砂卵石层串珠状溶洞地质条件下大直径单桩水平静载试验及数值仿真分析

砂卵石和串珠溶洞地质条件下的桥梁桩基水平承载力和变形机理研究目前并不充分。为合理确定该地质条件下无铰拱桥桩基水平承载力,开展了现场水平静载试验,分析了该类地质条件下桩基水平承载力的合理值,为类似工程提供参考。并运用GTS有限元软件开展了数值模拟,建模以修正摩尔库伦模型模拟砂卵石层,并在桩土之间设置Goodman接触单元,在桩端设置桩端单元。同时假定串珠状溶洞为椭球状分布,为防止计算出现不收敛的情况,对空腔内部进行特殊处理,采用统一理论模拟钢护筒和筒内混凝土。在此基础上,分析了桩顶受荷时H-Y曲线和H-ΔY0/ΔH曲线,并将数值结果与实测结果进行了对比。结果表明,在合理运用本构模型和土工参数情况下,有限元数值仿真结果与现场试验结果吻合度较高,有限元软件可以作为确定这种特殊地质条件下桩基水平承载力的有力技术手段,为确定单桩水平承载力提供新思路。

旧水泥混凝土道面加铺层有限元分析方法

本文提出了弹性地基上板的三维应力分析方法。考虑上下板之间既非完全连续，又非完全光滑的接触状态．引用了三维Ｇｏｏｄｍａｎ模型单元。据此编制了旧道面板上加铺层的三维有限元分析程序。经与其它成果对比，证明所编程序正确可靠。

平均应力对50钢超高周疲劳性能的影响

为了进一步拓宽超声疲劳试验的研究范围，对50钢进行了含有平均应力的三点弯曲和非对称拉压疲劳性能试验，得到相应的疲劳，S-N曲线，研究了平均应力对其超高周疲劳性能的影响。结果表明：超声频率加载下平均应力对50钢疲劳性能有显著影响，在应力幅相同的情况下，随着平均应力的增大，疲劳寿命降低；常规疲劳用于描述平均应力影响的Morrow关系仍能描述超声频率加载下高周疲劳（〈10^7周次）范围内拉伸平均应力对50钢疲劳性能的影响，但是不能用来描述超高周范围内拉伸平均应力和弯曲平均应力对疲劳性能的影响；常规疲劳用于描述平均应力影响的Goodman模型仍能很好地描述超声频率加载下一定寿命的应力幅值和平均应力的配合。

基于Cosserat理论的柱状节理岩体各向异性本构模型研究

针对白鹤滩柱状节理岩体的各向异性力学特性,引入三棱柱和四棱柱概化模型,采用Cosserat理论和Goodman当量叠加原理,基于一组节理岩体的微观介质体,得到其Cosserat扩展介质本构关系;然后将其用节理法向刚度和切向刚度简化处理,并叠加到空间三维Cosserat介质本构关系中,建立宏观意义上的四棱柱和三棱柱柱状节理本构模型;最后基于FLAC3D,将Cosserat各向异性本构模型用于白鹤滩柱状节理岩层隧道开挖数值模拟中,并对比分析各向同性和各向异性条件下围岩开挖各阶段应力–应变的差异及对工程的影响。相比各向同性本构模型,Cosserat各向异性本构模型3个方向上的应力相差较大,更能反映工程实际,对工程优化设计有着重要的意义。

考虑摩擦接触的沥青路面坑槽补缝处力学响应研究

为了给沥青路面坑槽结构修补设计提供科学的理论支持,针对坑槽补缝处力学响应的影响因素修补厚度和修补料与原路面材料的模量比,采用Goodman零厚度单元模型,运用非线性有限元软件ABAQUS计算了不同修补厚度、不同模量比与荷载耦合作用下补缝处的力学响应,分析了补缝处力学指标随接触摩擦系数的变化规律.研究结果表明:不同接触模型对补缝最大拉应力和最大剪应力计算结果影响较大;不同修补厚度和模量比条件下,横缝最大拉应力无显著变化;而纵缝处,一定修补厚度和模量比条件下最大拉应力出现峰值,且由顶部到底部呈先减小后增大趋势,各补缝处最大剪应力关系是纵缝顶部>补块表面>橫缝底部,模量比为0.5时出现峰值0.32MPa.

深基坑开挖的有限元模拟与实验研究

本文根据 Goodman接触面单元和 Duncan- Chang模型编制了二维有限元程序 SJK。考虑了工程实际中分步开挖、支撑等一系列施工过程 ,利用模型试验对该程序进行了验证 ,实测结果与理论计算值两者较为接近 ,为工程设计和施工提供参考。

基于Gerber模型的DFR法与结构细节效应

在实际工程应用中,基于Goodman模型估算结构细节疲劳额定强度(DFR)的方法偏于保守,不够经济。本工作推导基于Gerber模型的DFR值D(应力比R=0.06)的计算公式,引入细节效应系数以考虑多细节对置信度系数和D估算结果的影响;与已有结果的比较发现:基于Gerber模型的D的估算方法能够较大程度地发挥材料的潜能,降低研发成本。利用构件细节额定值系数法,通过单个细节结构的D估算了含多个细节的结构的D。估算结果与试验结果的比较验证了基于Gerber模型的DFR法的准确性和适用性。

航空有机玻璃的疲劳寿命

主要从疲劳S-N曲线、等寿命图两个方面研究了航空有机玻璃的疲劳寿命。研究结果表明:由Goodman模型拟合的有机玻璃疲劳等寿命图不但本身具有很高的相关性系数,同时能很好地预测某一寿命下材料的安全系数,是拟合航空有机玻璃等寿命图的优选模型。Goodman模型等寿命图使试验人员很清楚地找到每一个点对应的σ_(max),σ_(min),σ_a,σ_m,R,N值,节省了试验的时间和成本;由已知的许用安全系数,可以计算出任一工作点的安全系数和安全区,为结构的设计提供依据。

不同接触面模型对评估地下结构震害的影响

对土 -结构之间相互脱离、滑移现象提供了一个有效的分析方法。在分析中 ,用二维有限元和无限元耦合对地铁隧道进行动力时程分析。同时 ,在分析中考虑了混凝土材料的塑性。研究比较地铁箱体结构在完全约束模型、经典库仑摩擦模型和 goodman单元三种不同的土 -结构相互作用方式下最大主应力、塑性铰的分布以及土 -结构之间的脱离、滑移程度。

考虑非线性接触地铁基坑施工过程变形研究

探究土体与地下结构之间的接触行为,本文首先对砂土和粉质黏土与围护结构的接触面进行了试验,获得了两类土体与围护结构的接触面力学特性。其次采用基于Clough与Duncan应力-位移双曲线模型的无厚度Goodman接触单元,验证了接触面非线性的切向行为合理性。考虑实际工程中土体与围护结构的接触非线性问题,基于无厚度Goodman接触单元对地铁基坑施工变形过程进行预测,并结合模拟接触切向行为的罚函数法线性模型,对比罚函数法线性接触模型与Goodman非线性接触模型对基坑开挖变形的影响,研究包括围护桩墙后土体垂直沉降、围护桩墙侧向水平位移以及围护桩墙顶端水平位移。最后将研究因素与实际监测数据对比,结果表明:在考虑非线性土与结构相互作用的基坑开挖过程中,计算结果与实际监测结果的相对误差均保持在10%以内,计算结果更合理,为类似土与结构相互作用的岩土工程接触分析提供参考和理论基础。

考虑古德曼接触的梯形渠道冻胀有限元模拟

为了探究渠道衬砌冻胀破坏的机理,利用有限元软件ABAQUS对梯形渠道的冻胀过程进行了先热后力的数值模拟。在模拟过程中分为考虑古德曼接触的模型和不考虑接触的模型,将得出的结果分别与原型渠道的数据相对比,结果表明,考虑古德曼接触的模型更符合实际情况,能够很好地解释渠道冻胀破坏的位置常在渠道底板中间以及距离坡脚1/3坡板处的现象,其所得结果可以应用于渠道的抗冻胀设计。

顺层非贯通节理边坡稳定性及破坏模式研究

为了探究非贯通节理边坡中节理因素对边坡稳定性的影响,以吉林某岩质边坡为工程背景,运用PHASE有限元软件建立基于Parallel statistical节理网络模型的顺层岩质边坡模型,利用正交分析法对顺层边坡非贯通节理中的节理倾角、节理长度、节理间距和节理岩桥比例等4个因素进行敏感性分析。根据工程实际,对40°时的贯通节理和非贯通节理的破坏模式进行对比研究。研究表明:影响顺层非贯通节理边坡稳定性因素重要性的排序依次是节理倾角、节理长度、岩桥比例和节理间距;在相同条件下,非贯通节理和贯通节理破坏模式不同,非贯通节理在节理两端易产生应力集中,节理之间相互贯通,并向坡体上部发展,最终导致边坡发生沿节理面破坏。而贯通节理破坏先由坡脚产生,而后沿节理面直线上升到坡顶发生破坏,破坏面较为明显。研究结果为节理岩体边坡工程的研究提供了一定的理论依据和参考价值。

层间结合状态对沥青路面结构力学和寿命影响分析

层间结合状态是影响路面结构力学和使用性能的重要因素。鉴于当前我国沥青路面设计规范中路面层间的完全连续状态假定存在缺陷,采用Goodman模型对路面层间结合状态进行描述,通过BISAR3.0软件计算和对比了不同层间结合状态条件下的路面结构力学响应,并结合结构力学指标进行路面性能分析和寿命预估。结果表明:层间结合状态由连续变化为光滑过程中路面力学指标、使用寿命和服务水平将处于不利状态。

某灯泡贯流式机组水导轴承安全性评价研究

本文通过开展交变应力测试,并采用Goodman模型对灯泡贯流式机组水导轴承进行疲劳分析,分析结果表明:疲劳许用交变应力为116.9Mpa,水导轴承交变应力最大值为13.7Mpa,远小于疲劳许用交变应力,水导轴承异常振动不会对机组水导轴承运行构成较大安全风险。本文对国内外水电厂分析及评价同类型问题有较大借鉴意义。

Analysis of Negative Skin Friction on Single Pile above a Tunnel

A finite element program with two different soil models is adopted to study the negative skin friction of an unloaded single pile embedded in the settlement trough of a tunnel. The results show that it is necessary to consider the nonlinear property of soil and to set interface elements between piles and soil in analysis of the negative skin friction of piles. Among a pile group, the pile located above the tunnel centerline bears larger downdrag than the ones far away from tunnel centerline.

基于Cosserat理论的柱状节理岩体本构模型

柱状节理岩体复杂的各向异性对相关工程设计及施工提出了挑战,准确掌握其各向异性力学参数对降低工程风险十分重要。基于Cosserat理论和Goodman当量叠加原理,首先建立了四棱柱、五棱柱、六棱柱柱状节理岩体二维本构模型。通过引入应力集中系数,将本构关系扩展至三维空间。针对白鹤滩水电站柱状节理岩体,采用3种模型分别计算了工程常数取值,并分析了3种模型计算结果与工程经验取值差异,比较了3种模型各向异性特征。结果表明,3种模型计算值与经验公式估算结果及现场原位承压板试验结果相近,四棱柱、五棱柱、六棱柱柱状节理岩体模型的弹性参数变化曲线分别反映出各模型正交各向异性、准横观各向同性、横观各向同性的各向异性特征。

带通气槽的篦齿封严环失效分析

根据带通气槽的篦齿封严环的强度计算结果,其薄弱位置与低循环疲劳疲劳试验的失效断面相吻合。裂纹扩展试验表明,存在表面缺陷的篦齿封严环会快速失效。通气槽交界处圆角半径、轴向通气槽深度对最大应力的影响较大。应用Goodman模型进行了失效寿命对比计算,并进行了结构改进试验。试验结果及应用情况证明,篦齿封严环失效问题已得到解决。

高层建筑基坑开挖的数值分析研究及工程应用分析

本文利用土的非线性次弹性模型，并考虑桩土相互作用，加入接触面单元，编制了有限元计算程序 MYK，考虑了工程实际中分步开挖、支撑等一系列施工过程，利用工程实例对该程序进行了验证，实测结果与理论计算值两者较为接近，得出了一些有实用意义的结论，为工程的设计和施工提供重要参考。

修补模量对沥青混凝土路面坑槽补缝界面力学影响研究

为了研究坑槽修补材料与原路面材料的模量比对补缝界面力学性能的影响,通过Goodman零厚度单元模型,利用ABAQUS软件计算在荷载作用下不同模量比的补缝界面力学指标,分析补缝处力学指标随接触摩擦系数的变化规律。研究表明:补缝界面最大拉应力和最大剪应力计算结果受接触模型类型的影响显著,当摩擦系数μ<0.8时,最大拉应力随模量比的增加呈非线性递增趋势;当模量比ζ≤1.0时,纵缝顶部存在最大拉应力峰值,为0.35 MPa;在模量比为0.5的纵缝顶部和模量比为8.3的补块表面存在最大剪应力峰值,为0.32 MPa。研究成果解释了修补材料与原路面材料模量相容性导致坑槽灾变破损机理,以期为修补材料选择和设计提供参考。