基于HSS模型海上风电桶形基础水平循环承载特性对比研究

采用土体本构模型对黏土中的桶形基础进行了有限元模拟,以研究桶形基础的水平循环承载特性。利用有限元方法模拟了在不同单调组合荷载作用下黏土中的桶形基础离心机试验,与试验结果对比验证了使用小应变硬化土(HSS)本构模型的适用性。在此基础上,基于HSS模型和硬化土(HS)模型对比研究了不同循环荷载和小应变模量对桶形基础累积转角、旋转中心和桶-土相对刚度的影响。结果表明,黏土中桶形基础的累积转角随着循环次数和水平荷载的增加而增加,然而每个循环中累积转角的增加逐渐减小。另外,提出了Tb和ζb之间的拟合关系式预测黏土中桶形基础的累积旋转。无论处于疲劳极限状态(ζb=0.3)还是正常使用极限状态(ζb=0.5),旋转中心类型都是从深中心变为浅中心。桶-土相对刚度随循环次数的增加而减小,并且循环荷载越大刚度衰减越大。另外,小应变模量对基础累积转角和桶-土相对刚度有较大影响而对旋转中心无显著影响。与已有的研究结果对比发现,HSS模型更加适用于精细化设计。

江苏大丰海域海洋土HSS模型主要参数试验研究

小应变硬化土(hardening soil with small strain stiffness,HSS)模型能反映土体在小应变范围内的非线性,广泛应用于土工变形分析。海上风电基础对变形控制要求高,需考虑土体的小应变特性。通过固结试验、三轴固结排水试验、三轴固结排水加卸载试验与共振柱试验,获得了江苏大丰海域海洋土HSS模型主要参数,并建立了HSS模型相关模量参数与土体物理参数之间的关系。试验成果可为海洋土HSS模型分析及参数取值提供重要参考,具有一定的工程价值。

珠海软土HSS模型参数试验研究

小应变硬化模型(HSS)可考虑土体在小应变范围内剪切模量随应变增大而衰减的特性,能够准确描述土体的压硬性与剪胀性。本研究通过常规固结试验、三轴固结排水试验以及共振柱试验获得珠海地区典型软土层的HSS模型参数以及参数之间的比例关系。结果显示,珠海地区填土的有效抗剪强度指标c'接近0,均小于淤泥和淤泥质土;但其φ'大于淤泥和淤泥质土。珠海地区淤泥和淤泥质土的三轴切线模量E^(ref) 50和卸载再加载切线模量E^(ref)_(ur)的比例关系为E^(ref)_(ur)=(2.66~3.39)E^(ref )50。填土的固结切线模量E^(ref)_(oed)明显大于E^(ref)_(50),约是后者的2.89倍,而淤泥和淤泥质土的E^(ref)_(oed)略小于E^(ref)_(50)。此外,淤泥和淤泥质土在100 kPa参考围压下的卸载再加载切线模量分别为8.02和10.89 MPa,与固结切线模量的比例关系大概在3.6~4.1倍之间。

上海地区软土HSS模型参数的试验研究

HSS模型可以考虑小应变范围内土体剪切模量随应变增大而衰减的特点,在基坑开挖数值分析中逐渐得到较多的运用。通过基于GDS系统的三轴仪、常规固结仪和共振柱仪完成系列的室内试验,获得了上海地区典型软土层(也即黏土层2、淤泥质粉质黏土层3、淤泥质黏土层4和粉质黏土层5)的硬化土小应变本构模型(HSS模型)参数c',φ',E_(oed)^(ref),E_(50)^(ref),R_f,G_0^(ref)和γ_(0.7),以及模型参数之间的比例关系,并将试验结果与已有文献的相关结果进行对比分析。通过工程实例的数值分析表明,围护墙体水平变形计算值和实测值大致相等,验证了HSS本构模型以及本文提出的参数确定方法在上海软土地区基坑开挖分析中的适用性,具有工程参考价值。

珠海富水软土小应变硬化参数试验研究

基于三轴排水、标准固结等室内试验,并结合经验方程,标定了珠海富水土体的成套HSS模型参数,并分析了主要强度参数E_(50)^(ref)、E_(oed)^(ref)、G_(0)^(ref)和E_(ur)^(ref)的比例关系,为珠海地区不同土层的HSS模型参数取值及计算提供参考。研究发现,珠海地区黏土的小应变参考剪切模量G_(0)^(ref)高于砂土,且远高于淤泥质黏土。与长三角等滨海地区相比,珠海地区的黏土因含水率较高,其参考割线模量E_(50)^(ref),参考加卸载模量E_(ur)^(ref),参考切线模量E_(oed)^(ref)和参考剪切模量G_(0)^(ref)均较低。

杭州富水粉砂水泥土HSS模型参数实验研究

基坑开挖数值模拟分析常采用小应变硬化模型(HSS模型)模拟土体,搅拌桩等常用基坑加固措施均涉及水泥改性土。针对杭州富水粉砂土及其水泥改性土(水泥掺量分别为8%,16%,24%),进行了标准固结实验、三轴固结排水剪切实验、三轴固结排水加卸载实验和共振柱实验等系列室内实验,获得了粉砂土及其水泥土的HSS模型参数,结果表明HSS模型中的强度和模量相关参数均随着水泥掺量的增加而增大。特别明确了粉砂土及其水泥土固结切线模量Eoed^ref、三轴切线模量E50^ref 和加载模量Eur^ref之间的比例关系,并和已有文献的相关数据进行了对比分析,证明了笔者实验结果的可靠性。

HSS模型在软土地区水闸地基基础设计中的研究

阐释了近年来岩土有限元分析中常用的土体本构模型HS模型及HSS模型的理论依据,探讨其参数选择办法,以某位于上海市杭州湾南岸水闸为例,同时采用HS模型与HSS模型进行了有限元分析计算,并与实测监测数据展开对比,通过计算结果对比表明HSS模型模拟结果与工程建设过程中监测成果更为吻合,说明HSS模型可以更好的模拟边载、地基基础及上部结构之间相互作用,可以指导水闸工程复杂地基基础的优化设计。

宁波浅层软土小应变硬化土模型参数试验研究

小应变硬化土模型(HSS模型)因能考虑土体小应变特性,所得数值模拟结果通常更接近于实测值,因此在数值分析中得到广泛应用。目前,关于软土HSS模型参数的研究,主要集中在上海地区,其它地区的研究成果较少。通过室内试验方法对宁波地区的浅层软土进行HSS模型参数的取值研究,并与现有文献的统计成果进行对比,结果表明:大部分HSS模型参数的试验值处在统计范围之内,说明宁波浅层软土与其它地区的软土有其共通性;个别参数的试验值不在统计范围之内,说明宁波浅层软土亦有其地区差异性。

基坑开挖引起的周边土体三维位移场的简化分析

虽然不少经验方法可以用来计算基坑开挖引起的地表沉降以及围护墙水平位移,但是目前基坑开挖引起的地表以下土体位移场的预测缺乏简单的计算方法,而主要依赖于有限单元法。有限元分析中如何选用合理的参数来准确计算开挖引起的土体位移一直是个难题。在有限单元法的基础上,考虑土体小应变特性,基于芝加哥地区实际基坑工程的实测数据,通过反分析方法确定了能够准确计算基坑开挖引起的土体位移的合理计算参数。利用这些参数较为准确地计算了基坑开挖引起的土体位移,总结了基坑周边土体三维位移场的衰减规律,并由统一表达式来表示,同时结合围护墙水平变形与墙后地表沉降的经验公式,通过二次拟合提出了基坑周边土体三维位移场的简化计算方法。通过与有限元计算结果以及实测结果的对比,验证了该方法的合理性。

基于反分析法的基坑开挖引起的土体位移分析

目前基坑开挖引起的土体自由场位移的计算方法主要为有限单元法,而要利用有限单元法较为准确的计算土体的位移场,除了对有限单元法理论以及土体本构知识有较为充足的储备外,模型参数的选取也是重要因素。室内试验确定模型参数受到诸多因素的影响,很多时候在利用这些参数预测基坑变形时并不准确。反分析方法可以有效的解决模型参数的选取问题,因此本文将基于实测数据,采用考虑土体小应变特性的HSS模型,利用反分析方法对基坑开挖引起的土体位移进行研究。研究表明考虑土体小应变采用反分析方法可以较为准确的计算基坑开挖引起的土体位移。

大面积加卸载对软土地铁隧道的影响

选择HSS(Hardening Soil Small-Strain Model)本构,建立二维平面应变模型,进行既有软土地铁隧道上地表大面积加卸载情况下土体固结分析。研究结果显示:①大面积加载会增大衬砌结构的变形,并进而导致衬砌结构出现病害;②渗漏水会增大衬砌结构的内力;③回填土应及时卸除;④卸载后土体回弹,但有一部分变形无法得到恢复,回填土厚度越大,无法恢复的沉降越大;⑤在衬砌结构损伤的情况下,水平大直径卸载后无法恢复,最终表现为增长,根据曲线形态将沉降过程分为5个阶段。结合工程实例,对监测数据进行分析,验证上述结论。

大跨度公铁合建斜拉桥主塔沉井基础沉降变形分析

高速铁路桥梁基础整体沉降对桥梁线型控制至关重要,而规范中计算整体沉降的分层总和法在深大沉井基础中的适用性有待商榷。以大跨度公铁合建斜拉桥深大沉井基础为工程背景,分别采用摩尔-库仑模型(M-C)、土体硬化模型(HS)和小应变土体硬化(HSS)模型,通过有限元方法,得到了相应的基础沉降曲线。与现场监测数据对比表明,采用HSS模型得到的计算结果与实测值吻合较好。在此基础上,对后续重要施工阶段的沉降趋势进行了合理的预测。与此同时,针对该工程的深大沉井基础,对现有规范分层总和法中的沉降经验系数进行了修正,在该工程中,建议将沉降系数修正为0.13。

上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。

相邻桩锚基坑开挖变形相互影响数值分析

以两个相邻桩锚支护的基坑工程为实例,基于小应变硬化土(HSS)模型,通过Z Soil岩土有限元分析软件建立数值计算模型,分析相邻基坑开挖对基坑变形的影响.分析结果表明:相邻桩锚基坑开挖明显减小排桩桩顶水平位移、排桩深层水平位移、坑间土体深层水平位移和坡顶水平位移,对于桩顶水平位移的影响最为显著;相邻桩锚基坑开挖也增大坑间地表沉降,产生的沉降接近两个单坑引起的沉降叠加,最大沉降位置出现在两基坑的正中央;相邻桩锚基坑的支护设计宜考虑相邻基坑开挖的影响,宜以变形不超过单坑开挖产生的水平位移为控制基准.

广东阳江海洋砂性土小应变硬化土模型参数的试验研究

海上风机结构在风、浪、流等复杂循环荷载作用下需严格控制其振动频率和基础变形,设计时需考虑土体的小应变模量特性。使用固结仪、GDS应力路径三轴仪和弯曲元设备波速测试,获得了广东阳江典型海洋砂土的小应变硬化土模型(HSS)的主要参数,包括砂土的有效应力强度指标和刚度参数等。结果表明:海洋砂土刚度参数G;、E;、E;和E;之间存在倍数关系,可通过经验公式相互转换;天然海洋砂土的小应变剪切模量G;明显低于已有研究中的洁净砂土,最终给出了广东阳江地区海洋砂性土HSS模型参数的取值建议。

深基坑支护开挖对临近地铁隧道结构的影响分析研究

通过数值计算,采用考虑基坑开挖过程中土体剪切模量随应变增大而衰减特性的HSS模型,研究了基坑开挖卸荷作用下,邻近地铁隧道的埋深、隧道和基坑地连墙距离及刚度比等关键因素对地铁结构附加弯矩和附加位移的影响。结果表明:对于坑底隧道,在地下墙埋置深度范围内,与地连墙水平距离越大,隧道的侧移越小,在地下墙埋深以下,隧道侧移随与地连墙水平距离的增大而增大;通过比较坑侧与坑底隧道的附加弯矩与位移,得出地连墙底附近区域因基坑开挖卸荷引起的隧道附加弯矩较大,出现应力集中和明显的隧道-土-挡墙相互作用效应,坑侧隧道水平附加位移普遍大于竖向附加位移;此外,隧道与地连墙刚度比增大,对挡墙侧移和隧道附加位移都有明显的抑制作用。该研究揭示了基坑开挖作用下隧道-土-挡墙之间的相互作用规律,对深基坑开挖优化设计以及临近地铁结构的保护和安全运行具有一定的指导意义。

真空堆载联合预压处理大面积深厚软基的数值模拟分析

以温州乐清胜利塘地块软土地基为研究对象,利用二维计算软件Plaxis,采用HSS本构模型,针对打设塑料排水板、分层填筑、堆载预压和卸载的实际工况,模拟真空堆载预压方案分步实施过程。从塑料排水板处理深度和预压期天数的参数分析角度,讨论了地基土最大工后沉降以及超静孔隙水压力的发展,并提出了该地块的软基处理方案。

黏土中地下连续墙支护结构的稳定性分析

以杭州地铁二号线文华路地铁站主体基坑为工程案例,应用PLAXIS 3D数值模拟软件,确定杭州典型黏土地区土体小应变硬化(HSS)模型的土体参数取值方法.基于可靠度理论及稳定性和经济性评价体系,将抗隆起稳定、抗倾覆稳定、支护结构侧向位移控制这3种安全性模式分别作为单目标,分析单目标下的结构参数敏感性及其最优解;运用灰色关联度多目标优化算法确定地下连续墙支护结构设计参数的最优解.结果表明,土体小应变硬化模型适用于杭州典型黏土地区:对于该地区狭长型基坑的内撑式地下连续墙支护结构,墙深是基坑抗隆起稳定性的决定因素,墙深和加固土深度对基坑抗倾覆稳定性的重要性相同,被动区加固土深度在坑底以下较差土层内还是基坑变形的主控参数.当考虑内支撑时,首道支撑对基坑变形控制起决定性作用;由灰色关联度多目标优化算法确定的结构设计参数最优解与实际结果接近.

杭州地铁打铁关站西侧地块软土特性试验研究

杭州地区软土具有含水率高,压缩性大、渗透性小、高灵敏度及抗剪强度低的特点,其对基坑支护稳定性有较大影响。以杭州地铁1号线打铁关站西侧地块基坑软土为研究对象,对基坑淤泥质软土进行了固结试验、三轴试验,获得了土体硬化本构模型的主要参数,分析了软土的E_(oed)^(ref)、E_(50)^(ref)、E_(ur)^(ref)与E_(s1-2)的之间比例关系,并与其他地区典型软土层的试验结果进行比较与分析。运用PLAXIS有限元数值计算软件,采用小应变土体硬化模型对该地块深基坑工程进行数值模拟,结果表明,地连墙深层水平位移和内支撑轴力的实测数据与数值计算结果基本吻合,试验结果可为杭州地区深基坑施工过程数值模拟研究提供参考。

基于小应变硬化土体模型的大直径单桩海上风力机结构位移响应研究

首先基于能量守恒原理,研究建立风速和浪高的函数关系式,通过该公式和Stokes五阶波理论计算额定风速下海上风力机结构所受浪流荷载并利用脉动风理论计算额定风速下脉动风荷载,其次以4 MW风力机为例,基于正交试验方法和HSS土体本构模型建立有限元模型进行数值计算分析,结果表明:水深小于19 m且符合Stokes五阶波理论的浪流荷载对塔顶、桩顶和泥面的位移时程曲线周期以及位移时程曲线幅值影响不大,风轮机荷载是影响位移时程曲线的主要荷载因素,这种情况下大直径单桩设计可不考虑浪流荷载;桩径和壁厚2个因素不会联合影响塔顶最大位移、桩顶最大位移和泥面最大位移。桩径和壁厚两因素对泥面最大位移的控制存在等效关系,在设计中可选用钢量最小的因素作为大直径单桩设计的主要因素,在满足最大位移控制指标的前提下降低钢材用量。