基于Mindlin解的自锚试桩Q-s曲线研究

文章在Mindlin应力解基础上结合分层总和法,于变形计算中引入地基修正变形模量,考虑地基土体的非线性变形,推导了计算自锚试桩上、下段桩加载在地基中引起变形的公式。采用该方法对自锚试桩室内试验分析,结果表明:采用未修正变形模量计算得到,变形量仅能反映荷载低于承载力特征值阶段的Q-s曲线变化规律,修正变形模量后的变形量能较好地反映试桩加载至塑性破坏阶段的Q-s曲线变化规律,可为自锚试桩Q-s曲线向传统抗压桩Q-s曲线的转换提供新途径。

Mindlin解在复合地层盾构隧道施工地表沉降计算中的应用

在我国华南、东南及华北沿海地区隧道工程中,隧道围岩常为“上软下硬”的复合地层,即洞身上部是软弱的土层、下部为强度很高的硬岩地层,在该类地层中进行盾构施工引起的地面沉降问题目前还鲜见研究报道。针对此现状,延续采用Mindlin解求解地表沉降的思路,为了克服扩展Mindlin解面对非均匀地层时的局限性,引入层面状态向量,利用积分变换和矩阵推导解决了位移与应力在不同层面之间的传递问题,建立了适用于复合地层的扩展Mindlin解。对比了Mindlin解及扩展Mindlin解对复合地层中盾构隧道地表沉降问题的适应性,并与背景工程监测数据对比。推导过程表明,运用Mindlin解或扩展Mindlin解来求解地表沉降都面临困境,需要进行一定的简化。而工程监测数据则表明,采用Mindlin解计算结果偏大,可作为工程设计的参考;扩展Mindlin解计算地表沉降的方法有一定的准确性。

基于Mindlin解的拉力分散型锚杆锚固段应力分布规律研究

依据Mindlin解,针对拉力集中型和拉力分散型锚杆,分别推求其锚固段的剪应力和轴向应力的分布规律。通过实例分析,得出拉力集中型和分散型锚杆锚固段应力分布的特点。讨论了相关力学参数对拉力分散型锚杆锚固段应力分布的影响,结果表明,相对弹性模量、预应力和锚固体直径对锚固段的应力分布影响较大,而岩体内摩擦角和泊松比的影响很小。

Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降

对考虑桩径因素的Mindlin解群桩应力场剖析表明:端阻应力在桩端下2d范围呈现明显的应力集中现象,在竖向和水平向衰减迅速;侧阻应力在桩端平面分布明显不均,至桩端下1d平面趋于均匀,沿深度和水平向衰减较慢。按半无限体表面荷载下的Boussinesq解计算的群桩应力显著偏大,致使按实体深基法计算的桩基沉降需乘以0.25~0.5经验系数折减。桩基沉降计算采用Mindlin解计算附加应力的合理性是明显的,但按习用的自由荷载下应力叠加法计算将导致中点沉降偏大、边角点偏小。基于群桩Mindlin解附加应力场和群桩基础变形特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,提出Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降。该方法具有如下特点:一是可反映桩端应力集中贯入变形;二是可近似反映承台和上部结构刚度的影响;三是可查表或采用程序进行计算,操作简便;四是计算值与实测值、规范统计值接近,初步预计无需修正。

一种基于Mindlin解的直桩沉降弹塑性分析方法

基于Mindlin位移解,假设桩身为完全弹性,外荷载作用下桩、土之间有相对位移,桩、土之间的摩阻力是相对位移的函数,以考虑桩周土体的塑性,建立了方程组,采用有限差分方法进行求解。计算了两个工程实例,并同实测结果进行了比较。计算结果表明,该方法同实测结果吻合得较好。该方法的突出优点是可以考虑群桩中桩、桩与桩、桩与土的相互作用关系。

基于MINDLIN解的边坡变形计算方法

通过对开挖荷载的模拟,使得开挖后土体的受力和变形满足弹性半无限体的要求。基于弹性半无限体的MINDLIN应变解,首次推导出基坑边坡变形的理论解,并利用该解研究了不同施工步数条件下基坑边坡侧向变形和竖向变形的规律,并据此提出了边坡加固方法和施工措施。研究结果表明:不同的施工开挖步数条件不但影响边坡的最大侧向变形及其分布,而且还影响边坡的破坏形式;与有关实测数据比较,该方法在计算边坡变形方面合理、实用。

关于BOUSSINESQ解取代MINDLIN解条件的探讨

以圆形面积均布荷载为例,根据弹性力学的圣维南原理,找出了布氏解取代明氏解的条件。同时指出了将布氏应力分布用于深基沉降计算,导致理论计算值大于实际沉降观测值的原因所在。

柔性桩复合地基沉降的Mindlin解法

通过对复合地基在荷载作用下的工作机理研究 ,将复合地基沉降量计算分为两部分。一部分为复合地基加固区的压缩量 ;另一部分为下卧层的压缩量。前者采用基于弹性理论的复合模量法 ;后者则根据半无限弹性体中受集中力作用时的 Mindlin竖向应力解求出附加应力 。

基于Mindlin解的压力型锚杆锚固段的受力分析

假设锚杆为与周围介质相同的材料,视锚杆作用的岩土体为弹性半空间位移体;基于Mindlin位移解,求出集中力作用下周围岩土体沿锚固体的轴向位移;根据压力型锚杆锚固段的受力状态,计算锚固体在轴向荷载作用下压缩变形,利用锚固体与周围岩土体变形协调假定,推导出锚固段轴向应力和剪应力分布的理论解。经过与已有现场试验实测数据对比分析,验证了理论解的可行性,并在此基础上讨论了相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的影响。锚杆现场试验和理论分析结果表明:压力型锚杆的锚固段所受轴向应力和剪应力与锚固力成正比;压力型锚杆的锚固段所受剪应力的分布形式受周围岩土体弹模、泊松比以及锚固体与周围岩土体界面的内摩擦角等因素的影响。其中周围岩土体的弹模影响最大。

基于Mindlin解的矩形均布荷载作用下的附加应力

基础沉降计算一般首先采用Boussinesq解或考虑埋深的Mindlin解来计算附加应力系数,再考虑分层土特性和地区经验系数,现有的文献在计算半无限弹性体内作用竖向矩形均布荷载的附加应力系数时,为了简化积分,往往将坐标轴置于矩形的角点,计算矩形角点下某点的系数,因此相关解答具有一定的局限性。为了使得解答更具一般性,在集中荷载作用的Mindlin解基础上,通过积分重新推导了在半无限体内部竖向矩形均布荷载作用于水平面内的应力解以及作用在竖向面内时的σ2解表达式,通过与既有文献对比验证了其正确性,并对不同位置和不同泊松比情况下的附加应力系数变化规律进行了分析,相关结论可以为工程计算应用参考。

层状地基轴对称问题的Mindlin解

本文在文献[1]的基础上,对层状地基应力和位移的计算方法做了一些创新的工作。首先作者提出求解传矩阵的逆矩阵的简便公式。并在应力、位移的计算上,对荷载作用面上下分别采用二种不同的传递矩阵。加快了计算速度,避免了层状体系计算中常见的溢出问题及大数减大数造成的计算困难。

多层地基内部作用一水平力时的扩展Mindlin解

根据弹性层状理论 ,运用矩阵递推技术得到了弹性多层地基内部作用一水平集中荷载时扩展Mindlin课题的解析解 ,该解析解很容易编制计算程序 ,并具有较高的计算速度和精度 。

对Mindlin解求地基附加应力的进一步探讨

:针对高层建筑深基础荷载作用条件 ,给出了便于制表的竖向附加应力明德林解计算公式 ,为深基础地基变形计算提供了方便。同时 ,对与之相关的几个问题作了进一步探讨。

基于MINDLIN解的土钉墙变形计算方法

土钉墙变形是影响其安全的关键指标,已有的研究没有给出其变形的合理理论计算方法。提出基于MINDLIN解的土钉墙变形理论计算方法,该方法通过虚拟开挖应力模拟土钉墙开挖状态,基于实测资料假定钉土剪力在潜在滑动面两侧沿土钉方向呈双三角形分布,利用MIDLIN应变解计算虚拟应力和钉土剪力在钉尾和潜在滑动面位置产生的侧向变形,根据钉土剪力在潜在滑动面位置等于0的特点得到钉土相对位移在潜在滑动面位置为0的结论,并利用该结论及土钉力学平衡条件得到钉土剪力计算模型的2个相关参数,最后通过钉尾变形和土钉自身拉伸变形的叠加得到土钉墙任意位置的侧向变形。通过与法国CEBTP大型试验1#墙实测数据的对比分析,初步验证该计算方法的合理性和可行性。

Mindlin解积分的方形荷载竖向应力系数初等解

在求解端阻在土中的应力时通常假定端阻为集中力,使得桩端附近应力突增,与实际应力的误差极大,无法有效考察桩端附近土体的应力分布特征。本文基于Mindlin应力解,利用积分代换和回代,求出方形均布荷载作用下半无限空间内任意一点的竖向应力系数初等解。当荷载深度接近0时,理论上该解退化为Boussinesq解,通过计算可知二者得出的应力系数一致。本文还首次给出了应力系数沿荷载埋深衰减的规律,当荷载埋深与宽度比小于1.0时,衰减很快;当大于1.0时,则衰减较慢,且逼近0.5。对方形端阻应力系数和圆形端阻应力系数进行比较发现,在桩端2倍桩径范围内的应力系数差别仅为约20%,在2倍桩径之外,两种应力系数一致。因此,用方形端阻应力系数替代圆形端阻应力系数产生的误差较小。按照本文的积分方法,还可以求解矩形分布荷载下的应力场和位移场。本初等解也可为研究基坑开挖产生的应力场提供参考。

利用数学软件对Mindlin解的积分及工程应用

探索了利用数学软件Mathematica对经典课题Mindlin解进行二次积分的方法,并以矩形均布荷载为例,分析讨论了Boussinesq解和Mindlin解在地基土体中引起的应力场分布的差异,从而为工程分析采用比较合理的方法打下了基础。

基于Mindlin解的隧道施工引发的附加荷载及接收井变形分析

对盾构机施工引起的接收井的受力和变形进行分析。首先,基于Mindlin解推导出盾构机临近接收井时各施工因素引起的附加应力和简化成竖向地基梁的围护结构变形计算公式;其次,计算分析某地铁盾构附加推力、盾壳摩阻力、盾尾注浆压力引起的深度为13 m时刀盘平面和隧道轴线上的附加荷载、接收井墙面上的附加荷载、不同深度下盾构机距接收井5 m和10 m时围护结构的变形情况并通过数值模拟进行验证。研究结果表明:掌子面附加推力和盾壳摩阻力导致接收井围护结构变形在竖向分布为先增后减,附加注浆压力以刀盘为中心呈反对称分布;在对围护结构变形的影响因素中,盾壳摩阻力影响最大,掌子面附加推力的影响次之,盾尾附加注浆压力的影响可以忽略。

运用广义Mindlin解确定螺旋板载荷试验的地基容许承载力

基于多层地基内部作用竖向集中力的广义Mindlin解和竖向均布圆形荷载的沉降计算公式,从理论上探讨了螺旋板载荷试验的受力机理,据此建立了螺旋板载荷试验确定地基容许承载力与变形模量的理论公式。与螺旋板载荷试验的实测结果对比表明,理论计算和试验结果在弹性阶段具有较好的一致性,可以满足工程应用的要求。

基于Mindlin解的发震断层附近地震地表永久位移估计

发震断层地震地表破裂的研究为水坝等工程提供了理论基础和依据,对防震减灾具有十分重要的工程意义和理论价值。本文联系Mindlin解析式的原理与地震地表破裂的机理,将Mindlin解应用到地震地表破裂永久位移的估计中,并结合地震危险性分析方法、中国第四代地震区划图的潜在震源区参数及断层模型,提出了一个发震断层附近永久位移的估计方法。以大岗山水电站工程为例,结合研究区域的地震危险性分析及距离场点最近的活动断层-磨西断裂的地震地质资料和地震活动性资料,对断层有限范围内的地表永久位移场进行了数值模拟,其计算结果显示的规律性与实际工程基本一致。

基于Mindlin解的盾构隧道地表沉降黏弹性分析

基于Mindlin解,采用三参数固体黏弹性模型,给出了盾构隧道黏弹性沉降的计算方法,通过退化验证,证明了所得出的黏弹性沉降计算方法的正确性。结合工程实例进行计算分析,分别得出了黏性系数、距开挖面距离以及开挖深度对刀盘正面摩擦、刀盘侧面摩擦、正面附加推力、盾壳与周围土体之间的摩擦力引起的地表变形的影响。计算表明:沉降稳定所需时间随黏性系数增大而延长,随开挖深度的不同而不同;不同的黏性系数,最终沉降值无明显差异;盾壳摩擦导致的沉降随距开挖面距离的增加而减小。