基于硬化土体模型分析基坑开挖对地铁车站的影响

随着城市化的发展,地铁也越来越密集,在基坑施工时,若基坑周围有地铁存在,考虑基坑施工对地铁的影响就尤为重要。以昆明市某深基坑开挖为实例,基于硬化土体模型,采用Midas GTS软件进行有限元模拟,并与m法计算结果进行对比分析,得出该基坑开挖对地铁区间车站的影响总位移为5.07 mm,提出了地铁车站临近基坑时的基坑支护设计要点,为后续临近地铁车站的基坑支护设计提供依据。

锥形土体模型振动传递特性研究

地铁施工过程中的振动对地表结构的影响已成为不可忽视的问题。文中利用振动波能量扩散关系替代有限土体结构的振型分布,通过叠加有限土体的频率响应特性得到地下到地表的振动传递关系,分析土体垂直方向振动衰减率,评估地铁施工振动效应。

基于小应变硬化土体模型的大直径单桩海上风力机结构位移响应研究

首先基于能量守恒原理,研究建立风速和浪高的函数关系式,通过该公式和Stokes五阶波理论计算额定风速下海上风力机结构所受浪流荷载并利用脉动风理论计算额定风速下脉动风荷载,其次以4 MW风力机为例,基于正交试验方法和HSS土体本构模型建立有限元模型进行数值计算分析,结果表明:水深小于19 m且符合Stokes五阶波理论的浪流荷载对塔顶、桩顶和泥面的位移时程曲线周期以及位移时程曲线幅值影响不大,风轮机荷载是影响位移时程曲线的主要荷载因素,这种情况下大直径单桩设计可不考虑浪流荷载;桩径和壁厚2个因素不会联合影响塔顶最大位移、桩顶最大位移和泥面最大位移。桩径和壁厚两因素对泥面最大位移的控制存在等效关系,在设计中可选用钢量最小的因素作为大直径单桩设计的主要因素,在满足最大位移控制指标的前提下降低钢材用量。

土体本构模型对淤泥质土基坑开挖模拟的影响分析

合理选择本构模型是进行数值模拟的前提和基础,通过Plaxis 3D建立数值模型,以武汉市东西湖区淤泥质土基坑为例,对比分析了摩尔-库伦本构模型、土体硬化本构模型和小应变土体硬化本构模型在淤泥质土基坑开挖过程中围护结构的力学特性和土体变形情况。结果表明,小应变土体硬化本构模型土体变形量计算结果与实际较为接近,土体硬化本构模型土体变形量计算相对保守,摩尔-库伦本构模型土体变形量计算较小;土体硬化本构模型和小应变土体硬化本构模型均能合理地反映围护结构的受力状态。

土体邓肯-张非线性弹性模型参数反演分析

针对邓肯 -张土体的非线性 -弹性模型 ,本文用变尺度法编制了优化程序 ,对该模型参数进行参数识别 ,结合工程算例进行验证 ,并进行了反馈分析。结果表明变尺度法是一种很好的约束优化算法 ,其收敛速度快、准确性高 。

土体GHS与HSS模型选择对基坑数值分析结果的影响

为对比基坑工程土体本构模型选择对计算结果的差异,利用Plaxis软件,坑底土体分别选用小应变刚度模型(HSS)与广义土体硬化模型(GHS)进行对比分析。结果表明:基坑开挖后,坑底相邻区域第三主应力显著降低,HSS模型坑底刚度与第三主应力相关,GHS模型坑底刚度与当前平均主应力和前期应力相关,GHS模型坑底的剪切刚度E_(ur)显著大于HSS模型;在基坑开挖各阶段,采用GHS模型在基坑开挖全程都获得显著更少的隆起量。当开挖至坑底地层(开挖10 m)时,可减少45.4%的坑底隆起量极值;采用GHS模型计算的基坑底下卧盾构隧道的变形量,小于采用HSS模型计算的变形量,更加接近于工程实测值。

倒塌分析中框架及土体的模型

以有限元软件MSCMarc为平台,利用其方便的二次开发功能,开发钢筋混凝土框架结构和土体的计算模型.框架梁柱采用钢筋混凝土杆系结构的纤维模型THUFIBER模拟,地基土则采用一种改进的Drucker-Prager模型来模拟.计算结果表明,基于MSCMarc出色的非线性分析能力和二次开发能力,可以很好进行结构倒塌过程中上部结构和土体关系的模拟.

土体全弹塑性模型及其工程应用

为了模拟基坑开挖卸荷土体变形的全程弹塑性特征,将岩土弹塑性理论引入到Duncan-Chang模型中,建立了一个全弹塑性土体模型,模型的参数可通过三轴试验确定。在分析了基于该模型的基坑开挖数值计算方法的基础上,编制了相应的有限元计算程序,该程序能考虑基坑开挖过程和桩土之间的相互作用。通过对某基坑工程开挖模拟,并与Duncan-Chang模型比较,结合以往分析经验初步验证了模型的合理性。建立的土体模型更适于松砂和粘性土等应变硬化土体的卸荷过程模拟,提高基坑工程等挖方工程的模拟精度。

基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究

土体硬化模型已成为基坑数值分析中最常用的本构模型之一,其应用的关键是计算参数的确定。首先采用薄壁取土器现场取得土样,通过基于GDS的三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水卸载-再加载试验及标准固结试验获得了上海典型土层土体的三轴试验应力-应变曲线和固结试验荷载-应变关系曲线。然后根据曲线确定了各土层的HS模型参数,建立了各土层HS模型参数中切线模量E oreedf、割线模量E 5r0ef、加载模量E urerf的比例关系,并探讨了这些模量与压缩模量E s1-2之间的比例关系。最后将各层的模型参数与模量间的比例关系与国内外其他软土地区的结果进行了比较。试验结果可作为上海地区及其他软土地区基坑工程数值分析中确定HS模型参数时的参考。

海底管线整体屈曲过程中土体水平向阻力模型研究

高温、高压作用下不埋或浅埋的海底管线较易发生水平向整体屈曲,土体对管线的阻力决定了管线的变形形态及变形后的应力状态,因此,确定管线受到的土体阻力对准确地分析管线的整体屈曲有重要意义。开展了基于渤海砂性土体的系列室内模型试验,测定了不同埋深条件下管线受到的土体阻力,建立了随埋深条件而变化的土体动态阻力模型,揭示了埋深对土体阻力峰值和最终稳定值的影响。由于ABAQUS内置的罚函数接触模型无法实现管-土界面的动态摩擦特性,开发了子程序VFRIC,在管线温-压联合作用下的整体屈曲分析中成功引入了建立的土体动态阻力模型,实现了土体阻力大小与管线位移相关的动态接触特性模拟,从而较为真实地反映了管线整体屈曲过程中受到的土体阻力变化过程。研究表明,不同土体阻力模型对管线整体屈曲分析结果影响显著,在动态阻力模型中由于土体阻力存在峰值和衰减过程,因此计算得到的管线整体屈曲临界轴力明显提高,管线屈曲变形更为集中,最大弯矩和应变也相应增大。

基于ABAQUS建立土体本构模型库的研究

ABAQUS作为一种强大的通用有限元分析程序,具有很强的非线性计算功能和前、后处理能力。但标准ABAQUS程序中的土体本构模型,没能反映土体的剪胀、软化与硬化、应力路径对变形的影响等,因此,有必要在ABAQUS中开发出更适合于土体特性的本构模型库。为拓展ABAQUS在岩土工程领域的计算能力,利用二次开发工具UMAT数据接口,开发出更适合于工程应用的土体本构模型库,如邓肯模型、南水模型及状态相关的砂土模型,不仅可以充分利用ABAQUS程序方便、快捷的前后处理和强大的非线性求解平台,而且还可以完成更有针对性、更切合实际土体应力-应变有限元的数值计算,为工程实践提供技术支持。从计算过程、模拟结果与试验结果比较来看,二次开发模型库子程序运行稳定,模拟结果正确、可靠。

对土体动力黏塑性记忆型嵌套面模型的改进

在对土体动力黏塑性记忆型嵌套面本构模型已有的研究基础上,对该模型进行改进,不再对空间锥形屈服面变化时屈服面锥角αθ的变化规律作假定,按照土体在循环荷载作用下空间屈服面在子午平面上投影线的实际变化规律,建立屈服面硬化参数的增量表达式,完善了该模型的理论基础,为进一步对该模型的试验验证和改进提供了理论依据,并对比分析了分别使用改进后模型和改进前模型计算同一场地地震反应的计算结果。

盾构法隧道统一土体移动模型的建立

首次提出土质软硬决定了盾构隧道周围土体的移动方向,移动焦点在隧道中心点与隧道底部位置之间变动。采用两圆相切的土体损失模型,通过引入移动焦点的坐标参数,建立了统一的土体移动模型,该模型能将Park模型与Loganathan模型包括在内。假定土体不排水,利用源汇法推导了由土体损失引起的盾构隧道轴线上方地面最大沉降量Smax的通用计算公式和上、下限解。理论分析表明:无论土质如何变化,土体损失引起的Smax值总在上、下限解范围内。理论解与27例工程实测值和Peck解进行了比较,结果表明:21例实测值在上、下限解范围内,6例实测值超出该范围,但与上、下限解非常接近,超出量小于10%;Peck公式计算得到的Smax值也都在上、下限解范围内,仅有1例略微偏大,从而验证了本文方法的正确性。本文方法也适用于顶管法施工。

一种新的土体动力本构模型

基于指数函数的有界性、函数曲线形状和构造土体动力本构模型的一般原则,把函数y=ex在(-∞,0]区间上的图像进行翻转、平移、放缩,从而构造出土体的动力本构模型的骨架曲线。在卸载和反向加载时,采用与骨架曲线相同的函数形式,并以前一次卸载开始点作为起点,以土体的极限应力水平作为渐近线,构造出土体动力本构模型的滞回曲线。在此基础上构造出适用于非对称循环荷载的指数形式土体动力本构模型(UE模型)。并用共振柱实验的结果检验了模型的有效性。UE模型具有四个特点:第一,适用于非对称循环荷载;第二,记忆量小;第三,卸载再加载滞回曲线自动满足Masing准则;第四,模型参数少,物理意义明确,可用常规试验确定。

盾构法隧道统一土体移动模型参数取值研究

对盾构法隧道统一土体移动模型的计算参数d进行研究,分析其影响因素,将d与沉降槽宽度系数i联系起来,利用现有i的研究结果,给出了d与i的相关公式和对照表,提出了不同土质和我国不同地区的d值的初步建议值。通过南京地铁工程的验证,证明上述参数取值方法的有效性和可靠性。

常用土体本构模型在复杂环境深基坑数值计算中的选用

建设用地日益紧张,基坑周边环境复杂,周边环境安全已成为基坑设计中的突出问题,而基坑环境评估数值计算的关键在于土体本构模型和物理参数的选取。结合镇江某深基坑工程,使用有限元分析软件Midas GTS NX对比分析了常用土体本构模型在基坑开挖数值模拟中的适用性。结果表明,弹塑性莫尔-库伦(Mohr-Coulomb,MC)模型由于采用统一计算刚度,导致围护结构变形和地表沉降与实际存在较大差异;硬化修正剑桥(Modified Cam-Clay,MCC)和硬化土(Hardening Soil,HS)模型能合理区分加载和卸载时的刚度,得到的变形与实测结果相符。在计算围护结构受力时,三者并无太大差别。因此,在分析基坑开挖所导致的场地土体变形时,建议采用硬化MCC或HS模型。

土体边界面模型在ABAQUS软件中的研发与验证

天然土体一般都处于偏压固结状态,存在着初始各向异性.即使是等压固结土体,在其后的偏压加载过程中,也会产生应力诱发各向异性.土体各向异性对其强度、变形及屈服面倾向都会产生影响.Wheeler弹塑性模型采用旋转硬化来描述土体的各向异性.在Wheeler模型的基础上,结合边界面理论,将Wheeler模型拓展为各向异性边界面模型.模型采用ABAQUS软件的UMAT子程序接口,通过隐式积分算法(图形返回算法)编程实现.采用本模型对高岭土三轴不排水剪切试验进行了模拟,并与试验结果作了对比验证.结果表明:模型能够合理描述具有初始各向异性土体的应力应变行为、孔压曲线及应力路径,并能反映偏压加载下的应力诱发各向异性;模型既可适用于模拟正常固结土,也适用于对中等超固结土的模拟.

土体动非线性黏弹性模型及其ABAQUS软件的实现

基于土的动应力-应变关系——Davidenkov骨架曲线,采用破坏剪应变幅上限值作为分界点,对Davidenkov骨架曲线进行了修正,即当剪应力值大于破坏剪应力值时,土体产生破坏,土体的动剪切模量采用破坏后的动剪切模量;参考Mashing法则,构造了修正后的Davidenkov骨架曲线土体加卸载对应的应力-应变滞回圈曲线。基于ABAQUS软件的操作平台,开发了土体动弹塑性本构模型的子程序。选择南京某个典型软弱场地为研究对象,首先输入余弦加速度时程曲线,然后选取一条强震加速度记录作为基岩输入地震动,对不同峰值加速度水平下该场地的地震反应进行了二维有限元非线性分析,计算结果验证了所建模型的准确性和可用性。

土体各向异性边界面模型隐式算法在ABAQUS软件中的实现

基于Wheeler土体各向异性旋转硬化法则,结合边界面理论,构造一个能够反映土体初始各向异性及加载后应力诱发各向异性的边界面本构模型,并借助ABAQUS软件提供的UMAT子程序接口,采用隐式积分算法——图形返回算法实现。通过对正常固结状态下(OCR=1)高岭土试样三轴不排水剪切试验进行模拟,并将模拟结果与ABAQUS自带的修正剑桥模型模拟结果进行了比较分析,表明本模型的模拟结果能够反映土体在偏压加载过程中产生的各向异性现象。在此基础上,采用本模型对中等超固结(OCR=4)高岭土试样三轴不排水剪切试验进行模拟,并再次与ABAQUS自带的修正剑桥模型模拟结果进行比较,表明本模型能够较好地反映中等超固结土在小应变情况下的非线性特性。相比于经典弹塑性模型,如修正剑桥模型,本模型的模拟结果更符合中等超固结土的变形特性。

基于多种土体导热系数模型的潜流带温度场模拟

河流潜流带地下水和地表水相互交换对于净化水质以及保护河流生态系统具有非常重要的作用。基于土体导热系数模型的饱和-非饱和流-热耦合模型来模拟潜流带温度场分布是当前研究的热点之一。基于此,本文选取美国内华达州沃克河段,分别基于Chung&Horton(1987)、Lu(2007)、Lu(2014)和Ren(2019)模型构建了潜流带饱和-非饱和流-热耦合模型,并进行了各因素之间的相关性分析。结果表明:(1)Ren(2019)模型较其他模型拟合效果最好,精度最高;(2)水温及地表以下各监测井的温度相比于环境温度具有明显的“衰减”和“滞后”现象;(3)流速随水位波动发生规律性变化,水位波动幅度较大时流速波动也较大;(4)河岸带区域各监测点温度与水位呈极显著中度程度负相关,河床区域各测点温度与水温呈极显著强相关。