地表水平及倾斜下隧道变形受力特性对比分析

地表倾斜是傍山隧道经常遇到的情况,给施工带来极大的困难。因此,基于有限元原理建立了地表水平和地表倾斜的两种模型,通过对比分析地表水平和地表倾斜情况下的围岩变形受力、围岩塑性区分布、支护结构受力情况,研究地表倾斜下隧道的变形受力特性。结果表明:地表倾斜下的围岩和支护结构受力均不关于隧道中心线对称,且围岩水平位移表现为顺坡方向,围岩应力在深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰部位产生应力集中,深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰弯矩增大明显,塑性区分布呈"不对称蝴蝶"形分布。

深基坑桩锚支护结构受力与变形特性现场试验

在成都地区某基坑支护工程开展了深基坑条件下桩锚支护结构受力与变形特性现场试验,研究了冠梁上土压力与内力变化规律、锚索轴力及支护桩侧向位移分布特征。结果表明:(1)在基坑中部,冠梁对桩顶侧向位移有一定的协调作用,角点处冠梁协调作用较弱,应适当提高冠梁刚度,并将其与其他部位断开;(2)锚索轴力沿基坑深度呈类抛物线型分布,且(0~2/3)倍基坑最终开挖深度he范围内的中上层锚索对支护桩顶侧向位移影响比较明显,施工时应尽量控制该深度范围的开挖速度及重点关注中上层锚索预应力损失;(3)受边界效应影响,基坑变形具有空间效应特征,具体表现为基坑中部大于角点处、长边大于较短边,边界效应对其影响范围大致为1h_e。

钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究

通过室内模拟试验,选取钢波纹管涵洞中间断面,在特征点布设应变片、土压力盒及变形测量仪器,对钢波纹管涵洞的力学特性、管周土压力及涵管变形规律进行了研究,分析了应变与应力、管周土压力及涵管变形的变化规律。研究结果表明:钢波纹管内、外部波峰与波谷环向拉、压变化规律一致;在最高填土高度为18.0 m时,内部涵顶测点1位置环向拉、压应变与应力值最大为1146,-930με与308,-243 MPa;涵顶竖向土压力最大值为551 kPa;变形量最大为13 mm;在高填土情况下以涵顶土压力值作为涵洞设计的设计参数。

钢波纹管涵洞受力与变形特性现场试验分析

为搞清公路路基钢波纹管涵洞在填土荷载作用下的受力与变形特性,结合工程实际,通过现场试验,研究其在路基填筑过程中的工作性能.试验结果表明:钢波纹管涵洞内侧主要承受压应力,外侧主要承受拉应力;最大填土高度时,拉、压应力均在30 MPa左右;断面内、外侧的应变应力出现相反的拉压变化规律,且涵顶两侧45°位置为受力薄弱点.说明实际钢波纹管涵洞设计与施工中应给予关注,特别是在高填土荷载作用下,应对相应的部位进行加强或从施工工艺上采取措施.

无锡地铁深基坑支护结构受力变形特性研究

地下工程的建设对无锡地区深基坑的设计、施工和监测技术提出了重大挑战。无锡地区尚无本地区的基坑工程设计规范,而且在深基坑的实践过程中也不时发生基坑倒塌、围护结构位移过大、基坑漏水等事故。针对无锡地区独特的地质条件,分析了深基坑支护结构的受力变形特性,探讨适合无锡地铁基坑支护结构的计算方法。结合无锡地铁一号线市民广场站基坑监测数据,总结了地下连续墙的变形规律,并对无锡地区地基水平抗力比例系数m值进行反演,确定了合理的计算参数,为今后无锡地区的地铁基坑设计提供了参考依据。

不同自由段长度的滑坡前缘抗滑桩受力变形特性的现场模型试验研究

抗滑桩设计是滑坡(边坡)防治工程中的关键环节,其中抗滑桩的嵌固深度和自由段长度对抗滑支档效果起到重要作用。为探讨不同自由段长度的抗滑桩在顺层岩质滑坡下滑推力作用下的受力和变形特性,本文选取广元旺苍县一处岩质斜坡进行现场模型试验,通过1台液压油泵控制1排4个千斤顶向滑体施加顺坡向的推力,真实模拟顺层岩质滑坡滑动情况,利用抗滑桩内外布设的多种传感器实测了抗滑桩应力和变形。试验结果表明:在同种桩型、同种嵌固深度、不同自由段长度下,抗滑桩桩身最大弯矩和表面最大应力最大相差9.2 k N·m和0.19 MPa,表现出不同的抗滑能力。

基于非线性界面模型的锚杆拉拔受力变形特性研究

锚杆是广泛应用于土建交通、水利水电、采矿巷道等工程领域的重要支护手段之一。为研究锚固界面剪切变形非线性特征和残余剪切强度对锚杆拉拔受力变形特性的影响,引入剪切强度残余系数,在双指数曲线界面模型的基础上,理论推导出一种反映锚固界面残余剪切强度影响的非线性界面模型;通过对锚杆锚固段进行等效分段,采用线性弹簧模拟锚固分段、非线性弹簧模拟界面剪应力作用,建立非线性界面模型下锚杆拉拔受力变形特性的计算方法,计算得到两项工程实例锚杆张拉端的荷载-位移曲线和轴力分布曲线,并分析了残余剪切强度对锚杆拉拔受力变形特性的影响。结果表明:理论计算获得的锚杆荷载-位移曲线和轴力分布曲线均与实测结果基本一致;锚固界面处于弹性黏结状态时,残余剪切强度对锚杆拉拔受力变形特性影响很小;锚固界面进入弹塑性变形状态后,残余剪切强度对锚杆的拉拔受力变形特性有较大影响,其一定程度上提高了锚杆的极限承载力。因此,在锚杆拉拔受力变形计算和锚固设计时,应合理地考虑残余剪切强度的影响,以更准确地反映锚杆的受力变形特性和工作状态。

波浪荷载作用下近海风电单桩基础受力变形特性影响因素分析

为了对波浪荷载作用下近海风电大直径单桩基础受力变形特性的影响因素进行分析,以江苏省如东县某近海区域的水位地质条件为基础,运用有限元模拟软件ABAQUS进行数值模拟,对荷载大小、荷载位置、土体压缩模量、桩体自由度影响因素展开分析。通过影响因素的不同量值,得出近海风电大直径单桩基础动载情况下受力变形特性的变化规律,从而为实际施工提供有价值的参考。

偏压荷载对钢波纹管涵洞受力变形特性的影响

采用有限元软件构建三维实体模型,对偏压及对称荷载作用下钢波纹管涵洞的受力变形及管周土压力进行对比分析。结果表明:偏压荷载作用时,管顶两侧承受较大的环向应力,最大轴向压应力分布于左侧中部;von Mises应力的2个极大值分别出现在波谷环向位置右上部17°处和左下部45°处。通过变形分析,明确了偏压荷载作用时波纹管水平变形和竖直变形的最值及形态。管周土压力在偏压荷载作用下沿环向位置呈波动变化,左半部数值总体大于右半部,最大值位于管涵左下部62°处。

倾斜荷载下能量桩受力变形特性三维有限元分析

基于已有试验和数值分析,针对倾斜荷载下能量桩的受力变形特性,通过优选桩-土材料参数、边界条件、分析步及网格类型等,实现了考虑热-力耦合作用的能量桩三维有限元模拟。进而通过与模型试验及二维数值所得桩顶沉降的对比分析,验证了三维有限元建模方法的合理性。最终通过改变竖向荷载、水平荷载及温差3个主要影响因素,探讨了桩顶沉降、桩侧摩阻力、水平位移及桩身弯矩变化规律,并提出相应的能量桩工程设计建议。研究表明,当温差ΔT>0℃时,桩体将产生热膨胀,甚至出现向上的位移,但其沉降-荷载曲线将随着竖向荷载的增大而逐渐趋近ΔT=0℃工况,桩侧摩阻力在桩身上、中部为负,在桩身下部为正,水平位移及桩身弯矩均大于ΔT=0℃工况;当ΔT<0℃时,桩身上、中部桩侧摩阻力为正,下部桩侧摩阻力为负,桩顶水平位移有所增大,但其原因不同于ΔT>0℃工况,桩身弯矩小于ΔT=0℃工况。

拓宽公路路基变形与挡土墙受力特性有限元分析

采用Midas/GTS有限元软件,分析了山区陡坡段拓宽公路路基与挡土墙受力变形特性。结果表明,拓宽路基顶面沉降曲线呈"勺子"形,要重视新、老路基结合部位的处治以及挡墙与拓宽路基的拼接处理;不仅要控制拓宽路基工后沉降,还应控制新、老路基的差异沉降,防止其对路面结构造成破坏;挡土墙墙背上的土压力分布并非是理论上的线性分布,土压力大小介于静止土压力与主动土压力之间,挡墙土压力的分布及大小决定了挡墙的稳定状态;通过分析路基拓宽宽度和填料压缩模量等因素对路基和挡墙受力变形的影响,建议根据现场情况减小拓宽宽度,合理选择填筑材料。

粘结滑移对组合梁斜拉桥受力变形特性分析

以某斜拉桥实际工程为例,根据组合梁剪力钉的构造细节,通过引入剪力钉粘结滑移本构关系来考虑界面滑移的影响,据此建立有限元仿真模型,对钢—混凝土组合梁斜拉桥在恒活载作用下的受力变形特性进行详细研究。研究表明:剪力钉的抗剪刚度对组合梁的应力、位移和极限承载能力均有一定的影响,因此在设计组合梁斜拉桥时,需要确保剪力连接件的抗剪刚度。

极端温度作用下桥上纵连式无砟轨道台后端刺受力变形特性

为研究极端温度下台后Π型端刺锚固体系各结构部件之间的相互作用,以某高速铁路一般地段端刺区结构为研究对象,采用ABAQUS有限元分析软件建立路桥过渡段纵连式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,研究高温和极寒条件下轨道结构、摩擦板、过渡板以及端刺的受力特性与变形规律,揭示结合部离缝以及锚固体系脱空等端刺区典型结构伤损的发展机制。研究结果表明:在极端温度作用下,过渡板所受纵向应力最大,摩擦板的竖向变形趋势与底座板的竖向变形趋势保持一致,且越靠近桥台各端刺顶部,纵向位移越小;端刺锚固体系受其上轨道结构宽窄接缝构造影响显著,对应的摩擦板与过渡板区段在高温条件下纵向压应力急剧增大,而在极寒条件下纵向拉应力急剧增大;“高温-极寒”温度循环作用易导致过渡板与路基支承层结合部产生离缝与挤压破裂,同时由于锚固体系在极端温度荷载作用下的超量变形,造成摩擦板、端刺与周围地基土体在接触界面产生脱空,且纵向脱空较竖向脱空更为显著。

基于有限差分法的桥梁桩基受力特性研究

文章依托某高速公路边坡地段分离式桥梁桩基础工程,利用FLAC3D软件进行数值模拟,根据桥梁桩基的受力变形特性,设计不同工况,研究了桩径和桩身模量对桩基承载力的影响后得出:桩基水平位移随竖向深度增大逐渐减小,水平位移最大值出现在桩基的顶面;不同竖向深度下,前桩的桩身剪力和桩身弯矩均小于后桩,在设计双桩结构时,应对后桩进行进一步的加固设计;桩基水平位移随桩径和桩身模量的增大而减小,增大桩径对桩基抵抗挠曲变形能力的提升效果明显好于增大桩身模量;桩基受剪承载力和受弯承载力随桩径和桩身模量的增大而增大,增大桩径对桩基承载力的提升效果明显好于增大桩身模量。在实际工程中,可优先考虑通过增大桩径来提高桩基承载力,若因现场条件受限,无法增大桩径时,也可考虑通过增大桩身模量来提高桩基承载力。

临近水利枢纽工程的扶壁式挡墙在施工期和运营期的受力变形特性研究

以江苏省沿江城际铁路工程和机厂河水利枢纽工程为例,运用有限差分软件FLAC,对城际铁路常州段桥梁基坑工程与水利枢纽工程的相互影响展开研究。分析了施工期的护岸钢筋混凝土扶壁式挡土墙变形和内力特征,以及水利枢纽蓄水和跌水期扶壁式翼墙变形。结果表明:在桥梁工程的施工期,扶壁式翼墙和基坑变形都较小,满足规范要求;但在跌水期,翼墙有发生滑移破坏的危险,应及时监测和加固。

乌东德水电站水垫塘边坡施工期变形和受力特性

乌东德水电站泄洪洞出口水垫塘左侧边坡开挖期间曾出现过较大变形,该边坡的稳定和安全性威胁邻近建筑物、下游河道甚至整个工程的正常运行。结合地质和物探资料等,分析了边坡开挖期间的变形和结构受力特性,阐述了监测量与开挖过程的相关性,揭示了边坡的变形机理。研究成果表明:岩体变形和表面变形具有一致性,主要发生在F 6断层下游侧且岩性质量较差的高程925~985 m范围,其余部位变形量较小。边坡的变形与施工过程紧密相关,最大的岩体变形和表面位移分别达到92.2 mm和312.5 mm,停止爆破开挖后变形逐渐收敛。高陡边坡总体岩体质量较差及大规模开挖卸荷,是引起局部坡体出现较大变形的主要原因。结合地质、监测、物探资料认为,该边坡变形总体上已收敛,不存在整体稳定问题。

软岩陡坡椅式桩支挡结构受力变形模型试验研究

对软岩陡坡椅式桩(CSP)支挡结构,通过大比例模型试验研究路基面分级荷载作用下其内力变形规律、结构-岩土体相互作用,根据试验条件和结构受力状态,提出了其设计计算方法。结果表明,椅式桩的空间结构特性可有效控制结构变形和减小桩身内力;主副桩桩身弯矩大小接近,最大弯矩位于坡面处,桩侧岩石压力主要跟桩基变形与岩石变形模量有关;椅式桩一般不会出现结构倾倒破坏,软岩边坡则以浅层破坏为主;基于弹性地基梁的分析解,可较好地描述椅式桩的内力变化及其分布规律。研究结果对正确分析椅式桩支挡结构的抗滑机制和设计计算具有较好的参考价值。

船舶撞击后连续梁桥基础受力特性分析

基于有限元数值方法对一船舶撞击连续梁承台群桩基础事故进行模拟,分析了不同上部结构约束、不同冲刷深度、不同荷载等级下群桩基础的受力变形特性。结果表明承台周围河床的冲刷深度对桥梁下部结构受力变形特性影响明显,冲刷深度的加大减弱了桥梁下部结构承受撞击能力。对该次事故结果作出评定,并提出该连续梁桥下部结构的撞击力限值,为桥梁运营养护提供参考。

滨海软弱地层深基坑扩大头锚索受力变形特性

针对滨海地区回填土及淤泥质土等软弱地层基坑支护技术难题,采用高压旋喷扩大头锚索、普通预应力锚索及钻孔灌注桩对深基坑工程进行支护。在扩大头锚索施工过程中,采用套管跟进钻孔穿越易塌孔段、钻孔与锚索安装同步施工、钻孔注浆与高压旋喷注浆一体化施工等工艺,有效解决了滨海软弱地层钻孔坍塌及锚固力不足的难题。在此基础上,开展了锚索承载能力验收试验,试验表明高压旋喷扩大头锚索在滨海软弱土层中能够提供足够的拉拔荷载。同时,对验收试验中出现的锚索伸长量值小于自由段理论伸长量值的现象进行了讨论分析,指出锚索自由段摩阻力偏大、自由段注浆体的锚固约束、锚头位置局部摩阻与嵌固作用是导致锚索拉拔伸长量值偏小的主要原因,并提出了相应的改进方法。

考虑墙体位移与土压力耦合的弹性地基梁法

引入墙土摩擦角和土体内摩擦角发展规律的公式,建立非极限土压力与围护结构水平位移的耦合关系。并将该土压力模型嵌入弹性地基梁法的控制方程,利用杆系有限元法求解开挖全过程地下连续墙的受力变形特性。算法经应用于实际基坑案例,并与传统弹性地基梁法计算结果及现场实测数据对比分析,结果表明:考虑围护墙位移与土压力耦合关系的弹性地基梁法能够合理计算及反映土压力从静止土压力向主动土压力的发展过程;对比传统弹性地基梁法,该修正方法计算的围护结构的受力变形特性计算值与实测值更吻合,可为工程实践与设计优化提供更好的理论支持。