模块化建筑刚性桩复合地基共同作用试验分析

本文依据某模块化示范楼,制作了简化后的1∶10的模块化建筑刚性桩复合地基的室外缩尺模型,考虑了上部模块结构与地基基础共同作用。通过模型试验分析了上部模块刚度变化对上部模块钢柱、筏板基础和刚性桩复合地基各受力体的影响。结果表明:模块化建筑中部柱轴力>边部柱轴力>角部柱轴力;随上部模块刚度的增加,中部柱轴力逐渐减小,边部柱和角部柱轴力逐渐增大;筏板基础中部沉降最大,边部沉降最小,整体沉降随上部模块楼层的增加逐渐增大;角部桩身轴力>边部桩身轴力>中部桩身轴力,桩身轴力沿着桩深度方向先增大后减小;桩身上部一定范围内产生负摩阻力。分析结果能够为模块化建筑单元构件设计及刚性桩复合地基基础优化设计提供参考。

对围岩-支护共同作用原理的讨论

围岩-支护共同作用原理在地下工程支护设计以及安全评价中发挥着重要作用,基于该理论的收敛约束法也是目前国际上通用的支护设计方法。但共同作用原理未考虑地下工程先开挖后支护的特点,而是假定开挖与支护在同一瞬间完成。目前已有学者证明隧道开挖与支护分别符合塑性力学定义的加载和卸载条件,这表明开挖是发生塑性变形的过程,而支护是发生弹性变化的过程。对满足莫尔-库伦屈服准则的圆形隧道进行理论分析,结果表明:由支护产生的围岩位移增量与支护应力成正比,而传统的围岩特性曲线并不符合该规律。使用有限差分数值计算软件FLAC对圆形隧道的开挖与支护进行验证计算,得到支护后围岩位移增量与支护应力的关系符合弹性变形规律。因此,此前广为应用的围岩-支护相互作用原理中的围岩特性曲线在塑性力学理论范畴内并不正确。

考虑桩-土共同作用的减沉桩设计方法适用性分析

针对复杂地层中减沉桩基础适用性的问题,基于大量实际工程探讨场地地基与建筑类型、最大沉降控制标准与桩土刚度分布等因素对减沉桩基设计结果的影响,提出以节约用桩量为优化目标的减沉桩基础应用准则和设计方法,并通过工程案例验证了方法的合理性。结果表明:减沉桩基础对多种场地和建筑物类型具有较好的适应性,基础重要性等级、天然地基承载力和桩土刚度分布是决定其应用的关键因素;从节约用桩量和保证基础整体安全性出发,建议软土和硬土地区建筑物所在场地的天然地基承载力满足率不低于0.5和0.65;从保证筏板承载力贡献率考虑,Gibson地基和分层地基的无量纲影响系数建议不低于2.3和1.5;满足上述各项要求可作为判定减沉桩基础适用的基本前提。

基坑围护桩与池壁共同作用的水池设计

采用大型岩土软件MIDAS GTS NX对某工程粗格栅及进水泵房结构进行数值模拟分析,研究市政水池在基坑围护桩与池壁共同作用下,结构的受力状态与传统设计方法池壁受力状态的区别,结果表明:在边界条件一致的情况下,与传统设计计算方法相比,基坑围护桩、池壁共同作用下结构所受的弯矩更小,设计变小约30%。在类似工程中,不能忽略围护桩体在后续水池结构中的受力作用,桩—池壁共同作用可减少池壁厚度和配筋用量,从而节约造价。该研究可为同类工程设计提供借鉴。

波流共同作用下磨刀门河口余流特征分析

磨刀门河口水动力条件复杂,波浪作用明显,波浪影响下磨刀门河口余流特征的研究较少。本文基于SCHISM模型,建立二维波流耦合数值模型,通过比较有波浪和无波浪影响的河口余流特征,分析波浪对余流的影响,并从余流角度定性分析交杯四沙演变特征。结果表明:磨刀门河口西汊余流动力较强,西侧龙屎窟水道出口处余流较小,四沙水域受波浪作用较明显,余流动力介于两者之间。四沙水域余流流向在波浪作用下发生较大改变;交杯四沙在西汊强劲余流以及波浪掀沙作用下,四沙脊线有向西顺时针偏转趋势。

基于三维有限元分析的某高层项目地基-基础-上部结构共同作用分析

依托孟加拉国某项目,系统性介绍了采用三维有限元方法进行考虑地基-基础-上部结构共同作用的分析实例。首先,采用数值模拟方法,对现场非后注浆常规单桩静载荷试验进行反演分析,探讨了通过控制桩侧接触面强度折减系数及桩端接触面刚度来模拟桩端后注浆技术对桩侧及桩端加固效应的可行性。然后,依据孟加拉国家建筑规范(BNBC-2020)荷载组合值,采用流-固耦合分析方法进行了考虑短期加载效应及长期固结效应的地基-基础-上部结构共同作用分析,重点分析了群桩基础基桩轴力及竖向位移分布模式、单桩及群桩的基桩刚度对比、单桩与群桩的沉降比、桩土荷载分担比以及长期固结效应对沉降和筏板应力的影响,分析结果表明:(1)群桩基础下基桩桩端承载力占比约10%,整体表现为摩擦型桩,基桩轴力及桩身竖向位移延桩轴向自桩顶至桩底均表现为近似梯形衰减的分布。(2)采用共同作用分析方法计算结果的群桩效应显著,考虑长期效应共同作用分析的平均群桩基桩刚度约为350MN/m,单桩与群桩分析的沉降比约为0.25。(3)考虑长期固结效应后,筏板下桩土发生应力重分布现象,群桩整体沉降最大值增长约20%,筏板压应力最大值增长约10%。地基-基础-上部结构共同作用分析,宜采用考虑长期固结效应的流固耦合有效应力参数进行计算,以考虑排水固结的过程,以得到更为准确的筏板内力及基桩反力。

深厚填土地基处理、基础与结构共同作用设计

本文阐述了深厚填方地基的工程地质问题,讨论了现有的解决处理方法及局限性,提出了深厚填土地基处理、基础及上部结构共同作用的整体设计概念,以某工程实例对设计中的地基处理关键技术及下部沉降控制设计进行了探讨与总结,最后通过现场监测的方法进行了验证,为今后类似深厚填土地基工程设计与施工提供了可靠的技术支撑.

压弯共同作用下叠合梁斜拉桥桥面板有效宽度研究

为合理考虑混凝土桥面板剪力滞效应带来的不利影响,文章依托双边箱型截面叠合梁斜拉桥工程实例,基于有限元法对压弯共同作用下桥面板的有效宽度计算方法进行研究分析,推导得到实用计算公式,并计算得到施工方案优化前、后桥面板的有效宽度系数。结果表明:现行组合结构桥梁相关设计规范不适用于计算压弯共同作用下叠合梁斜拉桥桥面板有效宽度,未考虑混凝土桥面板所受的压弯共同作用;压弯共同作用下,混凝土桥面板可以根据叠加原理分别计算考虑轴力、弯矩作用下桥面板的应力,得到叠合梁斜拉桥混凝土桥面板的正应力分布,以此计算压弯共同作用下叠合梁斜拉桥混凝土桥面板有效宽度;考虑压弯共同作用下的叠合梁斜拉桥桥面板应力验算时,施工状态下桥面板的应力可按1.3倍进行考虑,即偏安全地将混凝土桥面板应力值较初等梁理论的计算值提高约30%。

大型钢筋混凝土水池分离法与共同作用法计算分析

大型钢筋混凝土水池结构多采用有限元计算方法分析,包括分离法与共同作用法。论文对典型水池结构分别采用两种方法进行计算,对计算结果进行对比分析;对影响两种计算方法差异的主要因素地基刚度、水池底板刚度进行了研究,分别取不同的地基压缩模量与底板厚度,对不同模型的计算结果进行分析。得到了基本结论:当地基与底板刚度足够大时,共同作用法的计算结果将趋近于分离法,可以采用分离法对水池结构进行分析;当地基与底板刚度有限时,两种方法计算结果差异较大,建议采用共同作用法或两种方法包络对水池进行计算分析。

温度-拉应力共同作用下砂岩破坏的断口形貌

通过扫描电镜研究温度–拉应力共同作用下砂岩破坏的断口形貌。通过研究不同温度影响后的解理断口、准解理断口、疲劳断口、非主断裂面的二次裂纹和碎裂断口、局部延性断口、沿晶断口及一些奇特的断裂花样,证实温度对砂岩断裂的微观机制产生了影响,随着温度的升高,砂岩的断裂机制由以局部脆性断裂机制为主向局部脆性和延性耦合断裂机制转变。低温下的断口较为光滑平坦,高温下的断口较为粗糙,表明发生过塑性变形,并且高温断口形貌更为多样和更为复杂,这主要是受到高温影响后,岩石内部矿物颗粒、晶体和原子热运动加剧,当岩石受到外部载荷作用时断裂就有可能出现在更大范围的位置。通过一些简单的断裂机制示意图对部分断口形貌进行解释,并报道了一些特殊的岩石断口形貌。综合认为金属断口学研究中所发现的微观断口形貌特征几乎都可以从岩石断口形貌中找到,但由于岩石是多晶体地质材料,高温影响下岩石的断口形貌还将更为多样和更为复杂。

降雨与库水位共同作用下近坝库岸边坡滑坡模型试验研究

根据云南省龙江水电站近坝库岸边坡滑坡特点,为了对降雨与库水位共同作用下近坝库岸边坡滑坡有深入的了解,进行了降雨与库水位共同作用下边坡滑坡大型模型试验研究。试验结果表明:降雨是引起近坝库岸边坡滑坡的重要因素,降雨与库水位共同作用下近坝库岸滑坡有效应力减小,研究库水位以下边坡土体的抗剪强度减小;库水位作用使得边坡产生沉降和裂缝,边坡的滑坡是由降雨和库水位共同作用引起,库水位以下边坡土体水分入渗充分,边坡内部孔隙水压力较大,边坡易产生滑坡且滑坡规模较大,近坝库岸边坡滑坡属于浅层牵引式滑坡。

水化学与冻融循环共同作用下砂岩细观损伤与力学性能劣化试验研究

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征,分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验,分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律,结果显示:随水化学溶液浸泡时间的增加,砂岩强度和弹性模量均有所降低,且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加,砂岩强度和弹性模量均有明显降低,且中性溶液冻融循环下的降幅最大;水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大,而水化学溶液冻融循环对其影响显著,且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近;水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著,单纯浸泡下酸性溶液增幅最大,冻融循环下中性溶液增幅最大;水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构以受冻胀损伤为主,大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用,在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的叠加效应,且在砂岩大孔径孔隙细观结构上,酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的叠加效应有一定抑制作用;砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。

弯曲荷载与氯盐侵蚀共同作用下的预应力混凝土梁耐久性能研究

当前在进行海工混凝土结构受氯盐侵蚀的耐久性研究时往往忽略了混凝土力学损伤的影响,这可能会导致高估结构的耐久性能。该文提出了在数值分析中引入损伤因子实现综合考虑结构损伤影响及氯盐侵蚀共同作用的分析方法,通过干湿循环的氯盐侵蚀试验与数值模拟分析,研究遭受氯盐腐蚀且受到长期荷载作用的预应力混凝土梁的耐久性能。结果表明,数值分析结果和试验结果吻合良好。参数分析结果表明:0.2mm宏观裂缝的出现对氯离子浓度有着较为显著的影响,未出现宏观裂缝时,拉应力对氯离子输运的影响较为有限;荷载比的大小影响结构的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输;梁构件施加预应力后,在15%和30%两种低荷载比状态下延缓其力学损伤(裂缝)的开展,减小荷载作用对氯离子扩散系数的增大效应,有效提高构件的抗氯盐侵蚀性能,当荷载比增加到45%以上,普通钢筋混凝土梁相对于预应力梁的氯离子浓度增比降至10%以内,这表明较高应力比下预应力对梁抗氯盐侵蚀能力的影响减弱。

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.

碳化与酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能

测试了碳化和酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的质量变化率、劈拉强度变化率、溶蚀深度、中性化深度,系统研究了碳化和酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能.结果表明:碳化加速了酸雨侵蚀下混凝土的溶蚀;碳化和酸雨侵蚀共同作用下的混凝土质量损失率、劈拉强度损失率以及溶蚀深度都大于单独酸雨侵蚀作用下的混凝土质量损失率、劈拉强度损失率以及溶蚀深度,中性化深度大于单独酸雨侵蚀下中性化深度和单独碳化作用下中性化深度的叠加;碳化与酸雨侵蚀作用对混凝土中性化都有贡献,并且贡献大小几乎相当.适量钢纤维的掺入能有效抑制酸雨侵蚀引起的混凝土溶蚀,并降低混凝土中性化速度;掺1.5%(体积分数)钢纤维混凝土的耐久性能最优.

采动区地基、独立基础与框架结构共同作用的力学模型

根据采动区地表变形的规律和独立基础框架结构受力和变形特点,采用合理的地基模型、基础与上部结构共同作用模型和开采沉陷模型,综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论,建立了采动区地基-独立基础-框架结构共同作用的理论计算模型,该计算模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响,从理论上揭示了建筑物位于下沉盆地不同位置时,地表变形与建筑物附加变形和附加内力的关系,并推导出计算采动区建筑物附加变形和附加内力的计算公式,通过计算实例进行了验证,为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论计算依据.

承台—群桩—土共同作用的试验研究

为了研究群桩基础中承台、群桩,和土的共同作用及其工作性状,进行了与工程实际相符合的现场群桩试验,通过安设的测试仪器对承台下基土反力、桩侧摩阻力、桩端阻力等进行了测定。根据试验结果分析了承台、桩、土的相互作用特性,对承台下基土反力的分布、群桩基础中的荷载传递规律、荷载分担等进行了研究,并与单桩的情形进行了比较。在最后提出了基于试验的若干建议。

软土地层桥梁群桩基础桩土共同作用性状的非线性有限元分析

通过对某高速铁路特大桥群桩基础进行三维非线性有限元分析,并结合现场试验得出的规律进行相应的对比分析,研究了软土地层桥梁群桩基础桩身轴力、桩侧摩阻力、基底土体附加应力、孔隙水压力分布、超孔隙水压力消散和群桩基础荷载沉降规律。计算结果表明,基桩所承受的轴力,角桩>边桩>中心桩,角桩和边桩的轴力沿桩身减小的幅度较大,而中心桩的轴力沿桩身减小的幅度稍小;各基桩桩侧摩阻力的发挥情况,侧摩阻力值总体上呈角桩>边桩>中心桩,相对滑移量基本呈上大下小的形态,即桩身上部桩-土之间产生的相对滑移量较中下部要大;外荷载作用下产生的土体附加应力和超孔隙水压力主要集中在承台底以下土体的一定范围内,其衰减梯度沿深度方向逐渐降低,随着固结时间的延长,群桩基础沉降达到稳定。

采动区地基、条形基础与框架结构共同作用机理研究

本文综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论,建立了采动区地基–条形基础–框架结构共同作用力学模型。该力学模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响以及框架结构建筑物的基础和建筑物的长度等影响因素,从理论上分析了采动过程中上部结构变形、内力等变化规律及主要因素的影响规律,推导出计算采动区建筑物移动变形和各种附加内力的计算公式,通过计算实例进行了验证,为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论依据和计算工具。

引入接触单元模拟桩土共同作用

在桩与桩侧土界面引入接触单元模型,并采用参变量变分原理及基于此原理的参变量二次规划法,对接触单元刚度矩阵进行了推导。模型计算结果与实测比较表明,接触单元能较好地模拟桩与土之间的剪力传递和相对位移。