黄建坤
- 作品数：8 被引量：22H指数：3
- 供职机构：北京林业大学水土保持学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金新世纪高等教育教学改革工程更多>>
- 相关领域：建筑科学文化科学一般工业技术更多>>
- 含旋转振子的周期基础对地震弯曲波的隔震作用
- 2023年
- 提出一种含旋转振子的周期性基础(PF)板,用于高层建筑对地震弯曲波的隔震。早期对PF隔震的研究主要针对平面波,但地震波对于周期性基础板结构更易激发弯曲波。突破以往研究仅针对平面波的局限性,对弯曲波输入的频散关系进行探究;通过有限元法,利用可考虑板厚影响的SHELL单元计算PF板的弯曲波衰减域,系统研究材料参数和几何参数对弯曲波衰减域的影响;通过对三维有限元模型进行弯曲波和地震波入射的数值仿真试验,验证PF隔震的有效性。结果表明:弯曲波衰减域对连杆的宽度和弹性模量变化很敏感;在弯曲波输入下,PF的衰减域在10 Hz以下,与混凝土基础板相比,PF对弯曲波的隔震效率大于60%,能够作为高层建筑的隔震基础。
- 刘冠辰张之伟黄建坤胡雨村
- 关键词：弯曲波基础隔震数值仿真
- 适用于植物生长的透明土制备及其性能试验
- 2024年
- 植物根系可以增强土体的抗剪强度,预防浅层滑坡。以熔融石英砂、正十二烷为主要成分的透明土技术为可视化观察植物根系提供技术支撑,但是植被难以在其中生长,无法克服根土耦合和观测的难题。该研究改进透明土配制工艺,提出既能模拟土壤力学性能又能适应植被生长的透明土方案。以侧柏根系为例,通过直剪试验分析含液率和含根率对根土复合体抗剪强度的影响,并以透明素土为对照。进一步采用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术分析透明素土及根土复合体边坡模型在坡顶加载工况下的宏细观力学特征。研究表明:1)改进透明土能适应植被生长并观测根系形态,并能模拟根土复合体的力学性能,当含液率≥20%时,具有良好透明度,能观测植物根系形态。2)随着含液率的增加,透明土黏聚力下降,当含液率从0升至25.8%时,透明土的黏聚力下降了64.09%。当含根率从0增至0.6%时,黏聚力增加了127.50%。根系的加入,增加了透明土的黏聚力,但随含根率的增大,对黏聚力增益效果逐步减弱。3)根系的存在极大减小了边坡在坡顶荷载作用下的微观形变,有效预防潜在滑坡的发生。研究成果可为根系固土研究提供材料制备工艺和思路。
- 刘功明黄建坤黄建坤张健
- 关键词：土壤根系固土根土复合体直剪试验
- 高等林业院校土木工程专业实践教学改革——以北京林业大学为例被引量：2
- 2016年
- 实践教学是高等工程教育的有机组成部分,有助于培养学生应用科学理论解决实际问题的能力,有助于培养学生的社会能力。针对林业院校土木工程专业实践教学的现状,分析了林业院校土木工程专业在实践教学中存在的学科基础薄弱、实践教学资源不足、师资力量薄弱和实验室建设滞后等问题,针对这些问题,提出了实践教学改革的措施:首先,完善人才培养方案。其次,建设完善的实践教学的平台。第三,鼓励学生积极参加科技竞赛。第四,建设高素质的教师队伍。改革后,土木工程专业人才培养的质量不断提升,招生规模不断扩大,向外校输送的研究生越来越受到导师的青睐。
- 黄建坤胡雨村刘学彦
- 关键词：林业院校土木工程实践教学
- 基于代表体元法的根土复合体本构计算与验证
- 2023年
- 传统的根系固土计算方法没有考虑根系的存在对根土复合体弹性参数的影响,难以针对坡面数量庞大的根系进行高效地建模和计算。为研究植被根系对土体的增强作用和对边坡稳定性的影响,将根土复合体视为天然根系纤维增强复合材料,通过引入代表体元(RVE)法,直接建立根土复合体三维本构关系,量化根系对土体的增强作用;现场采集山西吉县刺槐根系及土壤,通过不同埋根方式的直剪试验及反复剪切试验验证RVE法理论结果;最后通过数值模拟验证,RVE法获得的根土复合体等效力学参数用于评价边坡稳定性的可行性。研究表明:RVE法能预测根土复合体的等效弹性参数,其剪切弹性模量提升率与反复剪试验结果相比,相差仅为0.24%。RVE法理论计算得到的强度参数黏聚力c和内摩擦角φ与试验结果仅分别相差2.45 kPa和3°,而Wu模型计算的黏聚力c比试验结果高估约5倍。与素土边坡相比,根土复合体试验结果计算得到的边坡安全系数提高7.20%,RVE模型边坡提高9.78%,而Wu模型边坡安全系数提高29.33%。相比于RVE模型,Wu模型存在高估边坡稳定性的风险;因此,RVE法能准确预测根土复合体的弹性参数和强度参数c和φ的变化,根系对土体的增强作用,不仅体现在黏聚力的增强上,内摩擦角和等效弹性参数同样有变化。代表体元结合数值仿真的方式,为实现含大量根系边坡的稳定计算提供了新的方法和技术手段。
- 李绍领黄建坤黄建坤及金楠
- 关键词：根系固土直剪试验边坡稳定性
- 灌溉对西北干旱荒漠区排土场边坡稳定的影响——以乌海市新星煤矿为例被引量：7
- 2019年
- 为了揭示我国西北干旱荒漠化地区的煤矿排土场边坡在灌溉作用下的流固耦合力学机制,采用渗流力学理论与岩土力学理论相结合的方法,引入Darcy定律和质量守恒定律进行公式推导以建立流固耦合分析方法.以乌海市新星煤矿为例,采用ABAQUS有限元软件构建边坡非饱和土的流固耦合稳定性分析模型,根据植被需水量以及降雨强度选定5、20、45、70mm/h这4种等效灌溉强度并交叉搭配2、9、15h这3种持续灌溉时间,形成12套灌溉方案进行数值模拟.将数值结果与已有试验结果进行对比,结果表明,当入渗水量增加,边坡竖向变形位移、孔隙水压力分布、等效塑性应变以及安全系数均往不利于边坡稳定的方向发展.当等效灌溉强度为70mm/h、灌溉持续时间为15h时,边坡竖向位移出现大幅度增长,安全系数急剧降至1.03.在满足植被生长需水量的条件下,应控制灌溉强度,采用短持续时间、间隔灌溉,减少坡面径流出现的可能性,同时应做好截排水和坡面防护措施.
- 邱驰黄建坤黄建坤郭小平胡雨村
- 关键词：干旱荒漠区灌溉有限元法边坡稳定
- 基于均匀化理论的根土复合体三维本构关系被引量：5
- 2022年
- 黄土高原水土流失严重,自然灾害频发,而植被可有效减少浅层滑坡,其中根系加固是对环境有利的土壤稳定措施。为定量研究植物根系对土体的增强效果以及根土复合体在力的作用下的变形发展规律,该研究将根土复合体视为天然纤维增强复合材料,基于均匀化理论,构建根土复合体的数值计算模型。利用有限元软件的二次开发功能,建立周期性边界条件,对根土复合体单胞的等效弹性模量和强度参数进行计算;通过根土复合体的三轴压缩试验和数值模拟,验证单胞计算理论的准确性;最后对单胞进行细观力学分析。研究表明:1)该研究建立的根土复合体单胞模型,可有效预测其等效弹性参数,与试验相比,轴向弹性模量相对误差为2.2%。2)单胞模型可以预测根土复合体的粘聚力c和内摩擦角φ,与试验相比,c和φ仅相差4.41k Pa和0.93°;在保证精度的同时大大提高了计算效率(与标准尺寸试件模型相比减少了90%的单元数)。3)根系的存在允许土体产生更大的变形和承受更大的应力。研究成果从周期复合材料的角度为黄土高原根系固土机理研究提供了新思路。
- 戴靖沛黄建坤黄建坤陈丽华李珺
- 关键词：土壤有限元法均匀化理论根系固土三轴压缩试验
- 周期多孔板的面内振动衰减域及其优化被引量：1
- 2019年
- 针对Bragg散射型周期多孔板难以实现较低起始频率并维持较宽衰减域的问题,优化设计了一种含菱形孔的周期多孔板。采用有限元法结合周期边界条件,并运用COMSOL对周期多孔板的面内弹性波频散关系进行计算,通过ANSYS模拟有限尺寸周期多孔板的频率响应,将周期多孔板悬吊进行了正弦波激励的振动试验。研究结果表明,含菱形孔的周期多孔板相比于含圆形和六边形孔的周期多孔板具有更宽的衰减域;材料属性对衰减域影响较大,丁晴橡胶和硅橡胶易于获得低频衰减域;孔隙率的增大有利于获得低频宽带的衰减域;增大菱形孔水平夹角能获得较宽的衰减域。对衰减域的形成机理分析发现,含菱形孔的周期多孔板同时具有Bragg散射型和局域共振型声子晶体的特性,表明两种衰减域机理具有内在的联系。优化设计的周期多孔板存在一条5281.76 Hz至8824.30 Hz的完全衰减域,经过至少2个周期,振动即得到较明显衰减。数值和试验得到的衰减区具有较高的一致性。该研究为减振降噪板的开发提供了新的思路,且由于制作过程便捷,在改善建筑声环境中具有潜在的应用前景。
- 刘雄巍黄建坤胡雨村李亚光刘问
- 关键词：多孔板六边形频散曲线吸声材料声子晶体
- 基于渐近均匀化理论的黄土高原草本植物固土效果模拟被引量：9
- 2020年
- 黄土高原是中国水土流失和浅层滑坡灾害最严重的地区之一,而植被根系能有效抑制浅层滑坡。黄土高原草系分布广泛,根系在空间配置上具有鲜明的周期重复特征,计算大量根系的边坡固土效果非常复杂。该文利用渐进均匀化理论,构建"根系-土体"复合土体本构关系,通过与已有研究对比说明,该文所述方法计算三维本构关系具有较高精度。为说明均匀化方法在含根群边坡中的准确性和高效性,该文基于有限元软件ANSYS,进一步模拟了含草边坡和无草边坡的应力和应变分布规律。数值模型设置为3组,分别是无草边坡模型、含草边坡的分离式模型,以及基于该文均匀化理论的含草边坡模型。该文进一步采用观察等效塑性应变区是否贯通作为边坡失稳临界状态的标准,利用强度折减法计算了边坡安全系数。研究表明:1)渐进均匀化理论不仅能准确地构建根土复合体本构关系,而且极大地减少了模型计算工作量(减少了95.58%的单元数)。2)披碱草根系能改善边坡浅层土体的应力场,使得根系分布区内的剪应力更加均匀,使坡体浅层更趋于稳定。3)当边坡坡度较小时(坡角为30°),无草边坡安全系数较大(F=4.28),根系对边坡的稳定性加持较小(平均仅提高2.92%);当坡角增大到45°时,无草边坡安全系数下降为2.90,而含草边坡平均安全系数提升了13.45%,根系固土效果更加显著。
- 黄建坤黄建坤及金楠及金楠张之伟
- 关键词：边坡稳定性根系固土均匀化理论
