水下隧道周围土体及衬砌变形力学性状研究

以拟建的哈尔滨松花江隧道为例,直接针对隧道安全运营,采用因子对目标函数影响的优化思想,在假定不同工况的若干种设计模型下,考虑土体-衬砌相互作用及材料变形的非线性特性,建立尽可能逼近实际问题的有限元计算模型。基于ANSYS软件反复进行数值模拟实验,研究隧道周围土体及衬砌变形的力学性状,并据此预估隧道最危险破坏点,为合理确定隧道覆土层安全厚度提供理论依据。

加筋格宾挡墙在重复荷载作用下动变形特性试验研究

为研究加筋格宾挡墙变形特性,对加筋格宾挡墙进行重复荷载作用下的模型试验,得出5种频率(2,4,6,8,10Hz)、3种振幅(40～80,50～100,60～120kPa)的动载作用下加筋格宾挡墙面墙累计侧向变形和竖向变形(沉降)的变化规律,以及影响面墙动变形特性的主要因素及其显著性;并对分级卸载时面墙的变形特性也进行分析研究。结果表明:挡墙动变形特性受振动次数、动荷载幅值以及格宾笼填充率等因素的影响,振动频率影响不显著;挡墙较大侧向变形发生在第3～5层;随着动荷载幅值的增大,达到变形稳定所需的振动次数增加,变形值亦增大;动变形的发展随振动历时的增长而增大,初期增长较快,随后逐渐变缓;分级卸载过程中,面墙侧向变形几乎没有弹性恢复。

微型桩与帷幕的不同位置对复合土钉墙力学性状的影响分析

基坑工程中微型桩和止水帷幕的复合土钉墙是常用支护结构型式之一。在支护结构设计和施工时布置微型桩与帷幕的位置具有随意性,普遍忽视微型桩在帷幕内外不同位置对于支护结构力学性状的影响。依托济南某基坑工程,通过现场测试和数值模拟的对比分析,获得微型桩在帷幕内外两种位置条件下支护结构位移、土钉内力等变形及受力特征。分析结果表明,微型桩的位置不影响支护结构变形和内力的总体趋势;无坡顶荷载时,微型桩位置不同产生的差别不大;存在坡顶荷载时微型桩位于帷幕内侧时支护结构变形较小,土钉受力更合理,建议实际工程优先采用。

微型桩与复合土钉墙联合支护的施工力学行为

为进一步研究复杂环境下复合土钉墙的施工技术措施,以微型桩预应力锚杆复合土钉支护结构为研究对象,运用ABAQUS进行数值模拟,得出开挖过程中的侧向变形、坑底隆起和地表沉降曲线及土钉(锚杆)轴力图,并据此提出环境保护技术。分析结果表明:(1)随着开挖深度的增加,侧向位移向基坑内凸起,呈"鼓肚"形,最大位移出现在0.7倍开挖深度附近;(2)坑底隆起量由坡脚位置向基坑中部逐渐增加,中部隆起量最大,坡脚隆起量较小;(3)坑外地表沉降呈"勺"状,沉降的最大值发生在桩后1.4倍开挖深度附近;(4)微型桩的设置使得锚杆轴力降低幅度很大,最大值约62.16%;(5)"动态化设计"与"信息化施工"可以监测与指导复杂环境下复合土钉支护结构的设计和施工。

古建筑结构研究的历史性、艺术性和科学性 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

中国古建筑研究强调历史性、艺术性和科学性的三性原则,但由于历史条件等原因,以往的研究一般着重于古建筑的历史性和艺术性研究,而对古建筑的科学性的研究很少.我们从1982年开始,对以西安箭楼、城楼和宁波保国寺等国家重点保护文物和古代中国城市的典型建筑钟楼、鼓楼为代表的木结构建筑,以大雁塔、小雁塔等国家重点保护文物为代表的古代高层建筑,和以国家重点保护文物西安古城墙为代表的砖-土混合结构等的结构力学特性进行了一系列研究。得到一些关于古建筑结构(如木结构、斗拱、地宫、古代夯土、古塔基础形状、古城墙稳定性等)力学特性的新认识。本文对此进行较为系统的小结。

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%^-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。

土工袋挡墙振动台模型试验研究

为了分析土工袋挡墙的地震动力响应特征,研制一个叠层剪切模型箱,借此开展土工袋挡墙大型振动台模型试验。结果表明:土工袋挡墙作为一种新型的柔性挡土墙型式,在地震过程中依靠自身变形耗散了大量能量,加速度放大系数随墙高的升高而增大,而随输入地震动峰值加速度的增大而有减小的趋势;土工袋挡墙与墙后填土具有相近的基频与类似的频谱特征,墙体与填土变形基本协调,整个结构的基频随着输入地震动峰值加速度的增大与经受的振动次数增加逐渐减小;土工袋挡墙墙-土间峰值动土压力随着输入地震动峰值加速度的增大呈增大趋势,沿墙高分布近似为“S”型(或称为“双峰型”);经受多次振动后土工袋挡墙的累计残余水平位移较小,在0.6g的输入地震动作用下,最大累计位移仅为墙高的0.29%,表明土工袋挡墙具有良好的抗震性能。

条带式刚性面板加筋土挡墙筋带应变响应特性研究

基于大型振动台模型试验,研究条带式刚性面板挡墙在地震波作用下筋带的应变响应特征,并结合土体相对密实度、面板位移以及频谱特征,探究加筋土挡墙的潜在损伤规律。试验结果表明:随着地震波加载幅值增大,筋带主要受力区域从潜在破坏区移至加筋稳定区;对筋带应变分析显示墙内破坏从中部开始,逐渐向下部发展,中下部更易发生破坏;潜在破裂面研究表明挡墙的破裂面形式类似0.3 H(H为墙高)折线形式,但区域大于规范上的破裂面;在0.1 g^0.3 g地震波作用下相对密实度随加载峰值增加而增大,0.4 g以后相对密实度减小,土体发生损伤,与应变规律一致;不同地震波加载前后输入的白噪声傅里叶谱显示,地震波向上传播其频谱由单峰值逐渐发展为双峰值,且0.4 g以后第二峰值频率有逐渐增大趋势。该研究成果可为更加合理地考虑地震区的加筋土挡墙结构的设计提供指导。