基于Kerr地基模型的沉管隧道纵向变形与内力的分析

假定软土地区沉管隧道地基土为三参数Kerr模型,同时沉管隧道管节等效为Timoshenko梁,采用竖向弹簧及旋转弹簧模拟管节接头,建立沉管隧道的简化计算模型。基于Kerr地基上Timoshenko梁理论,推导出沉管隧道整体结构的解析表达式。通过对比基于空间实体有限元的数值模拟结果,合理选取Kerr地基模型中的参数值,然后对Kerr地基模型上土层厚度与压缩模量的敏感性因素进行了分析。结果表明:合理的Kerr地基模型参数使沉管隧道纵向变形结果与实际符合程度好。另外,Kerr地基上土层厚度的增加以及土层压缩模量的减小都会使沉管整体结构纵向变形以及两端弯矩增大。

基于Kerr地基模型的盾构下穿诱发既有非连续隧道纵向变形分析

目前针对盾构开挖诱发既有隧道结构变形的理论研究一般将既有隧道视为搁置在Winkler地基上的Euler-Bernoulli梁,未充分考虑地基的非线性剪切变形及管片剪切变形的影响,尤其是较少考虑隧道环缝接头存在所带来的力学效应作用。首先,采用Loganathan和Poulos公式计算得到盾构下穿开挖引起既有隧道轴线处土体竖向位移;然后,将既有隧道视为由环缝接头连接而成的Timoshenko梁,并将其搁置在Kerr地基模型上,采用有限差分法计算得到既有隧道纵向变形;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到了较好的一致性。此外,针对土层弹性模量、既有隧道等效抗弯刚度和等效抗剪刚度进行了参数分析。分析结果表明,随着土体弹性模量的增大及既有隧道等效抗弯刚度的减小,既有隧道位移、环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩均增大;随着既有隧道等效抗剪刚度的增大,既有隧道位移减小,而环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩均增大;环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩随着与新建隧道轴线距离的增大呈先减小后增大趋势;当既有隧道环缝接头刚度折减系数增大时,管片及环缝接头处弯矩均增大,而隧道位移及环缝接头相对转角减小。

基于Kerr地基模型盾构隧道施工对既有管线变形影响的简化算法

盾构隧道开挖会导致附近既有管线变形,为了提高该变形的理论计算精度,论文引入三参数Kerr地基模型,将管线视为Euler-Bernoulli无限长梁,采用两阶段位移法建立管线竖向变形平衡微分方程,利用有限差分法得到了管线变形微分方程的数值解;将3种不同地基模型简化算法得到的计算结果和现场实测数据进行对比,验证了Kerr地基模型的有效性和合理性。管线参数分析表明:随着管线埋深和地层损失率的提高均会增大管线最大沉降量,但影响范围逐渐缩小;管-隧夹角减小对管线最大沉降量影响较小,而对管线变形形态影响较大。

非岩基厂址条件下核电厂标准化地基模型研究

核电厂标准化设计方法是节省核电建设成本的重要手段,开展非岩基厂址地基标准化设计地基模型的研究对拓宽核电厂地基适用范围有重要意义。首先,基于国内外典型软质岩和硬土厂址动参数的调研数据进行数理统计分析,归纳动参数随深度的变化规律,并通过归一化分析得到地基剪切波速剖面特征曲线,从而确定初步的标准化地基模型;进而,基于SuperFLUSH/2D Ver6.0软件开展初步标准地基模型的地震反应分析,以最大加速度随深度变化与加速度反应谱为考量指标探究动参数变化对于地震反应的影响程度及规律;最后,依据初步地基模型的剪切波速剖面的相似性及包络性,定义软质岩和硬土厂址条件下的核电厂标准化地基模型,并给出相应的动参数合理取值。该模型及研究成果可为我国“核电走出去”战略中主力堆型的核电厂标准化设计提供重要的参考。

基于弹塑性地基模型的湿陷性黄土地段悬空管道受力分析

根据湿陷性黄土地段塌陷区悬空管道的受力特点,建立考虑管道轴向载荷和地基塑性变形的悬空管道受力的弹塑性地基模型,推导悬空管道受力和变形计算公式,并利用V isual Basic计算机语言编制相应的计算程序对某湿陷区悬空管道进行模拟计算;将悬空管道的力学分析计算结果与实测值和W inkler地基模型计算结果进行对比,分析轴向载荷和地基刚度对计算结果的影响。结果表明:弹塑性地基模型比W inkler地基模型具有更高的计算精度,更符合工程应用;轴向载荷对悬空管道受力和变形影响显著,在悬空管道设计校核中不能忽略;地基刚度对弹塑性地基模型计算结果影响不显著。

砂雨法制备砂土地基模型控制要素试验研究

为掌握砂雨法制备砂土地基模型相对密实度Dr的主要影响因素,设计加工了包括点式和线式出砂头的成套砂雨装置,讨论了Dr随落距、出砂孔尺寸、出砂头总流量、移动速度的变化规律,分析了Dr空间均匀性分布特征。试验表明:1随落距增大,Dr随之提高,但增速逐渐减缓,可将Dr相对增速K介于±3%所对应落距范围内的Dr均值为稳定相对密实度;2稳定相对密实度与出砂孔尺寸呈线性负相关关系,同一流量下随出砂头移动速度表现出非线性变化特性,出砂头总流量对稳定相对密实度影响不明显;3无论是在水平层面还是沿深度的不同位置,模型箱中部附近的Dr分布均匀性都优于四边和四角处;4一线点式出砂头所制备的砂土Dr与目标值误差较筛孔点式小,具有较好的可控性。

基于分层地基模型的闸首分缝底板计算方法

为研究深基坑开挖对地基沉降和分缝底板内力的影响,分析地基应力在船闸施工期、运行期的变化全过程,探讨土体回弹模量和压缩模量的关系,基于分层总和法,建立反映地基应力历史影响的非线性分层地基模型。结合龙洲垸船闸实例,探讨自重折扣法、并列铰接空间地基梁法在分缝底板计算中的应用。回弹模量比的影响分析表明,在合缝至完建期,底板下地基刚度呈现中部大、两侧小的特征,若不考虑再压缩模量的影响,则计算的底板沉降偏大、负弯矩偏小。通过多种合缝方案对比分析,建议合缝前边墩尽可能一次浇筑到顶,必要时再通过回填土调整底板内力。施工时应加强沉降与应力监测,应用基于分层地基模型的反分析方法,及时验证设计,动态调整施工方案,以确保底板弯矩在可控范围内。

基于Kerr地基模型的隧道开挖诱发桩基变形简化方法

基于Winkler模型的弹性地基反力法是水平受荷桩分析中应用较为广泛的方法,然而该模型忽略了地基土体的剪切作用。文章首先采用相较于Loganathan和Poulos(1998)解法更为精确的圆孔收缩理论计算隧道开挖引起的土体自由场位移;然后基于可以充分考虑土体剪切特性的Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基变形在被动位移扰动下的简化解,将土体自由场位移和桩身变形的计算结果与既有解析结果、三维有限元数值模拟结果以及监测数据进行对比,取得了较好的一致性,验证了圆孔收缩理论更为精确的结论;最后对Kerr地基模型的相关参数、桩径、地层损失比和桩隧间距进行了分析。结果表明:剪切层厚度、桩径与桩身水平位移呈反比关系;地基弹簧参数、地层损失比、桩隧间距与桩基水平位移呈正比关系;当剪切层厚度为0时,地基模型退化成Winkler地基模型;当地基弹簧参数取无穷大时,模型退化为Pasternak地基模型。

考虑水平力作用的改进型文克勒地基模型

针对文克勒地基模型不能计算在水平力作用下的弹性地基梁的不足,提出了改进的文克勒地基模型.依据文克勒基本假定,考虑水平力对梁剪力和弯矩产生的影响,采用位移法推导出弹性地基梁梁单元劲度矩阵的修正项,形成可以用于计算承受水平力的弹性地基梁梁单元劲度矩阵,并编制了相应的有限元计算程序.计算表明,采用本模型计算承受水平力作用的弹性地基梁,可以进行合理的结构设计.

考虑Pasternak地基模型的基坑开挖诱发既有隧道纵向变形理论分析

邻近隧道进行基坑开挖会破坏周围土体平衡状态,引起既有隧道结构不均匀沉降,最终将对隧道安全运营产生不利影响。为控制基坑开挖所导致的既有隧道纵向变形,基于Pasternak地基模型提出双基坑开挖引起邻近既有隧道纵向变形影响的两阶段简化分析方法,分析软土中双基坑开挖对隧道竖向沉降的影响。对比简化理论计算与三维有限元数值模拟,结果吻合较好,由此可得:该简化解析法精度较高并且计算简便。此外,针对基坑侧壁与隧道轴线距离、基坑开挖深度和基坑间距等不同工况,分析双基坑平行隧道、双基坑垂直隧道、双基坑斜交隧道3种布置情况下双基坑开挖对邻近隧道竖向变形的影响,分析结果反映了隧道变形的规律。

刚性路面板下两种地基模型的对比研究

本文以弹性薄板有限元理论为基础,对弹性半空间地基及文克勒地基上路面板的荷载响应进行了较系统的对比分析,得出了不同板厚、不同荷位下两种地基模量换算关系的诺谟图;最后对两种地基模型进行了综合评述,结论认为,K 地基模型较好地反映了板下地基的实际工作状态。

基于Pasternak双参数地基模型的陡坡段桥梁基桩内力计算方法

为考虑土体剪切模量对陡坡段桥梁基桩内力计算的影响,首先探讨桩后土压力的分布形式,并根据陡坡段桥梁基桩的承载特性建立简化分析模型;其次,引入Pasternak双参数模型,建立可考虑土体剪切模量的地基抗力计算模型;并在此基础上分别对受荷段与嵌固段基桩微元进行受力分析,求得各段控制差分方程,从而进一步迭代求解桩身位移及内力;最后,分别用陡坡段桥梁基桩实测数据与Pasternak双参数模型算例对本文内力计算方法进行验算,结果表明:本文计算方法用于陡坡段桥梁基桩内力计算是合理的,可为同类工程提供参考。

一种改进的Pasternak地基模型及层合地基板的解析解

从三维弹性力学基本方程出发,建立了正交异性材料层合板的状态方程,并提出一种改进的Pasternak弹性地基模型,给出了四边简支层合地基板的解析解。此解满足层合板的基本方程和层间连续条件,适合任意厚跨比,计及了所有材料常数,考虑了基底切向接触应力的影响。算例讨论了地基参数对几种地基模型的影响。计算结果表明,随着地基刚度的增大,剪应力的影响是不可忽略的。

上海四参数非线性加载地基模型

通过对上海地区76个土样三轴试验结果的分析,提出了适用于上海地区的四参数非线性加载地基模型,此模型比邓肯—张模型少了一个参数,是邓肯—张模型的改进,提高了它在应用上的精度。

一种基于Gibson土的改进Vlasov地基模型

对 Gibson土中的 Vlasov双参数地基模型进行了改进 ,导出了相应的特征函数 ,并就集中及均布条形荷载下土中内力及地面位移进行了分析 .结果表明 ,土体的非均匀性对其内力与位移影响较大 。

流变性软土地基模型的时效性分析与刚度计算

建立了线性粘弹性半空间地基模型，并给出了地基柔度矩阵和刚度矩阵的计算公式。文中以上海香港广场北块地库深基坑工程为例，对基坑围护结构的变形和内力，将原设计的理论计算值、实测值与本文采用时效性地坛模型的理论计算值进行了对比分析。结果表明，时效性地基模型的理论计算值与实测值较吻合，反映出该地基模型在流变性软土地落中对基坑围护结构的变形和受力分析具有较好的适用性。

地基模型和基础梁板分析

在水工建筑物与民用建筑物中,建筑物与地基联系的部分,一般都简化为基础梁板的计算。本文对地基模型和基础梁板分析研究的进程和发展作了简要地回顾,介绍了河海大学在这方面的主要研究成果。内容包括下列三个方面,(1)地基模型研究;(2)计算方法探讨;(3)计算机程序研制和工程应用.最后对该课题研究的现状和展望发表了作者自己的看法。

基于非线性Pasternak地基模型的海床悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解

钢质悬链线立管(steelcatenaryriser,简称SCR)作为深海油气资源开采的首选立管系统,其在与海床土体的相互作用下,对触地段管线埋深以及疲劳寿命影响较大。依据管土相互作用的非线性土体阻力-侵彻深度(p-y)曲线,将其简化为三段线弹性土体刚度衰减模型,求得了基于非线性Pasternak地基模型的海床上悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解。通过与三维有限元算例和5个模型试验算例的对比分析,发现常规Winkler地基模型会高估管线竖向变形与弯矩,验证了基于非线性Pasternak地基模型解析解的合理性与适用性;海床抗剪强度Su0的增加显著提高了三段线弹性土体刚度,降低了管线竖向变形。此外,针对水深H、立管铺设角度g、管线外径D、管线弹性模量E和材料密度r的变化对管线侵彻土体时的物理力学特性进行了参数对比以及安全评估分析。结果表明:立管铺设角度g增大会使管线竖向变形减小,弯矩与剪力则有所增大,角度超过82o易出现屈服破坏;管线外径D的增加会使土体竖向阻力、管线竖向变形与触地段管线弯矩、剪力同步增大,外径超过0.4 m易出现屈服破坏;管线弹性模量E越大,竖向变形越小,弯矩与剪力则有所增大,弹性模量超过275 GPa易出现屈服破坏;管线材料密度越大,管线竖向变形越大,弯矩没有明显变化,剪力则有所增大,密度超过14 850 kg/m3易出现屈服破坏。上述结论可以为海洋管线悬链线立管的前期设计提供一定理论依据。

基于Pasternak地基模型的断层错动下管线结构纵向响应的解析解

断层错动引起场地上覆土体破裂对跨断层上覆土层的地下管线结构造成巨大破坏。针对断层错动作用下跨断层上覆土层管线结构的纵向响应开展研究,考虑到管线–地基间的非线性相互作用引入了双参数Pasternak地基模型,并结合补余误差函数推导了断层错动下地下管线结构纵向响应解析解。解析解计算结果和模型试验与数值模拟结果基本吻合,证明了解析解的正确性。通过参数敏感性分析讨论了地基剪切刚度、地基反力系数和断层倾角对地下管线结构纵向响应的影响。研究结果表明:基于双参数Pasternak地基模型的断层错动下管线结构纵向响应解析解比传统Winkler地基模型更精确。地基剪切刚度和地基反力系数会改变地下管线结构的弯矩和剪力最大值,而地基反力系数和断层倾角会改变弯矩和剪力的影响区域和最大值的出现位置。在影响区域内管线结构弯矩和剪力值数倍于其它区域,结构易出现剪切破坏,为主要灾害发生区域。

基于Pasternak地基模型的非线性土抗力-桩身侧向位移曲线在基坑支护桩中的应用

支护桩作为基坑开挖过程中的直接挡土结构,在水平荷载作用下,桩身的内力与变形情况对基坑工程的安全性和经济性影响较大。为了更准确地计算支护桩的内力与变形,依据桩-土相互作用的非线性土抗力-桩身侧向位移(p-y)曲线,得到呈非线性变化的地基反力模量,同时引入Pasternak双参数地基模型充分考虑桩侧土体受力变形的连续性,推导了考虑桩-锚变形协调的支护桩挠曲微分方程,并利用传递矩阵法求得支护桩的内力与变形。结合工程实例编制计算程序,并将程序计算结果与监测值、基于传统Winkler地基模型的p-y曲线法计算结果对比分析,发现传统Winkler单参数地基模型会高估支护桩的水平变形和内力,而程序计算的位移和弯矩能更好地满足工程实际要求。进一步采用有限元软件对工程实例进行数值模拟分析,验证基于非线性Pasternak双参数地基模型的基坑支护桩计算方法的合理性和适用性。