饱和地基水泥土复合桩近场主动隔振的BEM-FEM耦合分析

人工振动污染是当前城市发展过程中面临的一个难题,单排或多排桩是人工振动污染防治的一种重要方式。传统基桩施工容易造成泥浆污染、振动等各种负面环境问题,而水泥土复合桩是一种低振动、低噪声、无挤土、少排泥浆的新型基桩,特别适合在城区构建排桩屏障。针对饱和地基中单排水泥土复合桩的近场主动隔振问题,建立了动力机器基础环境振动影响的半解析BEM方程;在此基础上,分别采用半解析BEM对饱和地基、FEM对水泥土复合桩进行建模,根据饱和地基-水泥土桩接触面的平衡和相容条件,建立了水泥土复合桩近场主动隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,给出了耦合方程稀疏矩阵的存储策略,并对单排水泥土复合桩的近场主动隔振效果进行了计算分析。研究结果表明:单排水泥土复合桩能够有效地对动力机器基础引起环境振动进行隔振;等长芯桩复合桩的隔振效果要优于短芯桩。单排水泥土复合桩的隔振效果随着桩数的增加而逐渐提高;较小桩间距并不一定取得更好的隔振效果,建议相邻桩桩间净距取2.0~2.5λ_(R)(Rayleigh波波长)。随着单排水泥土复合桩距振源距离的增加,屏障隔振效果逐渐降低,但降低幅度相对较小。此外,对水泥土复合桩而言,当内插预制桩的外轮廓尺寸相同时,预制芯桩型式对水泥土复合桩隔振效果影响相对较小,可根据实际工程条件选择合适的芯桩类型。

黄河冲积粉土的渗透特性研究

黄河冲积粉土分布范围广,工程性质差,作为填料时容易出现渗透破坏现象。为研究粉土的渗透特性,以郑州地区黄河冲积粉土为研究对象,在分析黄河冲积粉土基本物理性质和颗粒级配的基础上,实验研究不同压实度粉土的渗透系数,并验证了常用渗透系数经验公式对黄河冲积粉土渗透系数预测的适用性。研究结果表明:郑州地区黄河冲积粉土颗粒以粉粒组为主,其渗透系数随压实度的增大而减小,大致与压实度呈负指数关系;此外,修正kozeny-carman公式更适于预测压实黄河冲积粉土的渗透系数。

黄河冲积粉土动弹性模量的衰减特性研究

黄河冲积粉土分布范围广、工程性质差,作为填料时容易在动力荷载下产生附加沉降或破坏,给沿黄区域工程建设带来不利影响。为研究压实粉土的动力特性,以郑州地区黄河冲积粉土为研究对象,在分析黄河冲积粉土基本物理性质和颗粒级配的基础上,对不同压实度粉土开展了等压固结分级循环加载的动三轴试验,分析了压实度、围压、循环应力比、加载频率对粉土动弹性模量衰减特性的影响规律。研究结果表明,压实度主要影响粉土的初始弹性模量,随着累积轴向动应变的增加,不同压实度粉土的动弹性模量基本趋于一致;在不同试验条件下,粉土的动弹性模量随着累积轴向动应变的增加表现出逐渐减小的趋势;当累积轴向动应变较小时,动弹性模量的减小速率较快,但随着累积轴向动应变的增加,动弹性模量衰减逐渐减缓,最终趋向稳定;粉土动弹性模量随累积轴向动应变基本呈指数衰减模式。

饱和地基中波阻板远场被动隔振的二维BEM-FEM耦合分析

国际上已把振动污染列入“七大环境公害”之一,而波阻板(wave impedance block,简称“WIB”)是低频环境振动污染防治的一种常用手段。针对饱和地基中建(构)筑物下方设置波阻板的远场被动隔振问题,分别采用饱和土半解析BEM对饱和地基和FEM对波阻板进行建模,最终建立了波阻板对入射Rayleigh波隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,采用该方法计算分析了波阻板的远场被动隔振效果,并初步探讨了组合式波阻板(由多种材料组成的波阻板)的隔振效果。研究结果表明:在建(构)筑物下方一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方地表的振动;地表屏蔽区域范围与波阻板设置范围基本吻合。减小波阻板埋深和增大波阻板厚度均能取得更好的隔振效果,而波阻板宽度对隔振效果基本无影响;实际工程设计时,建议波阻板埋深取0.2~0.4λR(λR为Rayleigh波波长)和厚度取0.2~0.3λR,宽度则根据被保护建筑尺寸确定。波阻板材料剪切模量对隔振效果影响较大,增加波阻板材料剪切模量是提高波阻板被动隔振效果最为有效的措施之一。此外,当波阻板由竖向多层材料组成时,建议采用上软下硬方式构建波阻板;当波阻板由多种材料水平分区组成时,地表隔振效果与其下方对应分区的材料性质相对应,可根据实际工程振动控制要求的不同构建多种材料分区的组合式波阻板。

湖北省宜昌市 百个社区社会组织服务品牌为基层治理注入新活力

7月23日,湖北省宜昌市民政局主办的社区社会组织骨干负责人培训班开班。“长江哨兵”志愿服务队、陈实志愿服务队、朝夕公益志愿者联合会等100个社区社会组织服务品牌负责人齐聚一堂,学习探索推进基层治理体系和治理能力现代化的有效路径,以更好地满足人民群众对美好生活的向往,以高水平基层治理为宜昌高质量发展注入新活力。

饱和地基中二维填充沟远场被动隔振研究

针对饱和均质地基中二维填充沟远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质频域边界元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效的分析饱和半空间的动力问题,是解决土–结构动力相互作用问题的一种有效工具。在此基础上,根据填充沟与周围土体的邻接条件,推导得到了填充沟对Rayleigh波散射的二维边界元方程;运用上述边界元方程,对刚性填充沟的远场隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:在饱和地基中设置填充沟能够对地面振动起到有效的隔振作用;增加填充沟的深度和剪切模量均能有效地提高其隔振效果;填充沟宽度对隔振效果影响较为复杂,而填充材料的泊松比对隔振效果则基本没有影响。

循环荷载作用下考虑非达西渗流的软黏土一维流变固结分析

基于Hansob渗流理论和Merchant流变模型,将微分型流变方程耦合到一维固结理论中,建立了循环荷载作用下双变量表述的软黏土一维流变固结耦合方程组。采用Flex PDE软件对方程组进行了求解,通过与已有文献结果对比,验证了算法的可靠性,在该基础上研究了循环荷载作用下饱和软黏土的一维流变固结特性,分析了Hansob渗流参数、Merchant流变模型参数以及循环荷载类型对饱和软黏土固结特性的影响。研究结果表明,按超孔压定义的平均固结度U_p和按变形定义的平均固结度U_s均呈现循环变化特征,且U_p>U_s;当循环周次较大时,U_p进行稳定循环状态,由于流变效应,U_s峰值仍呈逐渐增大趋势;随着Hansob渗流参数m和1I的逐渐增大,地基固结速率逐渐降低,同一循环周次内U_p、U_s的峰值也随之降低;随着流变参数F的逐渐增大,同一循环周次内U_p的峰值逐渐降低,U_s的峰值显著提高;随着b的逐渐增大,同一循环周次内U_p、U_s的峰值逐渐降低。循环荷载作用下地基的平均固结度始终处于循环状态,无法达到固结完成状态,其最大平均固结度也远小于线性荷载的情况。

饱和地基中单排桩远场被动隔振研究

针对均质饱和地基中单排桩远场被动隔振问题,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效分析饱和半空间的动力问题,是解决土-结构动力相互作用问题的一种有效工具。在此基础上,根据排桩与周围土体的邻接条件,推导得到了单排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对单排桩的远场被动隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:单排桩能以一个整体对Rayleigh波进行隔振;增加单排桩的桩长、桩径和桩身剪切模量均能有效提高其隔振效果;减小桩间净距也能够有效提高屏障的隔振效果。

饱和土半解析边界元法及在双排桩被动隔振中的应用

针对均质饱和地基中双排桩远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效地分析饱和半空间的土-结构动力相互作用问题。在此基础上,根据双排桩与周围土体的邻接条件,推导了双排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对双排桩的远场被动隔振问题进行了研究。结果表明:双排桩能够有效地降低屏障后的位移振幅,其隔振效果要优于单排桩;排间净距对隔振效果影响不大,而桩间净距则对双排桩隔振效果起控制作用。

饱和地基中二维空沟远场被动隔振研究

针对饱和地基中二维空沟远场被动隔振问题,首先,基于饱和多孔介质频域边界单元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效分析饱和半空间的动力问题,是解决土-结构动力相互作用问题的一种有效工具。在此基础上,推导得到了空沟对Rayleigh波散射的二维边界元方程,对空沟的远场隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:设置空沟能够对地面振动起到较好的隔振作用;当空沟深度小于1个Rayleigh波波长时,提高空沟深度能够有效的提高其隔振效果;而空沟宽度对隔振效果的影响相对较小;饱和地基参数改变对空沟隔振效果影响不大。

饱和层状地基的薄层法基本解及其旁轴边界

在Biot饱和多孔介质理论的基础上,应用Fourier级数展开和Hankel变换方法,将Biot波动方程转化为一组二阶常微分方程;运用薄层法在竖向进行离散求解,最终得到层状饱和地基Lamb问题的解答。针对薄层法仅能在有限深度内求解的不足,根据旁轴近似原理,对饱和半空间频率–波数域内的刚度矩阵进行二阶Taylor级数展开,得到适合于薄层法底层边界的通用旁轴近似解答,提高了薄层法的计算效率。最后,通过两个计算实例验证了本文解答。

基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结

在太沙基一维固结理论的基础上,引入分数阶导数Merchant流变模型来描述土体的变形特性,通过对微分型流变方程和一维固结方程进行Laplace变换,推导得到了Laplace变换域内饱和软黏土的一维流变固结方程,采用FlexPDE软件对方程进行求解,并通过Durbin反Laplace变换获得了平均固结度的时域解答。在此基础上,研究了分数阶导数流变模型的微积分阶数和流变模型参数对饱和软土一维流变固结特性的影响规律。计算结果表明:基于整数阶和基于分数阶导数流变模型的流变固结理论在固结前期基本相同,但在固结后期两者差异显著,基于分数阶导数流变模型的软黏土Up要高于整数阶的情况,而Us的规律则截然相反。此外,微分阶数β对两种定义的平均固结度均有较大影响,β越大,Up越小而Us就越大,软黏土的流变效应越显著。随着流变模型参数F的逐渐增大,同一时刻软黏土的Up逐渐减小,而Us则逐渐增大;随着参数β1的逐渐增大,同一时刻软黏土的Up和Us均随之减小。

弹性地基中波阻板对入射Rayleigh波的远场被动隔振研究

针对被保护结构下埋置波阻板的远场被动隔振问题,采用频域弹性边界元法,推导得到了弹性地基中波阻板对入射Rayleigh波散射的边界元方程,在此基础上对波阻板的远场被动隔振效果进行了计算,并对影响波阻板隔振效果的因素进行了分析。研究结果表明:在地基一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方及后方区域的地面振动;减小波阻板埋深以及增大波阻板厚度均能获得更好的隔振效果;而增加波阻板的剪切模量是提高波阻板被动隔振效果的最有效措施。

弹性地基与饱和地基中连续屏障远场隔振的对比分析

运用弹性边界元法和饱和土半解析边界元法计算分析连续屏障的远场隔振效果,并对两种地基条件下的隔振情况进行对比。结果表明:空沟深度对隔振效果影响较大,而空沟宽度对隔振效果基本没影响,弹性地基中空沟的隔振效果要好于饱和地基。填充沟宽度较小时,两种地基中的填充沟隔振效果基本相同,随填充沟深度和剪切模量的增加而提高;而当填充沟宽度较大时,弹性地基中的填充沟隔振效果要远好于饱和地基的情况。

交通荷载下城市路面塌陷问题的试验研究

地下管线渗漏与交通荷载是引起城市道路塌陷的重要原因。本文采用8组室内缩尺模型试验,考虑了荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置和流失通道形成时间等因素,研究了管线渗漏引起的路面坍塌问题。试验结果表明:当流失通道形成较晚时下伏侵蚀空洞呈球形,其余情况下侵蚀空洞形状皆为漏斗形;仅有静荷载作用时,达到最终破坏的时间比仅有动荷载作用时要长;较小的动荷载,能增加渗漏管线上方土体的稳定性,而较大的动荷载则加快了路面塌陷过程;随着流失通道形成时间的增加,形成侵蚀空洞尺寸就越大,地表越容易塌陷;随着流失通道与管线的间距增加,最终路面破坏时长也增加;位于管线上方的土层厚度越大,地下空洞尺寸和地表沉降就越小。

饱和地基中多排孔远场被动隔振分析

针对实际工程中单排孔隔振效果差的问题,采用饱和土半解析边界元法研究分析了多排孔的远场被动隔振效果。根据多排孔内表面的边界条件,推导得到了多排孔对入射Rayleigh波散射的三维边界元方程,编制了计算程序,对多排孔的远场被动隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:相对于单排孔,多排孔能够对入射Rayleigh波进行有效的隔振,且多排孔的排列方式对隔振效果影响较小;多排孔的排数以两排为宜,排间净距取排孔直径时隔振效果最优;多排孔每排孔的数量对隔振效果和有效屏蔽区域的面积影响较大,建议根据有效屏蔽区域来确定排孔孔数,且每排孔孔数不宜少于6个。此外,与单排孔隔振类似,排孔的深度宜取1倍Rayleigh波波长;随着孔间净距的增加,多排孔隔振效果逐渐劣化,多排孔不再呈一个整体对Rayleigh波进行隔振。

高填方路基施工期沉降分析

随着道路建设逐渐向山区的延伸,在实际工程建设中高填方路基段不均匀沉降问题成为制约工程质量的一大瓶颈.采用有限元法对高填方路段不同施工时间以及不同填筑高度下的路基沉降进行模拟,并结合衡枣高速工程实例对模拟结果进行分析.研究结果表明:利用有限元法模拟高填方路基沉降问题具有较高的精度.随着填筑高度的增加,路基底部各点的沉降值均出现明显增大.对于路基中线不同深度个点,随这填筑高度的增加,其竖向位移呈线性减小.

饱和层状地基的瞬态动力响应分析

在Biot饱和多孔介质理论的基础上,应用Laplace变换、Fourier级数展开和Hankel变换将波动方程转化为一组二阶常微分方程;运用薄层法原理在竖向进行离散求解,得到饱和层状地基Lamb问题的Laplace域内解答,并利用Laplace数值逆变换最终得到时域内的数值解答,最后,通过计算实例验证了本文方法.

二维及轴对称条件下饱和层状地基的Lamb问题解答

在Biot饱和两相介质理论的基础上,对二维Biot波动方程进行水平坐标的Fourier变换和相应的变量代换,得到一组以土骨架位移分量与孔压为变量的二阶常微分方程。同时,对轴对称条件下的Biot波动方程进行径向坐标的Hankel变换,得到一组与二维情况相同的常微分方程。为求解该常微分方程组,运用薄层法原理在竖向进行离散求解,最终得到饱和层状地基的动力Lamb问题的基本解答,给出频域内土骨架位移和孔压的显示表达。此外,针对薄层法仅能在有限深度内求解的不足,根据旁轴近似原理,对饱和半空间频率-波数域内的刚度矩阵进行二阶Taylor级数展开,得到适合于薄层法底层边界的旁轴近似解答。最后,通过计算实例验证本文解答。

评价水泥搅拌桩复合地基加固效果的新思路

在桩土应力比计算水泥搅拌桩复合地基承载力理论基础上,提出了利用桩土平均瑞利波速评价复合地基承载力的一种新思路,并利用数值分析的方法验证了这种思路的可行性。