A new method for the stability analysis of geosynthetic-reinforced slopes

This paper is concerned with the stability analysis of reinforced slopes.A new approach based on the limit equilibrium principle is proposed to evaluate the stability of the reinforced slopes.The effect of reinforcement is modeled as an equivalent restoring force acting the bottom of the slice and added into the general limit equilibrium(GLE) method.The equations of force and moment equilibrium of the slice are derived and corresponding iterative solution methods are provided.The new method can satisfy both the force and the moment equilibrium and be applicable to the critical failure surface of arbitrary form.Furthermore,the results predicted by the proposed method are compared with the calculation examples of other researchers and the centrifuge model test results to validate its correctness and effectiveness.

广义对数螺旋型滑面模型的构建与验证

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一种新的广义对数螺旋型滑面模型,该模型可生成包含传统圆弧滑动面和对数螺旋滑动面在内的多种形式的潜在滑动面;并针对非均质边坡中各土层抗剪强度不同的特点,采用多中心分段构造策略,将该滑面模型应用于非均质边坡稳定性分析中。基于极限平衡理论计算滑动面安全系数并搜索临界滑动面,对边坡进行稳定性评估。选取多个均质边坡及多种型式的非均质边坡(水平分层、倾斜分层和斜折线分层)经典算例与现有研究成果以及数值模拟软件获得的结果进行对比分析,验证该滑面模型的合理性与优势性。研究结果表明:文中方法计算所得安全系数与其他方法相比更小,相对误差在5%以内。能够得到传统滑动面假设方法下难以搜索到的临界滑动面,并与数值模拟结果吻合度较好,稳定性分析结果更接近实际情况。由此说明,此方法用于均质边坡及非均质边坡稳定性分析是合理可行的,有望为工程实践提供更优的临界滑动面解决方案。

地下采空区充填密闭墙受力计算与优化分析

通过对充填料浆特殊的力学性能和密闭墙的特殊功能的分析,发现密闭墙不仅要在强度上承受来自料浆的作用力,还要在结构上满足充填料浆的滤水;其结构与矿山充填工艺密切相关,并影响充填生产能力和成本效益。充填料浆的力学特性和密闭墙的破坏机理为矿山密闭墙设计的关键。推导出了密闭墙受力计算模型,并以单相液体和松散介质体为载体,结合郎肯理论建立极限平衡条件,对料浆的成份在属性上和物理状态在时间上的变化相结合分析,优化墙体受力计算和结构,为矿山密闭墙设计提供了更为经济合理的理论依据。

加载方向对张紧式吸力锚极限承载力的影响分析

利用真空预压法在模型试验土池内制备了软黏土层,选择不同加载方向,进行力控制下张紧式吸力锚极限承载力模型试验,分析了加载方向对其破坏模式以及极限承载力的影响。结果表明,对于最佳系泊点受倾斜荷载作用的吸力锚,当加载方向从40°变化至20°时,尽管锚的水平位移和承载力明显增加,但锚始终表现为竖向拔出的破坏模式,且锚底以下土层的反向承载力是影响其极限承载力的关键因素。按照模型试验条件,分别通过塑性极限上限分析与极限平衡分析预测锚的极限承载力并与试验结果进行比较,发现如果将锚底的反向承载力系数取为常数,预测结果不能反映加载方向的变化对极限承载力的影响。因此,为了客观预测锚的极限承载力,依据模型试验结果,提出了一种反映加载方向对锚底反向承载力影响的修正关系。

硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的建立

由于无法有效确定硬涂层阻尼占整个系统阻尼的份额,致使创建硬涂层复合结构减振机理分析模型变得非常困难.从分离硬涂层的阻尼贡献出发,研究了创建硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的方法.首先,对涂层前后的悬臂梁系统进行了减振特性实验,获得了固有频率、阻尼比和振动响应.然后,在对涂层前后悬臂梁系统储能及耗能分析的基础上,确定了获取硬涂层材料阻尼贡献的方法.最后,基于Oberst梁理论,创建了同时考虑材料阻尼和等效黏性阻尼的悬臂梁系统减振机理分析模型,并校验了分析模型的正确性.结果表明:利用分离出的硬涂层材料阻尼以及涂层前测试获得的阻尼,可创建用于模拟实际涂层梁系统动力学特性的解析分析模型.

旋转悬臂梁的刚柔耦合动力学建模与频率分析

对固结于转动刚体上外接柔性梁的刚柔耦合动力学建模和频率特性进行了研究,在精确描述柔性梁非线性变形的基础上,利用Hamilton变分原理和假设模态法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形二阶耦合量的条件下,推导出考虑"动力刚化"项的一次近似耦合模型。首先忽略柔性梁纵向变形的影响,给出一次近似简化模型,引入无量纲变量,对简化模型做无量纲化处理,分析梁固有频率对模态截断数的依赖性;其次研究在一次近似简化模型和零次近似简化模型下,调谐角速度与共振现象的关系;最后分析一次近似耦合模型的动力特性。研究发现,为保证计算的精度,模态截断数应随无量纲角速度的增大而增加,合理的模态截断数具有收敛值;一次近似简化模型下悬臂梁横向弯曲振动不存在共振调谐角速度,一次耦合模型下柔性梁并没有出现屈曲失稳现象。现有典型文献的相关结论是值得商榷的。

反倾岩质边坡次生倾倒机理及稳定性分析

倾倒破坏是反倾边坡的一种常见破坏模式,其中次生倾倒是反倾岩质边坡倾倒破坏的主要诱因。建立了反倾岩层在坡后土体作用下次生倾倒破坏的地质力学模型,基于室内物理模拟试验,分析了反倾岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和整体破坏面的形状与位置。根据库仑主动土压力理论得到下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值基本相符,土体中存在土拱效应导致两者存在差异,随着上覆土体厚度及堆载作用的加大,土拱效应越明显。各岩层可能的破坏模式包括弯拉破坏、弯滑破坏和滑动破坏。下卧反倾岩层的整体破坏面是一通过坡脚的近似平面,整体破坏面与岩层层面法线方向呈0°~25°的夹角。基于叠合悬臂梁模型,引入岩层横截面上节理面的黏聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法,推导了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。提出了下卧反倾岩层潜在整体破坏面的理论计算方法,并确定了影响潜在整体破坏面位置的敏感因素。

利用循环强度分析张紧式吸力锚循环承载力的方法

按照在最佳系泊点受倾斜荷载作用的张紧式吸力锚的破坏机制,建议了利用软土不排水循环剪切强度计算软土中吸力锚循环承载力的极限平衡分析方法。该方法考虑了平均系泊荷载在土中引起的平均剪应力对土体循环剪切强度、进而对锚循环承载力的影响。为了说明该方法的可行性,进行了大量张紧式吸力锚在平均系泊荷载与循环荷载共同作用下的承载力模型试验。依据试验结果确定了锚被竖向拔出土层时系泊点的位移破坏标准,并据此确定了与不同模型试验条件对应的循环承载力。进而利用循环三轴试验确定的土层不排水循环强度随平均应力的变化关系和实测的土层剪切强度,通过极限平衡分析计算了与模型试验对应的循环承载力。计算与模型试验结果比较表明,对于张紧式吸力锚被竖向拔出土层的破坏模式,计算结果比模型试验结果偏大,平均偏大1.9%,绝大多数偏差在10%以内。因此,对于软土中的张紧式吸力锚,如果采用该方法计算与竖向拔出土层破坏模式相应的循环承载力时,将结果减小10%是恰当的。

动响应约束下阻尼材料配置优化的拓扑敏度法

提出阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念 ,建立了基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则 ,并用于频率和动响应约束下自由阻尼层结构阻尼材料的配置优化 .讨论了阻尼材料拓扑基结构的规模与优化效率的关系 .通过典型算例验证了所提出方法的正确性 .

虚拟环境中微加速度传感器建模及拟实运行

对虚拟环境中微加速度传感器建模及拟实运行进行了研究 .此微加速度传感器采用悬臂梁式结构 .论文分析了其静态特性和动态特性 ,建立了悬臂梁变形模型和微加速度传感器动态行为模型 ;讨论了在修改结构尺寸过程中 ,梁长、梁厚对微加速度传感器的影响 ,并优化了结构参数 ;最后建立虚拟环境 ,进行拟实运行 。

土工膜防渗层稳定性的离心模型试验研究和极限分析

本文用土工离心模型试验方法对均质坝上游土工膜防渗层的稳定性状作了较为系统的研究，探讨了土工膜类型、上游坡比和压实粘土层的厚度三种因素对这类土工膜防渗体稳定性的影响规律。在此基础上用极限平衡法推导了土工膜防渗层安全系数计算公式，用它求得的安全系数真实反映了土工膜防渗层模型的安全性。离心模型试验结果和建立的稳定分析公式为用压实土层代替碎石垫层铺设土工膜防渗层提供了先例和设计计算方法，可大大节省工程费用。

混沌系统频带估算与变换

基于混沌细胞模型理论,提出估算和改变混沌系统频带的方法.该方法在工程上主要用于对混沌系统的频带估算和参数设计,经多个混沌系统数字仿真验证,该方法简便易行有效.

悬浇连续梁桥主梁施工活载统计分析

在对湖南湘阴湘江大桥施工期主梁施工活载现场调查统计的基础上,研究了主梁施工活载随施工节段伸长的变化规律,建立了连续梁桥主梁施工活载的随机过程模型,可供结构设计人员作施工阶段安全性验算时参考;并对今后建立更为精确合理的施工活载模型作了探讨。

软土中张紧式吸力锚破坏标准模型试验与有限元分析

为了确定软土中张紧式吸力锚的破坏标准,采用自主研发的电动伺服加载装置,在荷载和位移控制方式下进行了张紧式吸力锚在最佳系泊点受静荷载作用的承载力模型试验。结果表明:不同的破坏模式,锚破坏时对应的位移也不同。当锚为竖向破坏时,对应锚沿系泊方向的位移约为0.6倍的锚径;当锚为水平破坏时,对应锚沿系泊方向的位移约为0.3倍的锚径。同时,按照模型试验所得的破坏标准确定的吸力锚的极限承载力与极限分析法的预测结果吻合较好。对足尺锚进行了有限元分析,将分析结果与极限分析法的预测结果进行比较,验证了模型试验所得位移破坏标准的合理性。

对称式悬臂梁压电发电装置的设计与仿真

为解决单边压电悬臂梁结构的质量块集中于支架一侧,容易造成装置偏载并产生摆动的问题,设计了一种新型对称式悬臂梁压电发电装置.对其进行试验研究,得到了装置的固有频率和峰值发电电压.为研究该装置的发电性能,运用ANSYS有限元软件建立了压电振子的压电耦合模型,对其进行固有频率和发电电压的有限元计算,并将试验结果与有限元结果进行比较.在验证有限元模型正确性的基础上,分析了压电振子中悬臂梁的长度、宽度与厚度等结构参数对发电装置发电能力的影响规律.研究结果表明:增加悬臂梁的长度,减小宽度和厚度均可提高装置的发电性能.

变压器–套管体系抗震加固理论分析及振动台试验

抗震加固可以抑制变压器升高座摆动,降低套管的地震响应,减轻套管震害。该文基于串联分布参数模型,建立了加固后的变压器–套管体系理论模型,通过变压器仿真模型振动台试验验证了加固方法的有效性和理论模型的准确性,并通过参数分析获取了加固支撑的最优参数。结果表明:安装加固支撑后变压器–套管体系地震响应降低,降低率最高可达20%以上;理论计算结果与试验结果吻合较好;支撑安装角度、轴向刚度和抗弯刚度等参数存在最优取值,使加固后的变压器–套管体系地震响应明显降低且加固支撑制造成本适中。该方法能够很好地减小升高座摆动对套管地震响应的放大效应,理论模型可用于确定支撑的最优参数,为支撑设计提供指导。

轴向压缩悬臂梁压电双晶片动静态特性研究

研究施加轴向压缩力于悬臂梁压电双晶片端部以增大端部输出位移和力的问题,对其进行了有限元分析,并推导了弹性力学解析解及模态方程,得到了符合程度较好的结果。研究结果表明,在120V电压及5.5N轴向力作用下,端部阻塞力达0.25N,输出位移较原来增大3倍以上(达5mm),而一阶特征频率随轴向力增大而加速减小。当轴向力达到一阶临界屈曲时,一阶特征频率趋于0,但当轴向力取一阶屈曲力的70%时,其1阶固有频率仍有45Hz,相较于普通伺服舵机有较大的优势,可有效提高微小型飞行器的操稳性。

特征模型自适应控制方法在悬臂梁振动主动控制中的应用

特征建模理论和方法是对现有控制理论关于对象建模理论的一个发展,为高阶、参数未知对象进行低阶控制器、自适应控制器和智能控制器的设计提供了理论依据,为工程设计带来极大的方便。基于特征模型的自适应方法与常用的间接自适应方法相比,待辨识的参数更少,控制器算法更简单。由于基于特征模型的自适应方法是一种很新的方法,在实际系统中的应用还比较少,因此有必要通过在实际系统的应用来验证该方法的有效性并不断改进和完善该方法。为此,利用压电智能结构作为挠性悬臂梁的敏感器和致动器,采用特征模型自适应控制方法对挠性悬臂梁的振动进行主动控制,并比较研究了特征模型自适应控制算法和正位置反馈(PPF)控制算法的物理仿真结果,通过物理仿真验证了特征模型自适应控制器抑制梁弯曲振动的有效性。

露天矿地表松散层边坡角寻优模型研究

露天矿地表松散层边坡角的确定是露天矿开采设计的基础研究工作,为矿山开采提供有效的安全保障。通过采用边坡极限平衡分析与回归正交试验相结合的方法,建立包括松散层厚度、粘结力、内摩擦角、边坡角和容重五个主要影响因素与边坡稳定性之间的回归模型,得出各影响因素及其交互作用对边坡稳定性的影响规律。通过回归模型的显著性、失拟性检验,对比相同参数条件下的回归模型与数值模拟计算值,结果表明:回归模型显著,拟合度高,计算结果具有较高的可信度。在此基础上,通过反解回归模型,得出任意许用安全系数下的地表松散层边坡角寻优模型。该模型通用性强,为露天矿边坡角寻优提供了一种新的方法。

基于均一化模型的MFC悬臂梁静态变形分析

采用基于平面应力假设和二维周期性位移场假设的均一化模型分析了P1型粗压电纤维复合材料(MFC)致动器的宏观性质,研究了该模型对于MFC悬臂梁静态变形分析的适用性。ANSYS仿真结果表明,该模型适用于分析MFC悬臂梁静态变形,采用该均一化模型与不采用均一化模型相比,悬臂梁挠度的相对误差不超过5.77%,且该均一化模型中压电应力矩阵的e32分量对梁挠度的影响(e32效应)为次要因素。在采用该均一化模型的基础上进一步忽略其e32效应与原均一化模型相比,粱挠度的相对误差不超过1.36%。