海上风机桩-筒复合基础基频特性分析

桩-筒复合基础作为海上风机的一种新型基础型式,在提高单桩承载力方面相较于单桩基础具有一定优势,然而筒体对风机结构基频特性的影响规律尚不明确。为研究该问题,对风机塔筒进行解析建模,结合有限元,建立了不同几何尺寸的单桩基础和桩-筒复合基础,将数值模型获得的基础刚度与上部塔筒解析模型进行耦合,提出了分析风机整机结构基频特性的有限元-解析耦合法。研究结果表明有限元-解析耦合法能够快速地实现风机整机结构基频预测。对比桩-筒复合基础与单桩基础基频特性发现:筒体的加入能有效提升单桩基础刚度,可以在不改变单桩基础桩径的前提下,有效提升结构第一阶固有频率,筒外径对基础基频的影响比筒壁高的影响更大。

地铁下穿上盖高层建筑振动响应预测与分析

在城市轨道交通发展大背景下,由于城市土地资源紧张,地铁下穿建筑成为两者的主要结合方式,然而建筑下方列车运行会带来振动过大等环境问题。为了快速有效地评价上盖高层建筑振动响应水平,提出了一种适用于下穿地铁车致高层建筑振动响应计算的反分析法。利用反分析有限元模型,研究地铁振动在拟建高层建筑中的传播与衰减规律,评价拟建高层建筑的振动响应水平。研究结果表明:随着建筑楼层的升高,在不同楼层中室内柱测点位置的振动响应呈现先减小后增大的趋势,在顶层有放大现象;相较于低频振动,建筑结构对高频振动的衰减作用更大;同一楼层振动响应受总建筑楼层高度的影响显著。

地铁列车荷载作用下饱和土中圆形衬砌隧道和轨道系统动力响应分析

为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,采用解析法建立了饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构耦合分析模型,用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟地铁列车,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例对比了饱和土体模型和弹性土体模型动力响应的差异,分析了饱和土渗透系数、荷载移动速度和自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响。结果表明:当土体渗透性较差时,饱和土位移响应与相应的弹性土位移响应区别明显,土体模型对轨道结构响应影响较小;随着渗透系数的降低,饱和土体孔压增大;荷载移动速度和自振频率对轨道结构和土体动力响应影响显著。

移动简谐荷载作用下饱和土体中圆形隧道和轨道结构的动力分析

采用解析法研究了移动简谐荷载作用下饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构的动力响应,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成周期性的两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例分析了荷载移动速度、自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响,对比了连续浮置板轨道和离散浮置板轨道的动力特性。结果表明:离散浮置板轨道情形下,轨道结构和饱和土体响应频谱中存在由荷载周期通过不连续浮置板而引发的参数激励;荷载自振频率接近轨道结构固有频率时产生共振,对轨道结构和饱和土位移、孔压响应均有较大影响;离散浮置板轨道和连续浮置板轨道动力特性有显著差异,当荷载频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,二者对应的自由场响应区别明显;增大衬砌厚度可以显著减小饱和土位移响应。

地铁车辆段上盖建筑道砟垫减振机理与效果

为了分析道砟垫对上盖建筑的减振效果,对杭州市某地铁车辆段咽喉区、试车线碎石道床(含道砟垫)轨道和上盖建筑振动响应进行现场测试.考虑桩与土体的相互作用,建立列车-轨道-土体-桩-上盖建筑三维全耦合动力学模型,揭示了车辆段列车引起上盖建筑振动传播的规律以及道砟垫对上盖建筑减振的机理,分析不同车速下道砟垫刚度对减振效果的影响.结果发现,上盖建筑底层振动主频为40~80 Hz,高频成分随着层高衰减明显;建筑顶层振动主频为20~40 Hz,低频成分随着层高有增大的趋势.道砟垫对上盖建筑的减振效果随着频率的增大呈整体改善的趋势,40 Hz以上的频段,结构最大插入损失可达7~12 dB.车速越高,道砟垫刚度越小,道砟垫对上盖建筑的减振效果越好.综合考虑道砟垫压缩量和减振效果,建议道砟垫刚度取值为0.012~0.024 N/mm^(3).

焊接残余应力的光弹性贴片法测量

在各种工业生产中,焊接技术得到了广泛应用,然而焊接残余应力对结构和构件有很大的危害。该文以理论研究成果为基础,对利用光弹性贴片盲孔法在测量焊接残余应力方面的方法、原理、器械和测量系统等做了深入的分析。

考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性上限分析

为了研究偏压荷载对抗隆起稳定性的影响,提出了一种考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性计算方法,将墙后土体沉降变形近似简化为余弦曲线,从而在研究偏压作用对基坑抗隆起稳定性影响时可计入偏压荷载范围和坑边距等因素,同时在极限上限分析法的公式推导中考虑了土体各向异性对基坑抗隆起稳定性的影响。将该方法与HASHASH和WHITTLE提出的波士顿蓝黏土深基坑开挖有限元模型进行对比,通过数值算例研究了挡墙入土深度、基坑深度、土体各向异性、最下一道支撑到坑底距离及偏压荷载等因素对抗隆起安全系数的影响。研究表明:基坑抗隆起稳定性系数随着土体各向异性比的增加而增加,随着最下一道支撑到坑底距离增加而增大,发现偏压作用距离坑边在2倍基坑深度之内对抗隆起安全系数影响较大。最后结合案例分析验证了该方法的有效性。

填充沟对地铁运营引起地基振动隔振效果研究

为分析填充沟对地铁运营引起的地基振动隔振效果,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–地基–填充沟2.5维有限元分析模型。列车荷载模拟为一组符合列车轴载空间分布的常荷载,钢轨和浮置板简化为无限长Euler梁,衬砌与地基模拟为均质弹性体。理论模型通过钢轨与衬砌仰拱处、以及衬砌与地基处应力和位移连续条件进行耦合。混凝土填充沟模拟为地基中异质体,填充沟与地基交界面通过共用节点法处理,并在波数域中进行求解,最后通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的地基动力响应。计算分析了填充沟在不同列车速度、填充沟沟深、沟宽与隧道埋深等情况下的隔振效果。研究表明,填充沟隔振效果随沟深增加而显著改善,但隔振效果改善速率在填充沟超过一定深度后变缓;随着填充沟距地铁距离增加,沟前隔振效果减弱,而沟后隔振效果改善。随着列车速度增加,填充沟隔振效果变好。

地表移动荷载对既有地下隧洞动力影响解析研究

为获得地表移动荷载对地下隧洞的动力影响,首次给出了地表移动荷载作用下半空间隧洞动力响应解析解。地表移动荷载采用移动简谐荷载模拟,含隧洞半空间地基通过各向同性弹性介质模拟。基于弹性地基控制方程在直角坐标系和柱坐标系下基本解及平面与柱面波函数波形转换,结合地基表面和隧洞柱面施加边界条件,在频域中求得移动荷载下半空间弹性地基与隧洞解析解答,并结合快速Fourier逆变换求得隧洞时域动力响应。利用本解析模型,可计算获得地面移动荷载引起的地下隧洞振动影响,通过与已有研究对比,对本模型正确性进行验证。计算分析了不同荷载移动速度与隧洞埋深下,隧洞表面位移、加速度和地基中动应力响应。研究表明,随着荷载移动速度增加,隧道拱顶地基中动应力与振动加速度均显著增加。地基中动应力随隧道埋深增加迅速衰减,隧洞加速度随埋深衰减相对较慢,但当隧洞埋深超过某一临界深度时,隧洞振动可低于我国规范规定限值。在低速范围,隧洞临界深度随荷载速度线性增加,但当荷载速度超过一定值,隧洞临界深度随着荷载速度呈指数型增长。

地铁车站上盖建筑振动传播规律分析

以杭州某地铁线路车站为背景,选取车站附近典型低层(3层)和高层(16层)建筑结构,在不同楼层内结构柱和楼板位置处布置加速度传感器,获得了地铁车辆下穿上盖建筑不同楼层位置处的振动实测时程数据,通过振动信号的频谱分析进一步获得了不同柱、板位置处振动响应的频谱和1/3倍频程。通过时-频分析研究了地铁车站附近低层和高层上盖建筑中波动传递与衰减规律,同时结合板、柱振动测量数据,采用不同的振动评价规范(GB 10071—1988和JGJ/T 170—2009)对上盖建筑结构振动进行评价分析,获得了振动评价规范间的差异。研究结果表明:车致建筑结构柱和板的振动随着楼层的升高先增大再减小最后出现增大;振动波在结构顶层由于入射和反射叠加存在振动放大效应,特别是高层建筑更为明显;在同样振动水平下JGJ/T 170—2009规范较GB 10071—1988规范更为严苛。

基于粒子图像测速的高含水率软土真空预压试验

为了更加直观地研究真空预压过程中土体的固结变形规律,采用粒子图像测速技术(PIV),开展高含水率软土真空预压模型试验,观测真空预压过程中塑料排水板(PVDs)周围土体位移场的变化.结果表明:排水板周围土体产生了水平方向的位移,且随着真空预压的进行,产生水平位移的范围不断扩大;排水板近处的土体以水平位移为主,主要发生径向固结,距排水板远处土体以竖向位移为主,主要发生竖向固结,并因此形成了排水板处土体凸起而远处下沉的"土桩"现象.结合孔隙水压力值监测结果,认为土体中不同区域的径向固结存在差异,距离排水板近处的土体排水固结更快.另外,对于距离排水板15 cm范围内的土体,通过径向位移计算得到的固结度大于通过孔隙水压力值计算得到的固结度.

黏弹性边界对圆形衬砌隧道动力响应的影响

引入黏弹性边界模型,研究了3种瞬态荷载形式下黏弹性边界上径向刚度系数Kr与阻尼系数Cr对饱和土体与衬砌的径向位移、应力的影响。当Kr趋向于无穷,Cr趋向于0,黏弹性边界退化为完美黏结边界,取退化条件下的黏弹性边界参数同完美黏结边界条件下土体径向位移、应力进行对比,验证了黏弹性边界条件下的解答。分析了突加荷载、阶跃荷载和三角脉冲荷载下不同Kr与Cr值对饱和土体与衬砌的影响,结果表明:3种荷载作用下,刚度系数对土体与衬砌的径向位移、应力影响较大,阻尼系数对土体与衬砌的径向位移、应力影响较小;3种瞬态荷载峰值相同的情况下,突加荷载引起的土体与衬砌的径向位移、应力大于阶跃荷载和三角脉冲荷载。

盾构穿越复合地层机体振动影响因素研究

盾构法作为城市区间隧道常用的施工方法,具有工期短和自动化程度高等优点,然而当盾构机在城市地层中掘进时,会对隧道及周围土体造成振动影响,甚至会透过建筑基础造成环境振动污染。为了研究盾构掘进时机体振动的主要影响因素,以浙江省杭州市某城市道路改建工程为背景,选取盾构机在软土地层和上软下硬复合地层掘进的典型工况,分析主要施工参数和地层条件等主客观因素对机体振动的影响。研究结果表明:软土地层盾构的机体振速为0.1~1.0 mm/s,上软下硬复合地层的机体振速为0.4~2.5 mm/s,上软下硬复合地层竖向振速峰值有显著的增加趋势;盾构机扭矩和总推力是盾构机振动的主要影响因素。

根系种类和含根量对土体强度及边坡稳定性影响

为研究边坡表层根土复合体对边坡稳定性的影响,通过室内三轴试验研究了重塑草根加筋土强度特征。选择3种常见的植物根系,分析根系种类和含根量对土体强度的影响,并基于三轴试验结果建立考虑草根加筋作用的边坡有限元分析模型,研究不同植物根系种类和含根量对边坡稳定的影响。试验结果表明:根土复合体试样应力-应变关系呈应变硬化型,随着试样含根量的增加,试样破坏应力显著上升;草根的存在虽对土体内摩擦力影响较小,但可显著提高土体黏聚力;根系配比对根土复合体强度加固效果有重要影响。数值模拟结果表明:表层根土复合体的存在可以延缓边坡表面水平位移的发展,延缓边坡进入塑性的趋势,有利于增强边坡的稳定性。

基坑宽度效应对基坑稳定性影响的有限元分析

本文结合杭州某地铁车站基坑工程,通过建立不同几何尺寸的有限元分析模型,研究了基坑宽度效应对基坑变形和稳定性的影响。首先采用有限元强度折减法计算基坑抗隆起稳定性安全系数,以此为指标提出宽窄基坑的深宽比界限值,讨论了基坑宽度对坑底隆起、地表沉降、围护墙侧向变形及内力的影响。研究结果表明:宽窄基坑呈现出不同的坑底隆起模式,随着基坑宽深比的增加,坑底最大隆起量不断增大;基坑宽度较小时,宽度效应对围护结构变形、内力及周边地表沉降影响较大,当宽深比大于2时,基坑宽度效应不再明显。

黏弹性边界对准饱和土中圆形衬砌隧道动力响应影响研究

隧道衬砌与周围土体脱开的现象广泛存在于隧道工程中,以往对动力荷载作用下的土-衬砌相互作用的研究多将衬砌-土体界面考虑为完美接触边界,忽略了衬砌与土体间的非均匀接触现象。本文通过将衬砌-土体非均匀界面简化为考虑接触面弱化的黏弹性边界,近似模拟衬砌与土体脱开的情况。基于VB混合物理论,将非饱和土视为准饱和多孔介质,采用拉氏变换将土体、衬砌控制方程转换至变换域,获取准饱和土中应力、位移、孔压响应。通过对不同饱和度下衬砌、土体动力响应的进行数值算例对比分析,着重讨论了衬砌-土体接触边界条件对动力响应的影响规律。研究表明:瞬态荷载下,土体饱和度越大,土体、衬砌位移和界面上应力、孔压响应峰值均越大;粘弹性边界刚度系数对隧道-土体体系响应影响较大,阻尼系数影响较小。

高速公路边坡植被修复对土壤微生物群落的影响

以千黄高速淳安段为例,利用高通量测序技术比较了地表裸露区域和植被修复区域土壤微生物群落多样性差异.结果表明:(1)植被修复显著提高了土壤有机质含量;(2)地表裸露区域土壤细菌OTU数目和Shannon指数显著低于植被修复区域,两区域之间土壤细菌群落结构无显著性差异;(3)地表裸露区域土壤真菌OTU数目显著高于植被修复区域,但是Shannon指数显著低于植被修复区域,两区域之间土壤真菌群落结构具有显著性差异;(4)CCA分析结果显示土壤有机质含量是影响土壤真菌群落结构的主要因素.综合分析表明:植被修复过程中可能会增加土壤有机质含量,进而影响土壤微生物群落结构.

静动荷载作用下海洋软黏土刚度弱化特性研究

利用动三轴联合弯曲元测试系统对嘉兴原状海洋软黏土进行了一系列不排水条件下单调和循环三轴试验,分析静动荷载作用对正常固结软黏土的小应变剪切模量及刚度弱化特性的影响。试验结果表明,土体小应变剪切模量在单调荷载作用下先减小后增大,在循环荷载作用时则逐渐减小并最终保持稳定。在中到大应变下,饱和软土归一化动模量随循环单幅应变发展不断减小,且其值相较于单调剪切时的割线模量略大。研究发现,土体动模量弱化规律与动荷载作用下的小应变刚度特性密切相关,在不同固结围压和循环加载条件下表现出很好的一致性。研究结果可为该区域海洋构筑物设计提供依据,也可供其他同类型工程借鉴。

波函数法在成层半空间圆形隧道动力响应分析中的应用

采用波函数法给出移动点源作用下成层半空间中圆形衬砌隧道动力响应的解析闭合解,其中圆形衬砌隧道模拟为中空圆柱体,隧道周围土体模拟为含有圆形孔洞的半空间,衬砌结构和土体均为黏弹性介质。带有圆柱形孔洞的半空间中总波场由外行的柱面波和下行的平面波构成,圆形衬砌隧道中的总波场可由奇异的柱面波和非奇异的柱面波获得,采用完整形式的矢量平面波函数和柱面波函数可对上述各种波形进行精确描述。由于半空间隧道模型地表的边界条件在直角坐标系中描述,土层与衬砌接触界面上的边界条件在柱坐标中描述,需要利用平面波和柱面波矢量波函数间的变换特性解决上述坐标不匹配问题,并最终通过施加地表和隧道-土体界面处的位移、应力边界条件完成整个模型的解析求解。该解析解可为地铁列车环境振动问题提供一套高效准确的分析方法,并可作为其他数值方法的基准解。数值计算结果表明:荷载速度、激振频率和土体成层性等因素对地表动力响应影响显著,随着地下水位的升高地表振动响应显著降低。

正弦荷载和列车荷载下地铁环境振动减振措施数值模拟研究

对地铁列车运行引起的环境振动以及减振措施进行研究,首先,应用ABAQUS数值分析软件,建立有限元-无限元隧道-土耦合模型;然后,在模型中采用单位正弦荷载进行激励,分析地表不同位置的振动加速度幅值;最后,比较了地铁隧道空沟及填充沟在不同列车荷载激振频率、隔振沟沟深、距离和填充材料等情况下的隔振效果。模拟实验结果表明:空沟的深度对隔振效果的影响很大,深度越深隔振效果越好;对于高频荷载,振动在土体衰减变快,空沟到振源的距离对隔振效果的影响不大;对于低频荷载,空沟到振源的距离增加后隔振效果明显;填充沟的填充材料刚度是影响隔振效果的关键因素,隔振材料刚度越小,其隔振性能越好。同时对实际地铁荷载进行分析,利用实测钢轨加速度获得轮轨间动力作用力,将其施加至有限元模型中,从时域和频域两个角度对比分析了填充沟的减振效果,验证了填充沟减振措施在实际工程中的适用性。