人工硬壳层上低路堤大变形理论分析

在软土地基上修建低路堤时,软土地基经常会出现失稳、变形过大等问题,从而造成路面开裂,在此情况下通常会通过修建人工硬壳层对软基进行处治。目前,对于软土地基人工硬壳层相应的设计参数和处治方法并未进行深入的研究,且大部分处理方法都是通过工程实践和室内试验总结得到的。为优化用于处治软土路基的人工硬壳层设计方案,并提出软土地基上人工硬壳层设计参数的推荐取值范围,首先利用有限元软件ABAQUS在基于大、小变形理论基础上建立软土地基上路基路面有限元模型,对比分析软土地基模型对计算结果的影响程度,选定能够合理模拟软土地基的有限元模型;然后分析人工硬壳层的模量、厚度、宽度等参数对软土地基和路面力学响应的影响;最后推荐软土地基上人工硬壳层设计参数的合理取值范围。研究结果表明:含人工硬壳层软基上修建低路堤后,主要有软基整体承载力不足导致的剪切破坏、软基沉降变形过大和路基当量模量过低引起的路面提前开裂3种破坏形式;与扩展的Drucker-Prager模型相比,基于大变形理论的多孔介质弹性模型在模拟软土地基时表面沉降增大45.1%,附加应力降低4.9%,采用大变形理论模拟软土地基更合理;硬壳层的模量、厚度和宽度在一定范围内变化时,随着其数值的增加,软土地基的应力和位移逐渐降低,路面承受的附加应力逐渐增大;推荐软土地基上人工硬壳层的设计模量为150~300 MPa,处治深度为1~2m,每侧宽度比路基边坡增加1m。

对经典小变形固结理论固结系数的辨析

针对经典固结理论中固结系数的两种不同定义,探讨了其根源和潜在影响。对体元体积变化率的计算方法不同是导致产生两种小变形固结系数的主要原因。根据有限变形理论分析,Terzaghi(1943)和Terzaghi&Frhlich(1936)提出的小变形固结系数分别具有拉格朗日坐标和欧拉坐标的背景,均不同于Terzaghi(1923)最早得到的形式。在Gibson大变形理论研究中涉及的小变形固结系数是按Terzaghi&Frhlich定义的,在此前提下所得的大、小变形法结果差异的定量结果可能具有一定局限性。从应用角度看,两种固结系数之间的差别与荷载大小和土体的结构性等因素有关。

Gibson大变形固结理论的一种连续介质力学表述

为了克服Gibson大变形固结理论的一维局限性,提出了一个新的连续介质力学模型,其中,采用第2类Piola-Kirchhoff应力和Green应变分别替代Lagrange应力和孔隙比。该模型可以考虑土体压缩性和渗透性的非线性变化以及几何非线性,并具有易于推广到多维模型的优势。结合试验资料,探讨了新模型的固结系数和对流系数的变化规律,结果表明,对流系数随着应变增加而减小,反映了大变形固结过程中土体自重效应在不断减弱。

物质描述的大变形固结理论及有限元法

本文用物质描述方法，给出了饱和土大变形固结控制方程的矩阵形式．在此基础上，建立了基于初始构形的大变形固结增量有限元法，并对非线性的增量有限元固结方程的求解进行讨论，引入了自修正迭代算法．

基于大变形的冲填土自重固结分析及离心模型试验

基于大变形理论和离心模型试验对上海临港新城地区冲填土自重固结沉降进行分析研究。研究结果表明:大变形理论计算和离心模型试验所得冲填土自重固结沉降量及最终固结时间基本一致,但在未完成固结之前,对于相同的固结度,理论计算的固结时间均明显大于试验所得时间;冲填土的自重固结过程包括快速和缓慢固结2个阶段,快速固结阶段大约需要1 a时间;在快速固结开始阶段,沉降很快,0.5 a的固结度可达50%,快速固结阶段的沉降量占最终沉降的80%,而缓慢固结阶段的沉降量只占最终沉降量的20%。通过对试验数据回归分析,得出冲填土的自重固结沉降与时间的关系式,利用该式可对冲填土地区沉降变形进行预测。

高温冻土区填土路基融化固结变形分析

基于修正拉格朗日（U.L）描述下的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场得到大变形融化固结理论,对不同路堤高度下填土路基温度场和融沉变形进行研究.结果表明：高温冻土区合理高度的路堤在5~10 a内使冻土上限略微抬升,但冻土有明显升温.冻土上限在未来的5~10 a后会急剧下降,且路堤高度越小,下降量越大.与小变形融化固结理论相比,大变形融化固结理论预测高含量冻土融沉变形的精度更高.融沉量与路堤高度成正比,且随着时间的增长,融沉变形呈阶梯型发展,路堤越高,阶梯现象越显著.定义融沉量与路堤高度之比为沉降比,研究发现路堤越低,其沉降比越大,且随时间线性增长.沉降比是冻土融深增量的单值函数,与路堤高度无关,通过沉降比函数可以快速而实用的求出融沉变形量.

压缩试验本构关系的大变形表述法

基于连续介质力学有限变形理论,采用完全拉格朗日描述法导出压缩试验本构关系的大变形法表述形式。首先根据压缩试验特点建立大、小变形法应力张量和应变张量之间的转换式,得到一般意义上的大变形法压缩本构关系。然后在小变形法双曲线模型基础上,得到其对应的大变形法本构方程,并提出简化形式的大变形法双曲线模型。工程实例和参数分析的结果均表明,大变形法双曲线模型可较好地模拟土体的大变形压缩试验本构关系。大、小变形法的双曲线参数在定义和数值上均不相同,但两者服从一定的变化规律。

多年冻土区路基融沉变形分析

基于UL描述的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场,通过联系方程,建立了大变形融化固结理论。假定未来50年升温2.6℃的条件下,对路基运营若干年后的热、力学状况进行分析。结果表明;路基对冻土上限有一定的抬升。路基中心的变形最大,远离中心的地表处最小。路基变形随着融化范围的增大而增加。此外,不同运营时间的路基变形速率不同。随着年平均地温的升高,路基沉降也随之增大。

圆钢管混凝土压弯长柱非线性屈曲承载力的理论研究

基于三维线弹性大变形理论,构造了三维非线性虚拟层合单元法,利用此法对钢管混凝土压弯长柱的非线性屈曲承载力进行了研究,有限元分析结果与试验结果符合良好。最后,以典型截面形式为例,研究了长细比、偏心率等参数对钢管混凝土长柱承载力的影响,研究结果可供工程设计和施工参考。

薄板船体结构焊接失稳变形的数值分析进展

回顾总结数值分析在角接焊接头以及船体典型焊接结构失稳变形研究中的应用,主要阐述薄板焊接失稳变形的复杂多样性以及焊接失稳变形的形成机理。着重介绍研究失稳现象的数学理论基础。概述当前使用热弹塑性有限元法、弹性有限元法和特征值法等数值分析方法研究焊接失稳变形的现状及进展。

淤填黏土铺盖裂缝大变形固结试验研究

Gibson的一维大变形固结理论存在很大的局限性,为符合特定的需求,不断对Gibson理论进行修正。本文针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题,对渗压作用下的淤填黏土的固结机理进行了研究。首先,推导出有限应变渗压固结理论模型,再基于有限应变固结理论分别推导出以超孔隙水压力和孔隙比表示的有限应变渗压固结偏微分方程,并通过设计模型试验模拟了裂缝处淤填固结的全过程,同时对理论模型和固结偏微分方程进行了验证,最后以模型试验结果为依据指导了现场试验。

多年冻土区路基变形规律分析

冻土的固结是在融化的基础上进行的,是温度与变形耦合作用。为此运用传热学、冻土物理学和固结理论,考虑了水分场与温度场的相互作用,分别建立了温度场、固结变形场的数学模型。通过温度场与变形场方程的联合求解来解决二者的耦合作用,形成了冻土融化固结的数学模型。以试验路基为原型,假定未来50年升温2.6℃的条件下,对该段路基运营若干年后的热、力学状况进行分析。结果表明路基修筑以后,在冻土路基的温度场、位移场、应力场受外界影响重新分布。路基变形随着融化范围的增大而增加,分析了路基高度对路基沉降的影响,数值分析结果与现场的实际监测结果有很好的一致性。

一维大变形主、次固结耦合新模型

针对传统一维大变形固结理论不能考虑土体次固结变形的缺点,在连续介质力学有限变形理论和土力学固结理论基础上,提出了全新的一维大变形主、次固结耦合模型。该模型采用超静孔压为控制变量,可以分别表述为欧拉坐标、拉格朗日坐标和固相体积坐标等三种形式,其中均可以显式地反映出土体重度变化、固相速度、地表沉降速度、地下水位变化、荷载变化和次固结等6个因素的影响。在不同简化条件下,新模型可以分别退化为以往学者提出的相关模型。当不考虑次固结效应时,新模型与经典的Gibson大变形固结模型完全等价。从便于工程应用的角度而言,新模型中仅考虑次固结和外荷载变化的退化形式更便于求解,可作为一种供参考的实用模型。

弹性大变形问题中的应力状态描述、奇异性问题和余能原理

对弹性大变形理论中的3方面问题进行了综述.首先,对各种应变度量的共轭应力进行综述.大变形问题引起的应力状态描述的复杂性引起了许多学者的兴趣,对这个问题的研究也促进了大变形弹性理论的发展.在各种特定问题中,人们提出了不同的应力张量米描述应力状态,如Cauchy应力张量、第一类和第二类Piola-Kirchhoff应力张量以及Jaumann应力张量等.最近,第一作者提出了"基面力"的概念,可以描述不同应力张量的一些共同本质特征;和其它应力张量相比,用"基面力"描述应力状态更清晰、更容易理解.以"基面力"为出发点,对应力状态的各种描述进行了讨论和比较,给出了在各种边界条件下,用"基面力"表示的控制方程.其次,综述了大变形弹性力学中一些奇异性问题,包括橡胶类材料的裂纹和缺口尖端的应力奇异性、集中力作用点处的应力奇异性和楔体接触的奇异性问题.介绍用"基面力"的概念求解应力奇异性指数的方法,并和已有的研究结果进行比较.最后,回顾大变形弹性问题中余能原理的研究进展.此问题已经困扰着人们近百年.介绍了用"基面力"所描述的一种余能原理.

堆载-电渗联合作用下的一维非线性大变形固结理论

堆载-电渗联合作用下的软土地基加固属于大变形固结问题。该文在Esrig电渗固结理论的基础上,建立了拉格朗日坐标下以超静孔压作为变量的一维非线性大变形固结理论方程,推导出相应的超静孔压、沉降、平均固结度和孔隙比的解析公式,且通过了模型试验的验证。之后,采用该解分析了土体在堆载-电渗联合作用下的地基大变形固结特性,且与Esrig小变形固结解析解进行对比。结果表明:堆载-电渗联合作用下,考虑大变形的计算结果更符合工程实际,且此解可用于对大变形固结问题数值解法的验证。

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。

关于伸缩张量率的一个新公式

介绍张量的kronecker积，并用来得到伸缩张量率的一个新公式．

顺层边坡岩体结构的后屈曲分岔特性

在已有利用初始后屈曲理论和尖点突变理论对顺层边坡岩体结构进行性态分析的基础上,结合顺层边坡岩体结构弯曲变形及溃屈破坏的特点,运用几何非线性大变形理论对顺层边坡岩体结构的后屈曲非稳定性态进行研究,给出了顺层边坡岩体结构发生溃屈破坏的判据。同时求出了顺层边坡岩体结构发生溃屈破坏时的屈曲模态幅值,并给出了工程实例。研究表明:可以运用几何非线性大变形理论来求解顺层边坡岩体结构的溃屈破坏极限长度,进而求出其发生溃屈破坏时的模态幅值;此模态幅值代表了结构体系在屈曲状态下模态幅值的最小值或跨越分岔集发生溃屈破坏的模态幅值的最大值,具有临界模态幅值的二重性的基本特征;由于沿边坡方向重力分力的影响,倾斜层状边坡发生溃屈破坏的位置会下移,在确定溃屈破断的位置时,可以运用二分法的思想。

海流作用下的深水懒波型立管形态研究

作为一种改良型的钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR),钢质懒波型立管(steel lazywave riser,SLWR)在深水油气开发中的应用越来越广泛.SLWR的立管形态在其设计中至关重要.在海流作用下,SLWR的立管形态会发生相当大的变化.利用非线性大变形梁理论建立了海流作用下的SLWR立管模型,能更好地反应其真实的力学形态.通过数值方法得到了本模型的数值解,并详细分析了海流对立管形态的影响.本模型对SLWR的动态分析提供了重要的参考作用.

考虑地下水浸没作用的固结沉降计算方法

研究了地下水浸没对附加应力减小的作用,同时分析了附加应力变化对最终沉降量的影响,给出了考虑地下水浸没作用的大、小应变条件下的固结沉降计算公式,并对几种工况下的计算结果进行了对比分析。结果表明,考虑地下水浸没作用对地基固结沉降的影响随荷载和土压缩性以及土层厚度的增加而增大,采用大变形固结理论计算固结沉降较符合实际情况。