可折叠防沉板不排水单向承载力上限解

海底可折叠防沉板是有效解决独立式防沉板因面积过大而带来安装施工困难且费用高问题的一种新型海洋浅基础。服役期间,其不排水承载力、破坏机制严重依赖两翼间距和地基土不排水强度分布规律。为揭示可折叠防沉板的承载特性并建立其承载力计算方法,结合数值模拟和理论分析的手段,揭示了不排水条件下可折叠防沉板在竖向V、水平H、弯矩M荷载作用下的地基破坏机制及其随两翼间距、土体不排水强度分布的演变规律。进而基于揭示的破坏机制,分别建立了对应的运动许可速度场,联立虚功率方程和内部能量耗损函数建立了可折叠防沉板单向承载力上限解,并编制了求解程序。通过与数值计算结果对比,不排水承载力上限解高于数值解9.0%以内,计算精度较高。成果解决了传统独立式防沉板承载力计算理论不适用于可折叠防沉板的问题。

筒型基础水平向和抗倾承载力的极限分析上限解

海上风电是我国近年来重点发展的能源形式之一,大直径宽浅式筒型基础作为一种新型海上风电基础,具有更好的抗倾覆承载能力,更加适用于我国近海软黏土较多的土质特点;并可以实现岸边预制、海上基础-塔筒-风机整体浮运与安装,具有良好的经济效益。为更好地掌握宽浅式筒型基础的承载特性,针对海上风电基础承受水平向与倾覆荷载较大的特点,开展了数值分析对筒型基础的单向极限承载性能进行研究,得到水平向以及抗倾极限承载力和对应的承载模式;并基于筒型基础的承载模式,建立相应的破坏机动场和速度场,结合虚功方程和内部能量损耗率函数,采用数学软件编程求解了宽浅式筒型基础水平向和抗倾承载力的极限分析上限解,计算结果与数值结果的吻合程度良好。

基于遗传算法的反倾层状岩质边坡极限分析上限解

倾倒破坏是反倾层状边坡主要的失稳类型之一,而当反倾层状边坡内存在软弱夹层、外倾结构面等因素时,传统的纯剪断或纯折断破坏将不再适用,如何有效地建立一种该类型边坡的稳定性分析方法对边坡工程设计显得尤为重要。在此基础上,本文针对反倾层状岩质边坡平动-转动组合破坏问题,利用塑性极限分析上限定理,结合相关联流动法则和变形协调条件建立容许运动场,构建考虑平动加转动的岩质边坡稳定性极限分析理论计算模型,进一步采用遗传优化算法进行全局极值搜索,得到基于遗传算法的平动加转动岩质边坡极限分析稳定性系数上限解和相应的最优折断面。采用该方法与改进的 Goodman Bray方法进行对比,计算结果表明所提方法具有一定的适用性。同时利用该方法,对反倾岩质边坡的稳定性影响因素进行了敏感性分析。

海上风电宽浅式筒型基础竖向极限承载力上限解

由于宽浅式筒型基础具有不同于传统筒型基础的超大直径(D≥30 m)和较浅入土深度(d≤15 m),因此其竖向承载模式和极限承载力计算方法有待研究。通过数值分析得到宽浅式筒型基础在达到竖向极限承载力时的破坏模式,引入承载力极限分析理论,构建宽浅式筒型基础竖向极限承载的地基破坏机动场;结合虚功方程采用Matlab求解宽浅式筒型基础竖向极限承载力的上限解,计算结果与数值分析结果和离心试验结果吻合良好。

黏土地层浅埋盾构隧道开挖面三维稳定性上限分析

基于隧道开挖工程实际的破坏形态,提出了更接近于实际的开挖面三维失稳破坏模式,由开挖面前椭圆对数螺旋体和拱顶上部半椭圆球体组成土体松动区,为方便计算将前者划分为多个椭圆锥体滑块,利用极限分析上限法推求出隧道开挖面上极限支护压力的目标函数,并通过与已有文献结果对比验证了方法的正确性。研究结果显示,土体内摩擦角对松动破坏区有显著影响,内摩擦角的增加会导致松动区明显缩小。对于整体失稳和局部失稳两种情况,极限支护压力随埋深比C/D、地层容重和地面超载均呈线性增加关系,而地表超载的影响相对较小;但局部失稳时,当埋深比超过一定值时,极限支护压力不再受埋深比C/D的影响;两种破坏模式计算所得极限支护压力随黏聚力和内摩擦角的增加均分别呈线性减小和指数衰减的趋势;当内摩擦角介于5°~30°之间时,整体和局部失稳两种模式结果差距较大,且埋深比C/D越大差距越大;相比土体的黏聚力和容重,内摩擦角对开挖面支护压力的影响更为显著。研究成果进一步完善了开挖面稳定性的评价体系,可为浅埋盾构隧道施工中开挖面支护压力的设计提供借鉴。

基于空心圆柱仪试验的各向异性软黏土基坑抗隆起稳定分析

已有研究表明,天然黏土的强度表现出明显的各向异性,但其规律未能经过严格的试验验证。基于空心圆柱仪(HCA)的杭州原状软黏土试验结果,对Casagrande法进行修正,提出大主应力方向为任意方向剪切时土体的强度公式。假定基坑开挖引起的土体滑动破坏模式为Prandtl模式,利用上述强度公式,得到基坑抗隆起稳定的塑性上限解。结合算例,讨论了土体强度各向异性比、挡墙入土深度比、墙底下卧硬土层深度、挡墙粗糙度等因素对基坑坑底抗隆起稳定的影响。采用该方法分析杭州某失稳基坑实例,通过与已有方法的结果对比,验证了所提方法的合理性。研究表明,不考虑土体强度各向异性和基于Casagrande各向异性公式的抗隆起分析都将高估杭州软黏土基坑的抗隆起稳定性。

“坝前淤积面加坝”边坡稳定性分析上限解

西北黄土丘陵山区通常采用“坝前淤积面加坝”进行水库除险加固施工,涉及不同固结状态土体和多个软弱结合面的“复合土坝”稳定性分析问题。文中针对“复合土坝”的结构型式和水库运行特点,基于极限分析上限定理,构建2种运动许可的破坏机制,给出考虑库水位动态变化引起的坝坡静水压力和坝体孔隙水压力效应的边坡稳定分析上限解,采用强度折减法并结合序列二次规划法进行边坡安全系数的寻优计算。在此基础上,以宁夏南部黄土丘陵山区“坝前淤泥面加坝”的水库除险加固工程为算例,对比分析文中上限解与Optum-G2和Geo-studio数值模拟计算结果。研究表明,当库水位由设计水位骤降至死水位时,2种破坏机制的上限解与数值模拟值非常接近,安全系数的相对误差≤5.7%;改变淤泥-新填土软弱结合面宽度,破坏模式亦随之变化;平动破坏时,软弱结合面宽度与边坡安全系数呈近似线性关系,宽度每增加1 m,安全系数约提高2.7%;转动-平动破坏时,坡比与边坡安全系数亦呈近似线性变化,坡比每增加0.1,边坡安全系数约降低8.6%。本文方法简单、快捷,适宜在此类工程中应用。

非均质与各向异性黏土基坑抗隆起稳定分析

经典的Prandtl机构不能很好地反映支护结构入土深度的影响,也不能反映土体强度非均质和各向异性的影响。根据塑性极限分析上限定理,基于修正的Prandtl机构,推导了既可以合理反映支护结构入土深度影响,又可以反映土体强度非均质和各向异性特性的基坑抗隆起稳定的上限解公式,同时基于商业化程序的二次开发,建立了可以考虑土体强度非均质和各向异性影响的强度折减弹塑性有限元方法。通过提出的修正Prandtl机构上限解与强度折减有限元方法以及多块体上限解的对比,验证了修正机构上限解以及强度折减有限元法的合理性和可行性,最后讨论了非均质系数、各向异性系数、支护机构入土深度等因素对基坑抗隆起稳定性的影响,并通过了实例的验证,相关结论可供工程参考。