基于极限抗力的微型群桩承载失效模式研究

基于刚度等效原则推导了微型桩组合结构极限承载力计算方法。结合现场试验及监测成果,采用数值分析方法研究了微型桩组合结构加固边坡的极限承载力及极限破坏模式。研究表明:微型桩间距与结构宽度对微型桩组合结构的极限抗力影响显著,微型桩间距越小,布置越密集,结构宽度越宽,组合结构的刚度越大,其极限抗力越大。微型桩组合结构破坏过程分为:滑面土层剪切破坏、微型桩桩体弯曲破坏、桩-土界面剪切破坏、微型桩桩体拔出破坏4个阶段。微型桩组合结构加固边坡最终的破坏形式是桩体拔出破坏,以桩体发生剪切破坏时的荷载作为极限抗力,低估了其承载能力。联系梁能增加微型桩组合结构的整体刚度,但不会显著提高其极限承载力。

抗浮锚杆扩大头长度和直径对抗浮锚杆极限抗拔力的影响研究

为了给抗浮锚杆尺寸设计提供依据,以某工程项目为例,通过数值模拟的方式对比分析扩大头长度和直径对抗浮锚杆极限抗拔力的影响程度。研究结果表明:扩体锚杆极限抗拔力随着扩大头长度的增大而增大,在扩大头长度在2~5m范围内,长度每提高1m,极限抗拔力以此提高了94kN、86kN和84kN;随着扩大头直径D的增大,抗浮锚杆极限抗拔力也随之增大,极限抗拔力在扩大头直径从0.4m提高至0.8m时,直径每增大0.1m,极限抗拔力提高幅度分别达到13.7%、14.3%、15.45%和15.93%;锚杆极限抗拔力最有效、最经济的提高方式是在合理扩大头长度范围中,首先提高扩大头长度,再适当提高扩大头直径。

顶推地道桥后背破坏模式及极限承载力分析

顶推地道桥是一种常用的地下通道施工技术,其后背结构的稳定性直接关系到项目的成功与否。结合理论与数值分析,模拟地道桥顶推过程的受力情况,探究后背座失稳破坏模式及受力状态,明确顶推力计算方法。通过分析可知:①极限土压力数值模拟结果较Rankine被动土压力计算结果提高20%~40%不等,按照朗肯被动土压力理论计算重力式后背极限推力偏保守,一般能够满足安全性的要求。②顶推地道桥的极限抗力与地层强度有关,土层强度越高,后背的极限抗力越大。③后背座破坏是从坡脚开始的,在设计时建议对坡脚进行加固,在施工过程中建议加强对坡脚位置的位移、应力监控,并采取针对性的加固措施。

复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面的极限支护力

为了保证超大矩形盾构隧道开挖面的稳定性,依托某超大矩形盾构隧道工程,采用理论分析、数值模拟和现场监测方法对复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面的极限支护力进行了研究,提出了复合地层下穿高铁超大矩形盾构隧道开挖面临界破坏模式,并基于极限平衡理论推导了极限支护力计算方法。数值模拟和现场监测结果表明:提出的极限支护力计算方法与数值模拟和现场监测的误差分别在10.40%~18.30%和11.19%~16.85%区间,说明极限支护力公式安全可靠,可应用至实际工程中。研究结果可为类似工程开挖面稳定性控制提供参考。

考虑主应力偏转和土拱效应的干砂盾构隧道掌子面极限支护力计算方法研究

深埋干砂盾构隧道在施工过程中存在显著的土拱效应,如何确定考虑土拱效应的隧道掌子面极限支护力至关重要。基于极限平衡法和楔形体理论,提出了一种多层抛物线承载拱模型。根据隧道不同埋深下掌子面失稳破坏的特征和土拱类别,将隧道状态划分为浅埋隧道、过渡隧道和深埋隧道。考虑多层抛物线承载拱区域主应力偏转角和侧向土压力系数的连续性,并假定抛物线承载拱为满足合理拱轴线三铰拱结构,推导了过渡区和深埋区多层抛物线承载拱荷载传递的计算公式,进而通过极限平衡法计算得到掌子面极限支护力。将本模型计算结果与已有理论模型、模型试验和数值结果进行对比,验证了本模型计算得到的掌子面极限支护力和失稳破坏区的合理性。最后,通过参数分析讨论了土体内摩擦角对隧道浅埋和深埋分界线以及极限支护力的影响。该研究成果可为深埋干砂盾构隧道极限支护力的预测提供理论依据。

轻质无框木基仿生夹芯板嵌入式连接极限抗拔力研究

针对轻质无框木基仿生夹芯板因中空而不易连接的问题,提出一种基于“双螺纹”嵌入式连接来增强嵌入螺母的抗拔强度。采用单因素试验法研究双螺纹嵌入螺母参数(长度、宽螺纹牙间距、牙高)以及引导孔直径和表板类型对轻质无框木基仿生夹芯板极限抗拔力的影响规律,作为对照在固定表板类型条件下,对比了M6拉铆螺母的极限抗拔力。结果表明:M6拉铆螺母适合安装在3 mm厚的椴木胶合板上。提升双螺纹嵌入式螺母的极限抗拔力,可增加螺母宽螺纹牙间距,降低宽螺母长度并选用较小直径的引导孔和厚度高且密度大的表板。

考虑错位角的角接触球轴承极限承载能力研究

针对角接触球轴承实际安装会出现错位角,与承受过大外载荷会产生接触椭圆被截断的情况,提出一种包含错位角的轴承极限承载能力分析模型。通过改进算法,减少方程数量,降低了模型求解难度;通过与文献、Romax软件的对比,验证了算法的正确性;最后,以角接触球轴承7008C为研究对象,分析了不同参数对极限承载能力的影响。结果表明,增大错位角与径向力、增加滚动体数量、减小滚动体直径会在一定程度上削弱极限轴向力与极限倾覆力矩;增大沟曲率半径系数与挡肩高度可以显著提高极限轴向力与极限倾覆力矩;然而,最小挡肩高度制约了轴承的极限承载能力。

朝上盾构开挖面被动失稳极限支护力研究

朝上掘进盾构法施工时开挖面压力控制不当会导致开挖面前方土体发生失稳破坏。对已有模型试验的结果进行分析,建立了朝上掘进盾构隧道开挖面上方土体破坏区的力学模型,基于极限平衡法推导出被动破坏模式下的开挖面极限支护力计算公式,研究了倒圆台体模型高度以及侧面与水平面的夹角对极限支护力的影响。研究结果表明,朝上掘进盾构开挖面上方土体的被动破坏模式呈现三维倒圆台体形态,极限支护力的大小随开挖面上覆土层的厚度增大而增加;当倒圆台体模型侧面与水平面的夹角在一定范围内变化时,极限支护力的大小随夹角的增大而减小,在实际工程中,如遇开挖面上层覆土厚度过小以及倒圆台模型侧面与水平面夹角过大的情况,土体极限支护力变小,易发生失稳。因此,为保证开挖面的稳定性,需要重点关注开挖面上层覆土厚度过小以及倒圆台模型侧面与水平面夹角过大带来的影响。

盾构隧道开挖面极限支护力理论分析差异性研究

盾构掘进过程中合理设置支护压力是维持盾构开挖面稳定的关键。为获得便于工程实际应用的极限支护力计算方法,针对极限支护力的理论模型及计算方法进行分析,通过总结国内外学者关于盾构开挖面稳定性研究的成果,从盾构开挖面失稳形状及模式、理论分析模型及计算方法和极限支护压力差异性分析等方面进行研究,将理论极限支护力计算公式和模型试验与数值模拟不同工况下所得的极限支护压力进行归一化处理,并进行差异性对比评价。研究结果表明,埋深比、土体内摩擦角等因素对开挖面失稳区域和极限支护力影响较大;理论分析和数值模拟与模型试验对比结果,验证了理论分析方法进行盾构开挖面稳定性研究的可靠性,并为工程应用提供参考。

基于非线性有限元的房屋建筑钢梁节点受力极限研究

为解决传统房屋建筑钢梁节点受力极限分析残差高的问题,基于非线性有限元分析房屋建筑钢梁节点受力极限。基于非线性有限元分析,模拟房屋建筑钢梁节点受力数值,通过建立房屋建筑钢梁节点受力应力-应变关系,运用非线性有限元分析房屋建筑钢梁节点受力规律,得出房屋建筑钢梁节点受力极限。设计实例分析,结果表明:设计方法分析残差明显低于对照组,能够解决传统房屋建筑钢梁节点受力极限分析残差高的问题。

湖区桩基极限挤压冰力计算研究

现行JTS 144-1—2010《港口工程荷载规范》提出了海冰和河冰的极限挤压冰力计算公式,但是规范中没有针对大面积淡水湖区的计算公式。基于实际工程,通过对比分析国内相关行业规范针对极限挤压冰力的计算公式,并结合数值模型实验得出,利用《港口工程荷载规范》的河冰公式计算得出的极限挤压冰力偏小,而海冰公式计算得出的极限挤压冰力偏大,根据现行JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》得出的极限挤压冰力与数学模型模拟值基本一致。因此对于大面积淡水湖区极限挤压冰力的计算可以参考《公路桥涵设计通用规范》中的计算公式。该研究为计算大面积淡水湖区极限挤压冰力提供一定的依据,为修订规范时提供参考。

基于极限平衡法的挡土墙设计理论

本文针对嵌入式挡土墙进行拟静力极限平衡设计,采用Blum法计算动力条件下的内力和临界加速度,讨论该方法的主要缺陷,并基于真正动态二维有限差分分析的结果,提出一种新的极限平衡方法。研究表明:在水平接触应力和弯矩分布方面,拟静力预测法结果与真正的动态二维有限差分分析法获得结果以及相关文献研究结果高度吻合。随着土-墙体系强度增加,土-墙体系的临界加速度和最大弯矩均增大。土-墙系统强度越大,在振动中产生位移越小,但这一目标实现需要增加墙体内力。Blum方法仅为中等地震提供了对墙体最大内力的可靠估计,并且显著低估了临界加速度和相应的最大弯矩。相反,本文所提出的方法与数值数据吻合较好,并始终给出保守估计的最大弯矩值。

一种采用结构梁极限受力校核环板的方法

本文以东南亚海域某井口平台为例,开发了一种采用结构梁极限受力校核环板的新方法,解决了采用时程分析方法通过USFOS软件对组块进行地震计算而带来的环板强度校核计算量过大问题,为环板的标准化设计带来了新思路,节约了大量的设计工时与成本。

粘性土中水平荷载桩的地基极限水平反力研究

通过对粘性土中水平荷载桩的地基极限反力的研究,按塑性理论推得了粘性土中圆形截面水平荷载桩地基极限水平反力P_u的滑移线理论解,其p_u值为已引用多年的Broms建议值的一半或更小.经试桩资料验证,按此理论解答求得的桩顶极限水平荷载与实测值非常吻合.

铁路隧道掌子面极限支护力计算模型研究

为探究铁路隧道施工过程中掌子面支护力变化规律,根据铁路隧道掌子面的失稳模式,利用极限分析上限定理,建立了铁路隧道掌子面极限支护力计算模型;利用外力功率和内能耗散率计算得到掌子面的极限支护力,并通过实际工程验证了该计算模型在不同工况下的工程适用性。将极限支护力计算模型所得数据与现场实测数据进行对比分析,结果表明:该模型计算数据与现场实测数据接近,且在变化规律上呈一致性,有效地证明了极限支护力计算模型在工程应用中是合理可靠的。铁路隧道掌子面极限最小支护力的变化规律为:随地层复合角的增大而增大、随土体内摩擦角的增大而减小和随土体黏聚力的增大而减小。该研究成果为隧道开挖过程中的掌子面稳定性分析提供了理论指导与参考。

近海风力机在极限波浪作用下的初步计算分析

考虑风、浪的联合作用,建立了近海风力机组的系统载荷模型。根据基于流函数理论非线性规则波的仿真方法以及Morison方程,采用C++与Fortran语言混合编程开发了极限波浪力的仿真计算程序。应用该程序对一非线性规则波进行了仿真计算,其计算结果与国外文献的波浪仿真计算结果进行比较,取得了良好的一致性,从而验证了极限波浪力的仿真计算模型;最后应用开发的程序对在波浪作用下的塔架实例的极限波浪力进行了计算。

迎坡条件下盾构隧道开挖面极限支护力计算与分析

开挖面的稳定性是盾构隧道施工技术的关键。针对目前考虑坡度因素的盾构隧道开挖面极限支护力计算尚未见到报道的现状,基于筒仓理论,采用极限平衡分析法,引入线路坡度角,建立了迎坡施工条件下,盾构隧道开挖面极限支护力的计算模型,推导了相应的计算公式,并进行了实例分析,结果表明:该方法具有很好的可靠性,可用于同类工程的设计与施工。在此基础上,进一步计算得到了不同坡度时的盾构隧道开挖面极限支护力的大小,探讨了线路坡度对开挖面极限支护力大小的影响,主要得出了以下结论:开挖面极限支护力随线路坡度增大而呈线性显著增大;而开挖面前方土体破裂角随线路坡度增大反而线性减小,且两者之和可视为一常数。可见,线路坡度的存在对开挖面支护力的影响较大,不能简单地等同为平坡条件,设计、施工过程中应予以充分考虑。

砂土地层盾构隧道开挖面被动破坏极限支护力研究

盾构掘进时推力过大极易造成地表隆起,导致开挖面前方土体被动破坏。基于莫尔–库仑屈服准则,采用大型有限元软件ABAQUS对砂土中盾构隧道开挖面的被动破坏进行模拟,得到开挖面的被动破坏支护力并揭示开挖面的被动破坏模式。进而,将传统的三维楔形体极限平衡模型中的棱柱体修正为具有一定倾角的倒棱台,使其破坏区域更为接近真实的土体隆起区域。推导开挖面被动极限支护力关于楔形体倾角的表达式,并通过试算,找出最小的支护力值即为被动破坏支护力。采用修正后的极限平衡模型得到的被动支护力与数值计算结果吻合良好,并且都较好的落在E.Leca等计算的上下限范围内。该模型为盾构隧道施工中确定支护力的上限值提供参考。

基于密封性能要求的超深井钻柱极限提升力的确定

为了评估大轴向载荷作用下的钻杆接头密封性能,保证钻杆接头的使用性能,采用三维有限元方法建立了双台肩钻杆接头高精度有限元模型,研究了钻杆接头的密封机理,并分析了其在上扣扭矩和轴向拉力作用下的力学特性。研究结果表明,双台肩钻杆接头的密封以主台肩、副台肩为主,只有当上扣扭矩使主、副台肩上产生一个合理的接触压力后,才能保证接头的密封性能;轴向拉力的作用将降低主、副台肩上的接触压力,从而影响接头的密封性能;当轴向拉力超过2 500kN时,主、副台肩将失去密封性能,从而增加接头发生应力腐蚀的风险。该研究结果对超深井钻杆接头使用性能的提高和钻柱极限提升力的确定具有一定的参考价值。

上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析

极限支护力是保证盾构隧道开挖面稳定性的关键参数.但目前鲜有学者研究上硬下软地层中盾构隧道开挖面极限支护力的现状.本文基于极限平衡法和筒仓理论,假设破坏面为折线,建立了适用于该地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,并得到其计算公式;进而对该地层模型进行数值模拟.结果表明,与不考虑地层分层的传统方法相比较,本文方法与数值计算结果更为吻合,证明了当开挖面横跨上硬下软地层时考虑分层的必要性.在此基础上,对埋深、上下土层厚度及土体强度指标等参数对极限支护力的影响进行了分析.结果表明:当上下地层土质不同时,考虑分层与否所得的极限支护力差异较大.因此,上硬下软地层不能等同于均质土层,在工程实践中需予以考虑.