埋入式后压浆管桩竖向抗拔破坏模式研究

埋入式后压浆管桩作为一种新型桩基础,集钻孔灌注桩和预应力管桩的优点于一体,可以解决灌注桩桩身质量不可靠和预应力管桩沉桩困难等问题。对埋入式后压浆管桩的竖向抗拔试验进行CT扫描,得到不同位移状态下模型桩的CT扫描图像,直观地揭示破坏面的发展规律,并建立破坏面方程。对其他学者提出的抗拔桩破坏面方程进行优化,通过静力平衡方程,获得优化后破坏面方程对应的埋入式后压浆管桩抗拔极限承载力函数,并采用遗传算法确定优化后破坏面方程的参数。将多种理论假定破坏面与试验获得的破坏面进行对比分析,验证所得破坏面方程的准确性。研究发现:埋入式后压浆管桩在上拔位移到达0.45倍桩径时发生破坏,此时灌浆层与土体紧密结合,两者之间未出现明显位移,破坏仅发生在灌浆层之外的桩周土体中;破坏面从桩底向桩顶延伸,越靠近桩顶,破坏面距离桩身越远,破坏面在桩底与混凝土侧壁相切,在地面与水平面的夹角接近42°,呈喇叭形破坏;本文的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R^(2)=0.97,前人的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R^(2)=0.91,本文的破坏面方程更加贴近试验获得的破坏面。研究成果对埋入式后压浆管桩的设计计算具有重要的参考价值。

真三轴条件下Q_2黄土的破坏模式与强度特性研究

基于西安理工大学自主研发的新型真三轴试验仪,对不同含水率Q2黄土在不同b值、不同固结围压条件下进行了真三轴试验研究,分析了真三轴试样破坏方式、中主应力对抗剪强度参数的影响以及π平面上的强度破坏面。结果表明,Q2黄土真三轴试样破坏方式主要有侧胀破坏、锥形破坏、梯形破坏、六边形破坏;不同b值应力路经条件下黏聚力与三轴压缩条件下黏聚力的比值在0.9～1.9之间,内摩擦角比值在0.7～1.5之间。土的结构性和土体破坏方式对π平面上的强度破坏面的形状影响较大,固结围压对π平面上的强度破坏面的大小影响较大;原状Q2黄土在π平面上的强度破坏面形状主要呈现梨形和轴对称六边形;随着结构性由强到弱,π平面上的强度破坏面形状由梨形向轴对称六边形变化。

冻融条件下混凝土破坏面演化模型研究

对混凝土材料冻融破坏的研究多用动弹性模量表示,与强度损失相比,动弹性模量在工程结构方面一般不直接使用。针对此情况,建立冻融混凝土在主应力空间内实用的破坏面演化模型,以描述冻融后混凝土的强度变化。为此,根据混凝土冻融破坏的机制,应用损伤力学方法量化冻融造成的损伤并建立演化方程,应用“有效应力”的概念建立混凝土冻融破坏面在主应力空间内的发展演化模型,并预测混凝土冻融后的强度特征。最后通过已有试验数据验证演化模型的合理性。

土的空间破坏面及其抗剪强度

岩土空间破坏面位置的确定与计算所选用的破坏准则有关,运用不同的破坏准则得到的土体的破坏面位置及相应抗剪强度也不同.基于最大剪应力、最大剪正应力比和空间滑动面破坏准则,通过建立Lagrange函数求条件极值的方法推导了不同破坏准则条件下岩土空间破坏面的位置及相应的抗剪强度,并得到了这些抗剪强度与现有常用破坏准则间的相互关系.进而针对已求得的不同破坏准则条件下的抗剪强度,通过数值分析探讨了中主应力对土的抗剪强度的影响.分析结果表明,中主应力对土的抗剪强度有显著的影响,一般地在平面应变条件下这种影响达到最大.

冲击压缩下氧化铝陶瓷中破坏阵面的传播

进行了平面冲击波压缩下氧化铝陶瓷中破坏阵面的实验测试和理论探索．通过氧化铝陶瓷的平板碰撞实验,借助VISAR测试系统测量了试件自由面的质点速度历程,并对回收试件进行了电镜扫描观察．质点自由面速度历程曲线表明,氧化铝陶瓷材料中存在破坏阵面的传播．考察了破坏阵面的传播特性,给出了陶瓷材料的动态破坏模型,并对破坏阵面的传播进行了数值分析．

格形钢板桩结构填料土压力及剪切破坏面研究

基于FLAC2D对格形钢板桩结构进行了受力和变形分析,将不同水平荷载下得出的计算土压力,与静止土压力、Rankine主动土压力、Rankine被动土压力进行了对比,提出了格内填料土压力的简化计算方法.认为:格体前桩的土压力分布可以采用Rankine主动土压力;后桩的土压力则以钢板桩水平位移为零的点分为上下两部分,上部分为均布土压力,下部分线性增大至静止土压力.格内填料的剪切应变增量发展过程表明:格型钢板桩的剪切破坏面主要发生在格体的中轴处,符合太沙基法给出的结论.

两点爆炸冲击波对冰的破坏效应的仿真分析

为研究两点水下爆炸冲击波对冰体的破坏效应,基于ANSYS/Ls-dyna仿真软件,分析了同时起爆的情况下相间距对冲击波破坏冰体的影响,并与单点爆炸情况进行冲击波峰值压力对比.通过分析冲击波压力和破坏面形状,得出:在两点同时起爆的情况下,冲击波发生叠加,冲击波压力比单点爆炸的冲击波压力大,破坏效果好;相间距过小时冰体破坏面中间部分过于突出,相间距过大时冰体破坏面中部区域变小,甚至消失;最优相间距应为单点爆炸时冰体破坏面直径的0.91倍.

单压下有序多裂隙脆性材料破坏机制及其简化模型

采用试件养护前期拔出预埋插片形成预制裂隙的方法制作多裂隙脆性材料试件,并在伺服控制单轴加载系统上对其进行加载试验。基于单压下脆性材料局部破损的应变软化机理建立裂隙体数值模型,对比试验与数值计算结果分析有序多裂隙脆性材料破坏机制及其影响因素。结果表明:除裂隙倾角及其几何排布外,裂隙在试件中的相对分布位置也影响裂隙体的破坏特征,且影响程度与裂隙面上有效剪切力大小有关,有效剪切力越大,则影响越显著。试验与数值计算结果显示:多裂隙试件中存在一组优势破坏面,与和裂隙走向相一致的试件斜对角线重合,裂隙分布在优势破坏面上或附近时,其尖端发育微裂纹的机率大于远离优势破坏面位置裂隙。结合有序多裂隙试件破坏特征及数值模型单元屈服状态,提出2种近置裂隙尖端裂纹发育简化模型,并结合本试验结果验证了简化模型的可行性。

岩土面上抗剪强度与破坏面位置

通过理论推导出在平面应变条件下岩土任意面上的抗剪强度通式和破坏时中主应力与大小主应力的关系,给出了破坏面位置与强度准则的一般关系。为岩土滑移面的确定提供了理论依据,对研究岩土强度准则具有指导意义。

考虑破坏面转移和垃圾坝作用的边坡稳定分析

垃圾坝是山谷型填埋场和横向扩建填埋场中常采用的增稳措施;破坏面在衬里结构不同界面间发生转移也是被证实的规律,考虑破坏面转移和垃圾坝作用的垃圾体边坡稳定分析方法尚未见报道。通过将衬里结构中破坏面转移点作为分界点,将滑动垃圾体分成5个楔体,利用极限平衡条件建立了五楔体边坡稳定分析方法。研究结果表明,五楔体极限平衡分析方法能够分析考虑破坏面转移和垃圾坝影响的填埋体稳定性;考虑破坏面转移计算得到的安全系数低于不考虑考虑破坏面转移的计算结果,考虑破坏面转移的计算方法能够发现更危险的情况;填埋场安全系数随垃圾坝高度的增大而增大;垃圾坝的背坡有一最优坡度,垃圾坝的背坡小于这一坡度时,发生"坝背破坏"模式;垃圾坝的背坡大于这一坡度时,发生"坝底破坏"模式;最危险破坏面通过填埋场的背坡和底坡的衬里,再通过垃圾坝的坝背衬里界面或坝底。

垃圾体内部与衬里界面组合破坏稳定分析方法研究

垃圾填埋场沿底坡和背坡衬里界面发生平移破坏的工程实例较多,也有破坏面沿垃圾体内部和底坡的组合破坏形式,相应的计算分析方法有待完善。对组合破坏,根据垃圾体内部破坏面为库仑主动破坏面和组合破坏面上各点安全系数相同的假设,由刚体极限平衡条件,建立组合破坏的稳定计算方法。运用双楔体和组合破坏稳定分析方法对算例和Kettleman Hills填埋场工程实例进行计算分析。结果表明:双楔体法计算得到的最危险平移滑动破坏安全系数大于组合破坏最小安全系数;最危险破坏面是组合破坏面;对Kettleman Hills填埋场,组合滑动面也是可能的滑动破坏面。由此可见,组合破坏是垃圾填埋场可能的破坏形式之一,在进行垃圾填埋体滑动稳定分析计算时应进行组合破坏形式的计算分析。

复合加载模式下桶形基础破坏包络面弹塑性有限元数值分析

作为新型的海洋基础型式,建立复合加载模式下地基基础的破坏包络面,并依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是地基基础设计与施工中的关键问题。但目前对于吸力式桶形基础的破坏包络面形状及其数学形式尚缺乏合理的计算模式和分析方法。基于大型有限元分析软件ABAQUS,采用Swipe试验加载方法,通过比较系统的数值计算与分析,考察了不同荷载组合加载模式下桶形基础破坏包络面形状,并给出了其数学表达式,依次评判实际荷载作用下桶形基础的工作状态,为工程设计提供参考依据。

复合加载模式下桶形基础破坏包络面特性研究(英文)

桶形基础结构是一种适宜于滩海软黏土地基上的新型海洋基础形式。研究复合加载模式下桶形基础的承载力特性,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是桶形基础设计与施工中的关键问题。针对软黏土地基上桶形基础结构,利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性本构模型,对复合加载模式下桶形基础的承载特性进行了三维弹塑性数值分析。在V-H、V-M、V-M-H空间内建立了复合加载模式下桶形基础极限承载力破坏包络图,推导了破坏包络面的经验计算公式,由此可根据实际的复合加载状态与数值计算所得的破坏包络曲面之间的相对关系,评判实际荷载作用下桶形基础的工作状态,为工程设计提供参考依据。

倾斜与偏心荷载作用下裙板式基础破坏包络面研究

联合采用Swipe加载模式与固定位移比加载模式,对裙板式浅基础在倾斜与偏心荷载两种加载条件下的承载性能进行了比较系统的平面应变有限元分析,主要探讨了裙板式基础埋深、地基土不排水强度的非均质性对基础在竖向荷载V与水平荷载H、竖向荷载V与弯矩M加载平面内的破坏包络面的影响,揭示了地基在不同荷载分量组合条件下的失稳破坏机制。结果表明,基础埋深与地基土强度的非均质性对于地基失稳模式有较大影响,但V-H和V-M平面内的破坏包络面形状具有较好的归一化特性,并分别建议了裙板式基础在倾斜和偏心荷载作用下的破坏包络面方程。

从结构工程的角度看混凝土在冻融循环下的破坏标准

混凝土冻融破坏的标准通常应用材料学的观点,认为动弹模损失达到一定程度即为破坏,但材料学的冻融破坏观点在工程结构中并不实用。工程结构的破坏传统上是以混凝土强度理论为基础、以构件的极限承载力为标准来判断的。为比较二者的差异,本文将考虑冻融循环影响的混凝土在主应力空间的破坏面模型嵌入通用有限元程序MSC.Marc中,利用已有的试验数据验证这种二次开发的有效性,然后通过一系列有限元计算模拟不同冻融条件下混凝土试件破坏的极限承载力,从而将材料学角度的混凝土冻融破坏标准和结构工程角度的混凝土冻融破坏标准联系起来。基于现有的试验数据对比表明,目前从材料学角度采用的冻融破坏标准相对在结构工程领域而言偏松。

V-H-T荷载空间内海上风机桶形基础破坏包络面特性分析

与海上采油平台的基础不同,用于海上风力发电机的吸力式桶形基础不但承受着上部结构所传来的竖向荷载V、风浪等引起的水平荷载H,还承受着叶片等旋转机构传来的扭矩T。在swipe加载方法和固定位移比加载方法的基础上,建议了荷载-位移联合搜索方法。采用该方法对于桶形基础在V-H、V-T、H-T荷载平面内以及V-H-T非共面复合加载条件下的稳定性进行了三维有限元数值分析,得到了V-H-T荷载空间内的破坏包络面。由此可根据实际的受力状态与该破坏包络面之间的相对关系,评价实际荷载状态下海上风力发电机桶形基础的稳定性。

基于三维破坏面的地基极限承载力计算方法

为确定作用在给定基础形状地基土上的极限承载力,对基底下的土体进行网格划分,先假定一矩形均布荷载作用在此地基土上,运用布氏解的积分公式,结合角点法,编制MATLAB语言程序,求出每个网格结点上的附加应力,进而求得每个网格结点上的主应力,根据破坏准则,由程序找出破坏点的坐标,利用MATLAB的图形处理功能,把破坏点的坐标在坐标图中显示出来。继续加大矩形均布荷载,直至这些破坏点在坐标图中刚好能够形成一个连续的破坏面,此时的矩形均布荷载即为该地基的极限承载力。此方法不仅可以有效地避免地基承载力经验公式中一些不合理的假设带来的误差,更符合实际情况,而且可以直观地了解到地基土的三维破坏面。

刚性联接裙板式基础系统的破坏包络面研究

对于刚性联接裙板式基础系统在竖向荷载V、水平荷载H与弯矩M复合加载条件下的稳定性进行系统的平面应变有限元分析,主要探讨基础间距与宽度之比、地基土不排水抗剪强度的非均质性对于基础系统在不同荷载平面与V-H-M三维荷载空间内的破坏包络面的影响,并与单个基础的相应包络面形状进行对比。对比结果表明,裙板式基础系统的归一化V-H包络面形状与单个基础基本一致,但V-M、H-M包络面形状则出现显著差异。根据有限元得到的裙板式基础系统在单向加载情况下的失稳破坏模式,分别给出竖向、水平及弯矩承载力系数的塑性极限分析上限解。基于计算结果,建议了刚性联接裙板式基础系统的三维破坏包络面方程,该方程可以用来估计给定间距范围内的基础系统在复合加载条件下的承载力。

力矩与水平荷载联合作用下裙板式基础破坏包络面研究

联合采用swipe加载模式、固定位移比与固定荷载比加载模式,对于裙板式浅基础在水平荷载与力矩荷载的复合加载条件下的承载性能进行比较系统的平面应变有限元分析,主要探讨了裙板式基础埋深、地基土不排水强度的非均质性对于基础破坏包络面的影响,揭示了地基在水平和力矩荷载的不同组合条件下的失稳破坏机制。同时,对于两种swipe加载模式的有效性进行了比较。计算结果表明:对于非均质土,当裙板式基础埋深与宽度之比大于0.3时,破坏包络面产生正方向倾斜;当埋深与宽度之比小于0.3时,基础的破坏包络面出现负方向倾斜。而在均质土中,基础的破坏包络面没有出现负方向倾斜。

降雨诱发残积土陡坡坡面冲刷破坏颗粒流模拟

为了明确降雨诱发的残积土陡坡坡面冲刷破坏机理,以福建省典型残积土陡坡为例,采用离散元模拟技术,依据所标定的参数,通过等效降雨法模拟陡坡坡面冲刷剥落过程,并分析冲刷速度对陡坡坡面冲刷破坏的影响规律。结果表明:陡坡仅在坡面浅层产生冲刷剥落破坏现象,其他部分未发生明显变形,陡坡整体形态保持良好;各时间点陡坡坡面土体颗粒的接触模型与其陡坡形态具有很好的一致性;冲刷破坏过程从初始存在黏聚力的接触黏结模型转变为黏聚力为0的抗转动线性模型;陡坡剥落后各颗粒间大部分为无黏性接触,呈松散土颗粒状,但是部分仍服从接触黏结模型,剥落类型为碎块状剥落;低流速径流冲刷时,剥落量从坡顶层到坡脚层呈现先减小后增大的趋势;流速越大,则坡脚冲蚀坑与深度越明显,坡面剥蚀厚度与总剥蚀量越大,并且坡顶层颗粒剥落量基本不变,而下层剥落量逐渐增大。