循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法(DFEM)能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。

考虑软基不排水强度循环弱化的格型钢板桩防波堤动力有限元分析

波浪循环荷载通过堤身和砂质土置换层传递给软土地基,在软土地基中产生循环动应力,使软黏土发生不排水强度弱化现象,严重影响格型钢板桩防波堤承载性能。结合工程算例,基于动力有限元法建立考虑软土循环弱化效应的格型钢板桩防波堤三维弹塑性动力分析模型,对软土地基在循环荷载作用下最大孔压增长规律以及不排水强度弱化特性进行研究。建立格型钢板桩-软土地基系统动力稳定性分析方法,对格型钢板桩-软土地基系统的破坏模式、稳定性以及沉降变形特性进行分析。结果表明:最大孔隙水压力主要分布在格体周围软土层,主、副格仓底部及部分桩-土接触部位的不排水强度发生明显弱化。考虑软土地基循环弱化效应时,格型钢板桩-软土地基系统的稳定性安全系数显著降低。建议在实际工程中应考虑软土地基循环弱化效应对格型钢板桩防波堤稳定性的影响。

基于强度折减法的格仓式圆筒围堰稳定性有限元分析

格仓式圆筒作为深厚软土地基上人工岛围堰主体结构,其在围堰内部填土、外部尚未抛石斜坡堤工况下作用荷载复杂,难以采用有限元加载系数法进行稳定性分析。结合工程算例,基于强度折减法建立格仓式圆筒围堰三维弹塑性有限元分析模型。建议了基于强度折减系数-位移(Fv-S)曲线突变点法失稳判别标准,得到格仓式圆筒失稳模式和稳定性安全系数。结果表明格仓式圆筒结构失稳模式为筒体倾覆破坏,稳定性安全系数随格体入土深度增加而增大,随水平荷载和后方堆载的增加而减小。研究成果可为格仓式圆筒围堰工程设计提供借鉴和参考。

格型钢板桩结构有限元数值分析

以有限元软件ABAQUS作为分析平台,建立波浪荷载作用下格型钢板桩结构稳定性及应力分析的三维弹塑性有限元分析模型。格型钢板桩采用壳体单元模拟,在相邻板桩之间设置铰接连接器模拟板桩之间的相对转动;土体采用Mohr-Coulomb本构模型模拟,在格型钢板桩与其内、外土体之间设置接触面单元模拟它们之间的滑移、张裂和闭合。结合某实际工程,研究结构的破坏模式、失稳特性和应力分布特性,分析参数变化对结构稳定性和环向拉力的影响,并对格内土体的剪切变形进行分析,建议格型钢板桩锁口拉力的验算断面。结果表明,铰接连接器的设置对于结构稳定性影响不大,但对环向拉力有一定影响;格内土体的剪切变形主要发生在格体中轴处,符合太沙基法结论。

静压桩承载力时间效应的研究进展

由于静压桩沉桩后桩周土重塑,静压桩承载力表现出随着休止期的延长而增长的特性。本文从静压桩沉桩后桩周土体内孔隙水消散固结的角度出发,对静压桩承载力时间效应的理论和试验分别进行归纳,结合孔隙水消散路径及固结模型,对桩周土体初始超静孔隙水压力大小及其分布特征进行总结,分析承载力各种测试方法的优缺点,对静压桩承载力的时效性进行深化研究,并探讨了不同地质条件、不同桩的类型对休止期内静压桩承载力的影响,进一步对基于实测数据得出的经验公式进行总结。讨论了基于不同本构关系模型的应力场及位移场解答和沉桩后孔隙水压力消散解答,在此基础上总结了桩基极限承载力理论公式;探讨了黏性土、砂土条件下,考虑超固结比、不排水抗剪强度和塑性指数比对桩基极限承载力系数A的影响,在此基础上归纳了桩基极限承载力经验公式。建议在经验公式基础上设置多重参数,以提升经验公式的精确度,并完善对不同桩、土类型的参数解答;利用BP神经网络,导入静压桩承载力相关参数,以得到针对不同地质条件、桩型、休止期的承载力最优解。

循环荷载下天津软黏土不排水强度弱化模型研究及应用

波浪等循环荷载作用下,饱和软黏土产生超孔隙水压力,土体强度弱化,导致地基承载力和防波堤等近海结构稳定性降低.基于土体强度弱化的原理,建立一种表示土体不排水强度在不同动应力水平下随循环荷载作用次数变化的强度弱化模型.模型通过建立软黏土不排水强度与孔隙水压力增长规律的关系,表示出软黏土不排水强度弱化的具体过程.在有限元软件ABAQUS上进行二次开发,对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算,并与试验数据对比.结果表明,文中建立的强度弱化模型简单准确,能够较好地表示土体不排水强度弱化过程.将模型应用到波浪荷载作用下部分回填换砂处理的软土地基上沉箱结构进行沉降变形分析,并与未考虑土体强度弱化的静力、拟静力有限元分析结果进行对比,研究了强度弱化对结构沉降变形的影响.

高桩码头岸坡变形加固技术研究及方案优化

针对软土地区高桩码头的岸坡变形问题,提出MCDM挡土墙、CDM格构式挡土墙、钻孔灌注挡土桩三种加固方案。以有限元软件ABAQUS为分析平台,建立高桩码头与土相互作用的三维弹塑性蠕变有限元模型,对比分析蠕变影响下三种加固方案的码头基桩桩身水平位移、桩身应力以及土体水平位移、沉降等,研究确立MCDM挡土墙为三种加固方案的最优化方案。进一步从MCDM挡土墙施工可行性及经济性进行论证,建议实际工程中采用MCDM挡土墙作为码头岸坡加固方案。

格型钢板桩结构数值建模方法研究

针对格型钢板桩结构的三种建模方法(考虑板桩间铰接特性,用壳体单元模拟板桩的有限元模型;不考虑板桩间铰接特性,用壳体单元模拟板桩的有限元模型;将格体看做一个整体,用实体单元模拟板桩的有限元模型)进行分析,对各种建模方法得出的关于稳定性、破坏模式、格体环向应力、格体内外土体压力的相关结论进行比较,得到适合工程应用的建模方法。结果表明:三种有限元模型中,考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型,因其考虑因素全面,是最准确的模型。对于重要工程,应采用考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行计算。对于一般工程结构,在稳定性分析方面,三种有限元模型都很适用,由于壳体单元模型收敛性较差,建议采用比较成熟的实体单元模型进行简化;对于破坏模式和板桩间环向应力,建议采用不考虑板桩间铰接作用的壳体单元模型进行简化;对于结构背浪侧格型钢板桩结构格体外侧土体最大被动土压力和格内土体压力,采用不考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行估算。结论对工程数值建模运算具有指导意义。

新型筒型透空式码头结构的失稳分析

针对离岸深水环境特点,文章提出了新型筒型透空式码头结构,依据筒型基础的结构特性,提出了水平荷载作用下结构的失稳判别标准。然后,建立了筒型透空式码头的三维弹塑性有限元模型,对其水平荷载作用下的结构失稳进行分析。结果表明筒型透空式码头结构基础周围土体在水平荷载作用下发生楔形剪切破坏,增加筒长可显著增加基础的水平承载力,但对基础的屈服和极限水平位移影响较小。

天津碱渣土基本参数室内试验研究

为明确天津碱渣土的力学性质和基本参数,通过固结、直剪(慢剪、固结快剪以及快剪)、颗粒级配分析、液塑限联合测定等室内土工试验,对碱渣土试样压缩性、比重、强度参数、密度、渗透系数、颗粒级配、液塑限等进行测定。试验结果表明,碱渣土的孔隙比为4.44、含水率达198.1%、压缩模量为1.59 MPa、渗透系数为1.40×10^-5 cm/s以及较高的液、塑限。相比具有相近孔隙比、含水率等物理力学指标的黏性土和淤泥土,碱渣土的抗剪强度高、压缩性低且渗透性好。通过室内土工试验测得的碱渣土参数准确,可为数值仿真和现场试验等提供数据支持。

圆形沉箱混凝土温度场和应力分析

以营口港圆形沉箱空心盖板为研究对象,冬季实测了沉箱空心盖板混凝土壁厚方向的温度变化曲线,通过有限元程序建立了考虑混凝土温度场边界条件的沉箱计算模型,数值模拟分析了沉箱空心盖板混凝土的温度变化曲线,并与实测数据进行对比验证。通过热力耦合计算方法,分析了日照和环境温度变化对沉箱薄壁混凝土的影响,研究表明内侧混凝土温度变化缓慢,外侧混凝土随日照和环境温度变化而快速变化,向阳侧的沉箱盖板内外侧混凝土温差较大,容易产生温度裂缝。

高桩码头抗震简化分析方法

国际贸易的迅速发展,加快了港口工程建设的速度,同时对港口工程的抗震性能提出了更高的要求。高桩码头作为港口工程中最常用的结构型式之一,在我国港口工程建设方面得到了广泛应用。目前对高桩码头的抗震简化分析方法以及桩基特性对高桩码头地震响应的影响方面研究较少。基于此,本文利用开源有限元数值计算平台OpenSees,介绍了高桩码头简化分析方法模型的建立途径,并分析了桩基特性参数对高桩码头关键地震响应量的影响。研究结果表明:钢筋弹性模量对码头桩基的地震响应影响较小,可减少考虑;钢筋的强化阶段对截面达到屈服曲率后的弯矩承载力起主要作用;混凝土抗压强度的增加可降低结构的位移响应峰值;过大或过小的混凝土抗压强度和钢筋屈服强度,都不利于码头结构对地震能量的耗散。

Numerical Analyses of Caisson Breakwaters on Soft Foundations Under Wave Cyclic Loading

A caisson breakwater is built on soft foundations after replacing the upper soft layer with sand. This paper presents a dynamic finite element method to investigate the strength degradation and associated pore pressure development of the intercalated soft layer under wave cyclic loading. By combining the undrained shear strength with the empirical formula of overconsolidation clay produced by unloading and the development model of pore pressure, the dynamic degradation law that describes the undrained shear strength as a function of cycle number and stress level is derived. Based on the proposed dynamic degradation law and M-C yield criterion, a dynamic finite element method is numerically implemented to predict changes in undrained shear strength of the intercalated soft layer by using the general-purpose FEM software ABAQUS, and the accuracy of the method is verified. The effects of cycle number and amplitude of the wave force on the degradation of the undrained shear strength of the intercalated soft layer and the associated excess pore pressure response are investigated by analyzing an overall distribution and three typical sections underneath the breakwater. By comparing the undrained shear strength distributions obtained by the static method and the quasi-static method with the undrained shear strength distributions obtained by the dynamic finite element method in the three typical sections, the superiority of the dynamic finite element method in predicting changes in undrained shear strength is demonstrated.

碎石桩复合地基液化判别的工程方法

针对实际工程中较难解决的如何判别碎石桩复合地基桩间土液化问题,在现有的研究基础上,考虑碎石桩桩体应力集中和桩体排水效应,提出了瑞利波法复合地基液化判别,以期促进碎石桩复合地基液化判别的研究。

基于MapInfo的软土地区工程地质GIS系统研究

利用地理信息GIS系统,在MapInfo 8.5平台上,为中国某沿海产业基地40 km2软土地区建立地理信息系统,运用其脚本语言BASIC和控件MAP-X,结合当地实际情况完善地理信息系统。

高桩码头承载性能的影响因素研究

高桩码头的承载性能除了受结构及材料的影响外,土体强度及桩土之间的摩擦也对其具有重要影响。本文基于ABAQUS建立了高桩码头三维有限元模型,并在验证模型正确性的基础上分析了土体强度、弹性模量以及桩-土摩擦系数对结构承载性能的影响。结果表明:土体强度与弹性模量均对结构的极限承载力具有一定的影响,在相同水平荷载作用下,土体强度与弹性模量越大,结构的水平位移越小,所受弯矩越小。而土体强度对最大负弯矩影响较小,最大差值出现在距桩底1/4处,弹性模量对最大正弯矩与负弯矩都有影响,最大弯矩变化大约为10%~15%。桩-土摩擦系数μ同样对结构的承载性能具有一定影响,在一定范围内,随着μ的增加,结构的极限承载力也呈现逐渐增大的态势,并且其变化幅度也逐渐增加,但摩擦系数对弯矩的影响主要集中在负弯矩处,对受正弯矩作用部分影响较小。

U型钢板桩横向承载性能模型试验研究

采用1∶5的比尺模型试验,研究了横向加载过程中U型钢板桩的位移和土压力响应以及破坏模式,并对比分析了不同土质干湿状况、加载速率、埋置深度以及加载高度等影响因素下U型钢板桩位移和土压力的变化规律。试验结果表明,当U型钢板桩凸面加载时,位移随埋置深度、加载等级、加载高度的增加而增加,干砂中的位移大于湿砂中的位移;当凹面加载时,位移随着埋置深度的增加而减小,随着加载等级的增大而增大,在不同加载高度与不同土质干湿情况中差别不大。随着加载力增大,U型钢板桩在受力侧土压力分布呈现“R型”分布,且土压力均随着埋置深度与土体含水率的增大而增大。在加载力作用下桩体产生转动,并随着加载力的增大在距钢板桩底部约1/3埋置深度处发生弯曲。

高桩码头软土岸坡蠕变的MCDM加固效果分析

土体蠕变使高桩码头软土岸坡发生随时间增长的变形,导致高桩码头桩基侧向位移。在ABAQUS平台建立软土岸坡-码头排架三维有限元模型,研究m型混凝土深层搅拌(MCDM)体对软土岸坡蠕变导致的桩基应力及变形的加固效果。结果表明:MCDM加固法对堆载作用与蠕变作用的加固效果差异明显;给定工况下,MCDM法能有效降低软土岸坡蠕变下桩基内力并大幅减少码头存在的应力集中,桩体的最大压应力明显降低,幅度达94%,桩体最大拉应力削减了12%;岸坡土体蠕变作用下,MCDM体受压性能显著,底部拉应力变大;MCDM体加固后,近岸侧基桩在岸坡土体蠕变作用下的位移明显减小,弯矩最大值变小,近海侧的基桩位移减小,但弯矩变化不大;MCDM体存在最优加固深度,随加固腿长增加,桩体最大拉应力持续降低。