扩底桩承载力空间屈服包络面的基本特性

通过扩底桩的土槽载荷试验和离心机仿真模型试验,对不同类型荷载之间的相互影响、组合荷载作用下桩的抵抗机理和承载力屈服包络面的特性进行了分析。结果表明:铅直、水平荷载作用下桩的承载力屈服包络线,弯矩、水平荷载作用下的承载力屈服包络线都可近似地用椭圆来表现。屈服包络线可用桩的单方向极限承载力的经验公式来生成。根据承载力空间屈服面的连续性,提出了用桩的单方向极限承载力Vm,Hm,Um和Mm求解桩的承载力空间屈服面的经验公式。在桩的设计计算过程中,必须考虑铅直荷载、水平荷载及弯矩荷载间的相互影响。

海上风电吸力桩基础破坏包络面理论研究

在竖向荷载、水平荷载与弯矩荷载(VHM)共同作用的复合加载模式下,吸力桩基础地基达到整体破坏时各个荷载分量的组合在三维荷载空间中将形成1个不依赖于加载路径的椭圆曲面为破坏包络面。该文通过求解VHM三维荷载空间内的破坏包络面方程,分析海上风机机组吸力桩基础承载能力并确定吸力桩基础的失稳破坏模式,若设计基础承载力在屈服包络面之内,则认为基础的承载力和整体稳定性满足设计要求,并初步确定吸力桩基础的尺寸,为初步设计阶段提供方案设计指导性意见。在方案设计阶段,使用VHM三维荷载空间内的破坏包络面理论方法判断吸力桩承载力和稳定性是否符合要求,避免了繁琐的有限元计算,具有简化输入参数、无需划分网格和计算速率快等特点,研究成果可供工程设计参考。

深海管道水平向管-土相互作用大变形连续极限分析

管道被广泛应用于油气产业,其中管-土相互作用机制是管道可控屈曲设计的关键。采用新开发的连续极限分析(SLA)方法对深海管道与软土水平大变形相互作用进行了研究。该方法基于极限分析对变形体进行一系列求解与更新模型,能够考虑模型的极端几何变形和材料的应变软化与率效应。该研究对固定管道竖向位移条件下水平加载这一工况进行了探讨,分析了不同初始埋深的管道在位移过程中所受竖向及水平向反力(V、H)的发展。通过与多组离心机试验数据对比,验证了SLA对管-土水平大变形相互作用研究的有效性和高计算效率。主要成果有:提取了管道在不同位置的V-H屈服包络面以考虑加载路径变化对管道受力行为的影响,发现了管道的等效摩擦系数H/V随水平位移的线性增加规律。该研究以期为深海管道的可控屈曲设计提供参考,并推广SLA法在大变形土结相互作用问题中的应用。

基于离散元法的多孔砂岩压密破坏过程数值模拟

采用紧密堆积离散元模型研究了多孔砂岩压密带的产生和发展过程。模型中的一个离散单元代表一系列颗粒的集合体,通过屈服力和屈服椭圆的高宽比来定义单元的屈服包络面。当单元中一个连接的受力状态超过其屈服面时,单元被压密(收缩)。基于这种改进的离散单元,用Matlab构建了相应的模拟程序MatDEM。结果表明:当屈服椭圆的高宽比由0.5增加到2时,压密带由平直形变为波浪形,表明砂岩的压密带形状受其屈服面的形态影响,压密作用引起的弹性波促进了压密带的形成。根据模拟结果推断,当压密带传播时,其顶端单元的受力状态发生变化,并在压密带传播几厘米时超过一定限度。最终压密带方向交替在两个主要的倾斜方向之间变化,并显示为V形或波浪形。

关于岩石圈有效弹性厚度的地质理解

简要回顾了岩石圈均衡理论的发展及岩石圈区域均衡和挠曲理论在岩石圈动力学研究中起的作用,阐述岩石圈有效弹性厚度(Te)的概念和特征。强调Te的研究是地质学和地球物理学的紧密结合,即通过岩石圈挠曲理论和区域均衡原理,对地形和重力资料进行谱分析计算,来获取岩石圈的物理性质信息。计算的Te(和相应的挠曲刚度)是岩石圈等效的强度,与爆破地震、地震层析成像和大地电磁测深等方法观测到的岩石圈和地壳厚度不同,它们之间只有通过岩石圈的屈服刚度包络面(YSE)才能比较。大洋和大陆岩石圈YSE的理论计算,表明Te值显著小于地震学的地壳和岩石圈厚度。尤其对于大陆岩石圈,地壳厚度、热年龄和应变率均可显著影响岩石圈的强度。本文还以滇西为实例介绍了对相干值曲线计算的新认识和当前岩石圈Te研究的最新趋势。