循环荷载作用下饱和软土的各向异性边界面模型

在临界状态弹塑性力学的框架内,建立了可以考虑循环荷载作用下各向异性对饱和软土力学特性影响的边界面塑性模型。该模型采用非关联的流动法则,引入了反映土体各向异性的内变量,利用该内变量的初始值描述初始各向异性,采用一种理论更为严谨、模型参数确定更为恰当的旋转硬化法则描述循环加载过程中各向异性的演化,利用更新映射中心的径向映射法则和与塑性偏应变路径长度有关的塑性模量插值规律,保证模型能够模拟循环加载时应力-应变响应的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,解释了模型参数的物理意义和确定方法,特别是给出了一种合理确定描述土体初始各向异性状态变量方法。通过文献中等压固结和偏压固结饱和黏土的循环三轴试验结果与模型预测结果的对比验证了模型的合理性。

民用机场场道路基工作区深度影响因素定量分析

借助有限元数值分析方法求解了飞机荷载作用附加应力在民用机场场道土基分布的边值问题,在此基础上定量地研究了飞机荷载类型、刚性道面厚度、土基回弹模量以及工作区不同定义标准对工作区深度的影响:飞机荷载越重、起落架形式越复杂,土基中附加应力的影响范围越大,相应工作区深度越大;刚性道面的厚度越大,工作区深度越小;土基回弹模量越大,工作区深度越大;刚性道面的工作区深度与刚性道面厚度、土基回弹模量之间存在良好的线性关系,并且这种线性关系与工作区深度的定义标准有关。在上述分析的基础上,提出了一种确定刚性道面工作区深度的简易方法,可以规避繁琐的数值模拟。在场道的设计和建设工程中,可以借鉴本文研究成果确定机场场道路基的工作区深度进而选取合适的路基处理深度和处理方法。

轴向荷载作用下管与软土相互作用模型试验

开展室内模型试验研究了PE涂层足尺管道在软弱黏土中发生纵向位移时静置时间、加载速率以及土层不排水抗剪强度3个因素对轴向摩擦特性的影响。研究表明,管与软黏土纵向相互作用的抗力-位移曲线存在硬化型和软化型两种形式,前者的峰值摩擦阻力一般出现在加载过程的最后阶段,而后者的峰值摩擦阻力则出现在相对位移为(0.005~0.02)D(D为管直径)范围内;试验测得的峰值摩擦系数取值介于0.12~0.23之间,且该值比美国API规范推荐值偏小;管土纵向峰值摩擦系数与加载速率成正相关关系,且加载速率对抗力-位移曲线类型无显著影响;常见的不排水抗剪强度范围内,土层的不排水抗剪强度值越低,纵向摩擦系数越大。上述结论可为海底埋设管线与软黏土纵向相互作用摩擦系数的确定提供参考依据。

饱和黏土振动弱化性态的边界面模型分析

基于增量弹塑性边界面理论,构建一种可以描述振动应力作用下饱和黏土弱化的边界面应力应变关系。该关系利用具有严谨理论基础的旋转硬化法则描述振动应力作用过程中边界面大小与位置的变化,并将塑性累积偏应变长度作为反映振动应力历史对饱和黏土应力应变响应影响的状态参数,通过建立包含状态参数的塑性模量插值关系描述饱和黏土振动弱化应力应变响应,进一步按照正交流动法则形成增量应力应变关系。该关系包含9个参数,其中5个是剑桥模型参数,其余4个参数有相对明确的物理意义。利用所构建的边界面应力应变关系,对两种黏土的等压固结不排水静三轴试验和动三轴试验进行预测,并与试验结果进行比较,结果表明这一关系能够较好描述振动应力作用下饱和黏土刚度与强度弱化特性。

机场刚性道面地基的工作区深度研究

以附加应力等于地基自重应力的10%为标准,应用有限元软件分析了飞机荷载类型、道面板厚度、道面混凝土材料以及道面土基回弹模量对于道面地基的工作区深度的影响。结果表明:飞机荷载类型对工作区深度的影响较为显著,轻型飞机工作区深度在1.5 m左右,而重型飞机工作区深度可达6.0 m。道面板厚度在0.2～0.5 m范围内变化时,对于重型飞机,其影响深度在4.4～6.0 m范围内变化,变化幅度达36.4%;面层材料弯拉模量对影响深度影响很小。对于重型飞机作用下,土基回弹模量在18～80 MPa内变动时,路基工作区深度由4.4 m增为5.4 m,增幅为18.5%。上述结论对于场道地基处理及分析计算具有参考价值。

温度翘曲应力对机场刚性道面寿命的影响

分析了目前中国民航机场刚性道面的设计过程,指出在设计过程中忽视温度应力的影响不合理。参照公路水泥混凝土路面温度应力计算方法并根据Miner定律研究了温度翘曲疲劳损耗对于机场刚性道面影响规律,即温度翘曲疲劳损耗随板厚、地基反应模量的增大而增大,随着混凝土设计强度的增加而降低。然后提出采用设计寿命的影响因子nt/Nt评价温度翘曲疲劳损耗对于机场刚性道面设计寿命影响的方法并提供了相应的机场刚性道面板厚度设计流程图。最后提供了一个考虑温度翘曲应力的刚性道面设计实例,为工程应用提供参考。

机场柔性道面地基工作区深度研究

以附加应力等于地基自重应力的10％为标准，采用有限元方法分析了飞机荷载类型、面层厚度、柔性面层材料和土基回弹模量对地基工作区深度的影响。结果表明：飞机荷载类型对工作区深度的影响较为显著，飞机荷载分类为LC的轻型机型荷载在土基中产生的附加应力较小，影响深度较浅；荷栽分类为LD的中型飞机工作区深度约为3m左右；飞机荷载分类为LE的重型机型工作区深度可达8．2m。面层厚度和材料弯拉模量对影响深度影响很小。重型飞机作用下，土基回弹模量在20—80MPa内变动时，路基顶部一定深度范围内的附加应力值随着回弹模量的增加而减少，附加应力值由32．89MPa减至24．19MPa，减小幅度为26．46％，而该参数对工作区深度的影响甚微。