地下水位上升造成的黄土远程滑坡形成机理与数值模拟研究

Based on field survey, laboratory testing and numerical modeling, engineering characteristics of undisturbed loess and the mechanism of long-runout loess landslides caused by underground water level rise, as well as the formation conditions and spatial distribution of landslides, are systematically studied and analyzed. Loess landslides at south Plateau of Jingyang County are mainly classified as flowslide, slide and fall. Flowslide is the main type characteristic of high velocity, long runout and multi-stages. The steep relief composed of loose structured loess-old aged soil serials and the rise of groundwater table are the predominant conditions for landslides in the study area. To study loess mechanic poperties and loess landslides mechanisims, isotropically and anisotropically consolidated undrained compression(ICU and ACU) tests and constant-deviator-drained compression (CQD) tests were carried out on undisturbed samples. The results of undrained compression tests performed at the in-situ stress level show that the soils are of consistently strain-softening in the stress-strain relations and cause high excess pore pressure. The steady-state line and the potential region of instability are obtained from ICU and ACU test results. A necessary condition for liquefaction is that the soil state initially lies in or is brought into the potential instability region. In addition, a strong strain-softening model is also formed. CQD tests demonstrate that the mobilized friction angle is far less than the steady-state angle and that the soil experiences undrained contractive failure suddenly at very small strains when its stress path during drained loading tries to cross the potential instability region，thus validates the proposed instability region. Based on the location of the region of potential instability and the stress state of slope soil, a method of static liquefaction analysis is proposed for loess landslides caused by rise in groundwater table. Compared with other liquefaction analysis methods, this method overcomes the limitations inherent in conventional slope stability method and undrained brittleness index method. Triaxial tests composed of constant water content (CW) and wetting tests at constant deviator stress are performed on undisturbed unsaturated samples. The stress-strain relation of CW tests takes on strain-hardening behavior; The results of wetting tests at constant deviator stress designed to study the mechanics of failure of unsaturated loess caused by an increase in the degree of saturation (wetting) shows that a contractive failure occurs in the undisturbed samples. On the basis of the above triaxial test results, the initiation of static liquefaction is presented for long-runout loess landslides caused by rise in groundwater table, that is, the loess slope soil gradually transfer from unsaturated to saturated state under the infiltration of irrigation. A contractive failure occurs in the local region at very small strain by increasing the pore-water pressure at constant deviator stresses under drained conditons. It is the contractive failrue resulting from rise of pore pressure that leads to high excess pore pressure in the neighbour soil which reduces shear resistance of soil. The neighbour soils also fail due to the rapid increase in pore-water pressure. Thus a connected failure surface is developed quickly and a flowslide occurs. Based on the saturated-unsaturated seepage theory, transient seepage is computed using the finite element method on loess slope under groundwater table rise. Pore-water pressure distribution for every time step after irrigation are obtained. The phreatic surface in the slope increases with the groundwater table. Pore-water pressure distribution within 8m above the phreatic surface changes very quickly，but the water content and pore water pressure in the region ranging from 8m above the phreatic surface up to ground surface is almost not affected and the matric suction usually is kept at 100～120 kPa. Based on the results of laboratory tests and seepage flow analysis, the development process of loess landslide is modeled considering groundwater table rise. The shearing plastic zone first occurs at the slope toe where the soil is soaked for long term during rise in groundwater table. As irrigation continues, the shearing plastic zone gradually extends to the interior soils, with the results that the tensile plastic zone occurs at the slope crown. As time goes on, both the shearing plastic zone and tensile plastic zone continue to extend. Then a connected plastic zone is formed and fowslide occurs. In comparision to laboratory test results, the results of numerical simulation quite well verify the presented mechanism of static liquefaction of long-runout loess landslides caused by rise in groundwater table.

Arching action strength enhancement in laterally-restrained slab strips

The behaviour and ultimate load capacity of laterally-restrained reinforced concrete slabs can be considerably enhanced by the development of arching or compressive membrane action. This paper presents a simple method for predicting the enhanced ultimate load capacity of laterally-restrained slab strips. The method is based on deformation theory and utilizes an elastic-plastic stress-strain criterion for concrete. The loads carried by bending and arching action are calculated separately and then added to give the total ultimate load capacity. A simple equivalent strip approach, based on a three-hinged arch analogy, allows for the degree of lateral restraint. The method of prediction has been validated by correlation with a wide range of test results from various sources.

Finite element analysis of interfacial friction and slip in composites with fully unbonded filler

A finite element model is developed to predict the stress-strain behaviour of particulate composites with fully unbonded filler particles. This condition can occur because of the lack of adhesion property of the filler surface. Whilst part of the filler particle is separated from the matrix, another section of filler keeps in contact with the matrix because of the lateral compressive displacement of the matrix. The slip boundary condition is imposed on the section of the interface that remains closed. The states of stress and displacement fields are obtained. The location of any further deformation through crazing or shear band formation is identified. A completely unbonded inclusion with partial slip at a section of the interface reduces the concentration of the stress at the interface significantly. Whereas this might lead to slightly higher strength, it decreases the load transfer efficiency and stiffness of this type of composite.

Constitutive modeling, microstructure evolution, and processing map for a nitride-strengthened heat-resistant steel

A constitutive equation was established to describe the deformation behavior of a nitride-strengthened (NS) steel through isothermal compression simulation test. All the parameters in the constitutive equation including the constant and the activation energy were precisely calculated for the NS steel. The result also showed that from the stress-strain curves, there existed two different linear relationships between critical stress and critical strain in the NS steel due to the augmentation of auxiliary softening effect of the dynamic strain-induced transformation. In the calculation of processing maps, with the change of Zener-Hollomon value, three domains of different levels of workability were found, namely excellent workability region with equiaxed-grain microstructure, good workability region with “stripe” microstructure, and the poor workability region with martensitic-ferritic blend microstructure. With the increase of strain, the poor workability region first expanded, then shrank to barely existing, but appeared again at the strain of 0.6.

238.2T-14 Concrete Thixotropy

Fresh concrete can exhibit different rheological behavior when at rest than when flowing. This difference is due to thixotropy, which can have important consequences for formwork pressure, multi-lift casting, slip-form paving, pumping, and segregation resistance. This TechNote defines thixotropy and distinguishes it from other changes in rheological properties; discusses the origins of, test methods for measuring, and factors affecting thixotropy; and concludes with its applications.

Potential applications of shape memory alloys in seismic retrofitting of exterior RC beam-column joints

Shape memory alloys (SMAs) have the ability to undergo large deformations with minimum residual strain and also the extraordinary ability to undergo reversible hysteretic shape change known as the shape memory effect. The shape memory effect of these alloys can be utilised to develop a convenient way of actively confine concrete sections to improve their shear strength, flexural ductility and ultimate strain. Most of the previous work on active confinement of concrete using SMA has been carried out on circular sections. In this study retrofitting strategies for active confinement of non-circular sections have been proposed. The proposed schemes presented in this paper are conceived with an aim to seismically retrofit beam-column joints in non-seismically designed reinforced concrete buildings. SMAs are complex materials and their material behaviour depends on number of parameters. Depending upon the alloying elements, SMAs exhibit different behaviour in different conditions and are highly sensitive to variation in temperature, phase in which it is used, loading pattern, strain rate and pre-strain conditions. Therefore, a detailed discussion on the behaviour of SMAs under different thermo-mechanical conditions is presented first.

Mechanical properties of structures 3D printed with cementitious powders

The three dimensional (3D) printing technology has undergone rapid development in the last few years and it is now possible to print engineering structures. This paper presents a study of the mechanical behavior of 3D printed structures using cementitious powder. Microscopic observation reveals that the 3D printed products have a layered orthotropic microstructure, in which each layer consists of parallel strips. Compression and flexural tests were conducted to determine the mechanical properties and failure characteristics of such materials. The test results confirmed that the 3D printed structures are laminated with apparent orthotropy. Based on the experimental results, a stress-strain relationship and a failure criterion based on the maximum stress criterion for orthotropic materials are proposed for the structures of 3D printed material. Finally, a finite element analysis was conducted for a 3D printed shell structure, which shows that the printing direction has a significant influence on the load bearing capacity of the structure.

Shape Memory Alloy Features for Seismic Retrofitting of External RC Beam-Column Joint

Shape memory alloys (SMAs) have the ability to undergo large deformations with minimum residual strain and also the extraordinary ability to undergo reversible hysteretic shape change known as the shape memory effect. The shape memory effect of these alloys can be utilised to develop a convenient way of actively confining concrete sections to improve their shear strength, flexural ductility and ultimate strain capacity. Most of the previous work on active confinement of concrete using SMA has been carried out on circular sections. In this study retrofitting strategies for active confinement of non-circular sections have been proposed. The proposed schemes presented in this paper are conceived with an aim to seismically retrofit a beam-column joint in non-seismically designed reinforced concrete buildings.

The complex material behaviour of SMAs depends on number of parameters. Depending upon the alloying elements, SMAs exhibit different behaviour in different conditions and are highly sensitive to variation in temperature, phase in which it is used, loading pattern, strain rate and pre-strain conditions. Therefore, a detailed discussion on the behaviour of SMAs under different thermo-mechanical conditions is presented first in this paper.

Estimation of the small strain stiffness of glacial till using geophysical methods and barometric loading response

Stiffness values in geotechnical structures can range over many orders of magnitude for relatively small operational strains. The typical strain levels where soil stiffness changes most dramatically is in the range 0.01-0.1%, however soils do not exhibit linear stress-strain behaviour at small strains. Knowledge of the in situ stiffness at small strain is important in geotechnical numerical modelling and design. The stress-strain regime of cut slopes is complex, as we have different principle stress directions at different positions along the potential failure plane. For example, loading may be primarily in extension near the toe of the slope, while compressive loading is predominant at the crest of a slope. Cuttings in heavily overconsolidated clays are known to be susceptible to progressive failure and subsequent strain softening, in which progressive yielding propagates from the toe towards the crest of the slope over time. In order to gain a better understanding of the rate of softening it would be advantageous to measure changes in small strain stiffness in the field.

Fadiga e comportamento tensão-deformação cíclico da liga de alumínio 7050-T7451

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.

Predicting trabecular bone microdamage initiation and accumulation using a non-linear perfect damage model

Studies evaluating the mechanical behavior of the trabecular microstructure play an important role in our understanding of pathologies such as osteoporosis, and in increasing our understanding of bone fracture and bone adaptation. Understanding of such behavior in bone is important for predicting and providing early treatment of fractures. The objective of this study is to present a numerical model for studying the initiation and accumulation of trabecular bone microdamage in both the pre- and post-yield regions. A sub-region of human vertebral trabecular bone was analyzed using a uniformly loaded anatomically accurate microstructural three-dimensional finite element model. The evolution of trabecular bone microdamage was governed using a non-linear, modulus reduction, perfect damage approach derived from a generalized plasticity stress-strain law. The model introduced in this paper establishes a history of microdamage evolution in both the pre- and post-yield regions

Rissbildung und Zugtragverhalten von mit Stabstahl und Fasern bewehrtem Ultrahochfesten Beton (UHPC)

Ultrahochfester Beton (UHPC) ist ein sehr gefügedichter zementgebundener Werkstoff, der sich nicht nur durch eine hohe Druckfestigkeit, sondern auch durch einen hohen Widerstand gegen jede Form physikalischen oder chemischen Angriffs auszeichnet. Duktiles Nachbruchverhalten bei Druckversagen wird meist durch die Zugabe dünner kurzer Fasern erreicht. In Kombination mit konventioneller Betonstahl- oder Spannbewehrung ermöglicht UHPC die Ausführung sehr schlanker, weitgespannter Konstruktionen und eröffnet zugleich neue Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel die flächenhafte Beschichtung von Brückendecks. Durch das Zusammenwirken kontinuierlicher Bewehrungselemente und diskontinuierlich verteilter kurzer Fasern ergeben sich unter Zugbeanspruchung Unterschiede gegenüber dem bekannten Stahl- und Spannbeton. In der vorliegenden Arbeit wird hierzu ein Modell entwickelt und durch eine umfangreiche Versuchsreihe abgesichert. Ausgangspunkt sind experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Verbundverhalten von Stabstählen in einer UHPC-Matrix und zum Einfluss einer Faserzugabe auf das Reiß- und Zugtragverhalten von UHPC. Die Modellbildung für UHPC-Zugelemente mit gemischter Bewehrung aus Stabstahl und Fasern erfolgt auf der Grundlage der Vorgänge am diskreten Riss, die daher sehr ausführlich behandelt werden. Für den elastischen Verformungsbereich der Stabbewehrung (Gebrauchslastbereich) kann damit das Last-Verformungs-Verhalten für kombiniert bewehrte Bauteile mechanisch konsistent unter Berücksichtigung des bei UHPC bedeutsamen hohen Schwindmaßes abgebildet werden. Für die praktische Anwendung wird durch Vereinfachungen ein Näherungsverfahren abgeleitet. Sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Untersuchungen bestätigen, dass der faserbewehrte UHPC bei Kombination mit kontinuierlichen Bewehrungselementen selbst kein verfestigendes Verhalten aufweisen muss, um insgesamt verfestigendes Verhalten und damit eine verteilte Rissbildung mit sehr keinen Rissbreiten und Rissabständen zu erzielen. Diese Beobachtungen können mit Hilfe der bisher zur Verfügung stehenden Modelle, die im Wesentlichen eine Superposition isoliert ermittelter Spannungs-Dehnungs-Beziehungen des Faserbetons und des reinen Stahls vorsehen, nicht nachvollzogen werden. Wie die eigenen Untersuchungen zeigen, kann durch ausreichend dimensionierte Stabstahlbewehrung zielgerichtet und ohne unwirtschaftlich hohe Fasergehalte ein gutmütiges Verhalten von UHPC auf Zug erreicht werden. Die sichere Begrenzung der Rissbreiten auf deutlich unter 0,1 mm gewährleistet zugleich die Dauerhaftigkeit auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen. Durch die Minimierung des Material- und Energieeinsatzes und die zu erwartende lange Nutzungsdauer lassen sich so im Sinne der Nachhaltigkeit optimierte Bauteile realisieren.

Zur Druck-Querzug-Festigkeit von Stahlbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton in scheibenförmigen Bauteilen

Am Fachgebiet Massivbau (Institut für Konstruktiven Ingenieurbau – IKI) des Fachbereichs Bauingenieurwesen der Universität Kassel wurden Bauteilversuche an zweiaxial auf Druck-Zug belasteten, faserfreien und faserverstärkten Stahlbetonscheiben durchgeführt. Dabei wurden die Auswirkungen der Querzugbeanspruchung und der Rissbildung auf die Druckfestigkeit, auf die Stauchung bei Erreichen der Höchstlast sowie auf die Drucksteifigkeit des stabstahl- und faserbewehrten Betons an insgesamt 56 faserfreien und faserverstärkten Beton- und Stahlbetonscheiben untersucht. Auf der Grundlage der experimentell erhaltenen Ergebnisse wird ein Vorschlag zur Abminderung der Druckfestigkeit des gerissenen faserfreien und faserbewehrten Stahlbetons in Abhängigkeit der aufgebrachten Zugdehnung formuliert. Die Ergebnisse werden den in DIN 1045-1 [D4], Eurocode 2 [E3, E4], CEB-FIP Model Code 1990 [C1] und ACI Standard 318-05 [A1] angegebenen Bemessungsregeln für die Druckstrebenfestigkeit des gerissenen Stahlbetons gegenübergestellt und mit den Untersuchungen anderer Wissenschaftler verglichen. Die bekannten Widersprüche zwischen den Versuchsergebnissen, den vorgeschlagenen Modellen und den Regelwerken aus U.S.A., Kanada und Europa können dabei weitgehend aufgeklärt werden. Für nichtlineare Verfahren der Schnittgrößenermittlung und für Verformungsberechnungen wird ein Materialmodell des gerissenen faserfreien und faserbewehrten Stahlbetons abgeleitet. Hierzu wird die für einaxiale Beanspruchungszustände gültige Spannungs-Dehnungs-Linie nach Bild 22 der DIN 1045-1 auf den Fall der zweiaxialen Druck-Zug-Beanspruchung erweitert.

Zum Querkrafttragverhalten von UHPC-Balken mit kombinierter Bewehrung aus Stahlfasern und Stabstahl

Ultrahochfester Beton besitzt aufgrund seiner Zusammensetzung eine sehr hohe Druckfestigkeit von 150 bis über 200 N/mm² und eine außergewöhnlich hohe Dichtigkeit. Damit werden Anwendungen in stark belasteten Bereichen und mit hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit des Materials ermöglicht. Gleichzeitig zeigt ultrahochfester Beton bei Erreichen seiner Festigkeit ein sehr sprödes Verhalten. Zur Verhinderung eines explosionsartigen Versagens werden einer UHPC-Mischung Fasern zugegeben oder wird eine Umschnürung mit Stahlrohren ausgebildet. Die Zugabe von Fasern zur Betonmatrix beeinflusst neben der Verformungsfähigkeit auch die Tragfähigkeit des UHPC. Das Versagen der Fasern ist abhängig von Fasergeometrie, Fasergehalt, Verbundverhalten sowie Zugfestigkeit der Faser und gekennzeichnet durch Faserauszug oder Faserreißen. Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit kann daher auf konventionelle Bewehrung außer bei sehr dünnen Bauteilen nicht verzichtet werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden in dem dieser Arbeit zugrunde liegenden Forschungsprojekt die Fragen nach der Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPC-Bauteilen mit kombinierter Querkraftbewehrung und der Übertragbarkeit bestehender Querkraftmodelle auf UHPC untersucht. Neben einer umfassenden Darstellung vorhandener Querkraftmodelle für Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung und mit verschiedenen Querkraftbewehrungsarten bilden experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten an UHPC-Balken mit verschiedener Querkraftbewehrung den Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit. Die experimentellen Untersuchungen beinhalteten zehn Querkraftversuche an UHPC-Balken. Diese Balken waren in Abmessungen und Biegezugbewehrung identisch. Sie unterschieden sich nur in der Art der Querkraftbewehrung. Die Querkraftbewehrungsarten umfassten eine Querkraftbewehrung aus Stahlfasern oder Vertikalstäben, eine kombinierte Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben und einen Balken ohne Querkraftbewehrung. Obwohl für die in diesem Projekt untersuchten Balken Fasergehalte gewählt wurden, die zu einem entfestigenden Nachrissverhalten des Faserbetons führten, zeigten die Balkenversuche, dass die Zugabe von Stahlfasern die Querkrafttragfähigkeit steigerte. Durch die gewählte Querkraftbewehrungskonfiguration bei ansonsten identischen Balken konnte außerdem eine quantitative Abschätzung der einzelnen Traganteile aus den Versuchen abgeleitet werden. Der profilierte Querschnitt ließ einen großen Einfluss auf das Querkrafttragverhalten im Nachbruchbereich erkennen. Ein relativ stabiles Lastniveau nach Erreichen der Höchstlast konnte einer Vierendeelwirkung zugeordnet werden. Auf Basis dieser Versuchsergebnisse und analytischer Überlegungen zu vorhandenen Querkraftmodellen wurde ein additiver Modellansatz zur Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPCBalken mit einer kombinierten Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben formuliert. Für die Formulierung der Traganteile des Betonquerschnitts und der konventionellen Querkraftbewehrung wurden bekannte Ansätze verwendet. Für die Ermittlung des Fasertraganteils wurde die Faserwirksamkeit zugrunde gelegt. Das Lastniveau im Nachbruchbereich aus Viendeelwirkung ergibt sich aus geometrischen Überlegungen.

Uso de la matriz extracelular como material para ingeniería de tejidos

Introducción: La evaluación de injertos vasculares de submucosa de intestino delgado para la regeneración de vasos sanguíneos ha producido una permeabilidad variable (0-100%) que ha sido concurrente con la variabilidad en las técnicas de fabricación. Metodología: Investigamos los efectos de fabricación en permeabilidad y regeneración en un diseño experimental de 22factorial que combino: 1) preservación (P) o remoción (R) de la capa estratum compactum del intestino, y 2) deshidratada (D) o hidratada (H), dentro de cuatro grupos de estudio (PD, RD, PH, RH). Los injertos fueron implantados en las Arterias Carótidas de porcinos (ID 4.5mm, N=4, 7d). Permeabilidad, trombogenicidad, reacción inflamatoria, vascularización, infiltración de fibroblastos, perfil de polarización de macrófagos y fuerza tensil biaxial fueron evaluadas. Resultados: Todos los injertos PD permanecieron permeables (4/4), pero tuvieron escasa vascularización e infiltración de fibroblastos. El grupo RD permaneció permeable (4/4), presentó una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y el mayor número del fenotipo de macrófagos (M2) asociado a regeneración. El grupo RH presentó menor permeabilidad (3/4), una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y un perfil dominante de M2. El grupo PH presentó el menor grado de permeabilidad, y a pesar de mayor infiltración celular que PD, exhibió un fenotipo de macrófagos dominante adverso. La elasticidad de los injertos R evolucionó de una manera similar a las Carótidas nativas (particularmente RD, mientras que los injertos P mantuvieron su rigidez inicial. Discusión: Concluimos que los parámetros de fabricación afectan drásticamente los resultados, siendo los injertos RD los que arrojaron mejores resultados.