻土–混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。
- 何鹏飞马巍穆彦虎董建华董建华
- 关键词：冻土冻融循环接触面直剪试验
- 黄土-砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究被引量：3
- 2019年
- 构筑物与土体接触面力学行为是岩土工程研究的热点之一。基于一系列直剪试验,研究不同法向压力、土体含水率条件下黄土-水泥砂浆块界面剪切特性。结果表明,(1)在土体含水率为9.2和13.1%条件下,法向压力为50、100 kPa时黄土-沙浆块界面剪切应力-位移曲线表现为应变软化型,且可分为峰值前、峰值后及残余阶段三部分,在法向压力为200、300k Pa时表现为应变硬化型;在土体含水率为17.1、20.8%条件下,不同法向压力时黄土-砂浆块界面剪切应力-位移曲线均为应变硬化型;(2)黄土-砂浆块界面的抗剪强度包络线符合摩尔-库仑准则,随着含水率的增大,界面黏聚强度降低显著,摩擦强度略有增加,整体抗剪强度降低。当土体含水率由9.2%增加至20.8%时,界面黏聚力由41.5 kPa下降至3.6 kPa,界面摩擦系数由0.50增大至0.58。用非线性模型对界面剪切应力-位移曲线关系进行拟合,结果表明非线性模型可较好反映黄土-砂浆块界面的剪切特性。
- 何鹏飞马巍穆彦虎黄永庭董建华
- 关键词：剪切试验非线性本构模型黄土
- 冻土–复合土工布界面复合幂–指数本构模型研究
- 2024年
- 土工合成材料广泛应用于各种工程中,由于土体与土工合成材料的物理力学特性差异明显,且土体易受水热条件影响,不同条件下界面的剪切力学特性存在明显的差异,界面的应力应变曲线也存在较大的形态差异。为准确描述冻土–复合土工布界面剪切特性,基于在不同水热循环工况下进行直剪试验得到的试验数据,提出了一种改进的复合幂–指数界面本构模型,并对得到的模型参数进行了分析和讨论。结果表明该模型能准确地反映不同类型的软化型和硬化型曲线,模型中不同参数有其对应的明确物理意义。针对不同复杂工况条件下的应力应变关系进行有效的拟合,并结合具体试验工况给出典型的有代表性的拟合函数关系式,对冻土区基础工程建设具有指导和参考意义。
- 曹海涛高伟何鹏飞
- 关键词：本构模型冻土
- 冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理研究被引量：30
- 2018年
- 在高寒区水利工程中,冻土与混凝土接触界面的力学特性对于衬砌的稳定性和长期服役性能有着重要的影响。为研究冻土-混凝土界面冻结强度特征与形成机理,开展了试验温度为-1～-5℃,初始含水率为9.2%～20.8%,法向压力为50～300 kPa条件下冻结黄土-混凝土界面直剪试验。通过研究界面剪切应力-位移曲线特征,结合摩尔库伦强度理论,将峰值强度分解为残余强度和界面冰胶结强度,对冻土-混凝土界面冻结强度形成机制进行解释。相应将界面黏聚力分解为峰值强度黏聚力和残余强度黏聚力,界面摩擦系数分解为峰值强度摩擦系数和残余强度摩擦系数。结果表明:界面冰胶结强度随着试验温度下降而增大,但受法向压力影响很小。在初始含水率为13.1%,法向压力100 kPa时,试验温度由-1下降至-5℃,冰胶结强度由4.4增加至111.1 kPa。界面残余强度随着法向压力增大而增加,但受试验温度影响很小。在含水率20.8%,试验温度-5℃时,法向压力由50增加至300 kPa,残余强度由34增加至177 kPa。界面峰值强度黏聚力随温度的降低呈指数增长,在含水率13.1%时,温度由-1下降至-5℃,峰值强度黏聚力由35.09增加至148.05kPa,而残余强度黏聚力变化很小。界面处摩擦系数受试验温度影响较小。该研究可为寒区衬砌工程等冻土-构筑物接触面结构建设提供参考。
- 何鹏飞何鹏飞穆彦虎董建华董建华
- 关键词：冻土应力黏聚力
- 我国寒区输水工程研究进展与展望被引量：30
- 2020年
- 由于极端寒冷和其他复杂环境条件,寒区输水工程容易发生冻害,威胁其供水能力和安全保障。通过综述寒区输水工程研究的文献和进展,概括冻害现象、冻害原因、研究方法以及防治措施,提出未来需要研究和应对的问题。寒区输水工程冻害现象主要表现为衬砌破坏,防渗保温层破坏,接缝止水材料脱落,渠道基土流失、滑塌、冰塞和漫堤等;引起冻害的原因主要为冻胀、冻融循环、不良地质条件、不合理施工和管理等;研究方法方面通常从衬砌优化设计和基土水热力分析展开;防治措施主要有基土换填,铺设防渗保温层和排水等。目前研究中的不足主要表现在衬砌受力分析模型过于简化,对不同防渗保温措施缺乏定量研究,水热力分析时未考虑输水渠道特殊条件以及缺乏冬季延长输水时间管理的科学方法等问题。
- 何鹏飞何鹏飞
- 关键词：渠道衬砌冻害
- 形状记忆合金式锚杆的提出及抗拔承载力特性分析被引量：6
- 2023年
- 针对暴雨、洪水、地震等自然灾害频繁发生而诱发的边坡失稳问题,提出宜用于快速抢险救灾工作的形状记忆合金式锚杆结构,详细阐述其结构组成和技术原理;简化出该结构的抗拔承载力计算模型,基于土体柱孔扩张理论得到扩孔压力和内边界位移关系,基于SMA宏观唯象本构模型,由逆悬臂梁问题的思路求解合金片的扩张力和位移关系,基于合金片与土体的变形协调条件对计算模型进行求解,进而得到锚杆抗拔承载力的计算公式,并依托MATLAB软件编制求解程序;结合算例,使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台建立有限元模型,对合金片-土体相互作用的力学特性进行仿真分析,结果所得的接触力与理论方法计算的扩张力总体分布趋势相似,验证结构的快锚效果和合金片扩张力理论计算方法的可靠性。算例分析表明:合金片的扩张力主要在其弯曲段增长,合金片厚度越大锚杆抗拔承载力越大;相比传统注浆锚杆,新型锚杆很大程度上缩减了锚固段长度,降低了工程成本。研究成果能够为新型锚杆的设计应用提供理论依据和指导。
- 董建华秦兆贤何鹏飞
- 关键词：形状记忆合金抗拔承载力
- 季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析被引量：4
- 2021年
- 为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能,基于热-动力理论控制方程,应用大型非线性有限元软件ABAQUS,建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型,对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明:无论是夏季还是冬季,加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加,在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外,在不同地震波峰值加速度作用下,相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同,同一地震烈度地震波激震时,夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大,表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显,土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应,季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。
- 陈兵吴晓磊董建华何鹏飞
- 关键词：季节冻土区地震土钉动力响应
