群桩基础的复合体模型建立与应用

在进行建筑物的上下部共同作用研究中,有限元法是一种非常重要的分析手段,但由于需要离散的区域很大,将桩和土体分别划分单元,所需要的单元数量巨大,常常会因受到计算机软件或硬件的限制,分析难以进行。本文按照复合材料力学的处理方法将群桩基础中桩—土体系作等效连续化处理,视为横观各向同性体,建立了桩土等效复合体的本构关系;按“分离模式”和“复合模式”两种情况进行了有限元对比分析,结果表明,等效复合体模型很好地反映出群桩基础的传力机理,对大型群桩基础进行等效连续化处理是完全可行的。采用本文建立的等效复合体模型,可大幅度减少下部基础单元的数量,提高了用有限元法研究建筑物的上下部共同作用的可操作性。

多元复合地基的等效本构模型及三维地震响应研究

按照复合材料力学的处理方法将多元复合地基的桩-土体系作等效连续化处理,将其视为横观各向同性体,首次建立了多元复合地基桩土等效复合体的本构关系;基于大型有限元软件ABAQUS操作平台,采用有限元、无限元耦合的方法研究了多元复合地基的三维地震响应,结果表明:(1)等效复合体模型能很好地反映出多元复合地基的传力机理.(2)天然地基、多元复合地基和基础在地表的加速度傅氏谱均呈多峰型,对输入地震波均有滤波作用,且多元复合地基和基础的滤波作用更为显著.(3)褥垫层、筏板的增加能有效抑制地表加速度响应,但并非越厚越好,还要考虑建造的经济性.计算结果可为工程抗震设计提供参考.

爆炸冲击荷载作用下横观各向同性半无限弹性介质的动力响应

本文视土岩介质为横观各向同性均匀弹性体,用正弦波的半周期模拟爆炸冲击荷载的情况,利用三维弹性动力学的基本原理研究了爆炸冲击荷载作用下半无限弹性介质的动力响应,并给出了算例的解析解结果。该方法可用于解决土木工程基础开挖中预留保护层及建筑物爆破振动防护的问题。

复合地基各向异性地震反应的数值模拟

通过将工程上常用的柔性桩复合地基加固区和非加固区土体模拟成各向异性体,在复合地基地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型,建立了针对横观各向同性介质的双渐近多向透射边界条件。并针对柔性桩复合地基地震反应分析的特点,编制了考虑各向异性的柔性桩复合地基地震反应分析有限元计算程序。在程序中针对不同的材料采用不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可以同时进行复合地基的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静动力数值模拟。程序验证和实例计算分析表明,在柔性桩复合地基地震反应分析中考虑各向异性是必要的。

复合地基细观力学性能

复合地基由岩体(土体)和增强体(桩体)两种不同材料复合而成,其基本力学性能包括微观力学性能和宏观力学性能。目前复合地基的研究主要集中在将基体和增强体分开进行研究与宏观力学性能研究等方面。从细观力学角度出发,将基体和增强统一作为横观各向同性体,研究复合地基的局部力学性能,得到了复合地基弹性应力应变场解和相应的弹性参数。

考虑各向异性的复合地基弹塑性地震反应数值模拟

将工程上常用的柔性桩复合地基加固区和非加固区土体模拟成各向异性体,在复合地基地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横向各向同性介质的双渐近多向透射边界条件。针对柔性桩复合地基地震反应分析的特点,研制了考虑各向异性的柔性桩复合地基地震反应分析有限元计算程序。在程序中针对不同的材料采用不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可以同时进行复合地基的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静动力数值分析。程序验证和实例计算分析表明,所编制的程序是正确的,在柔性桩合地基地震反应分析中考虑各向异性是必要的。

桩土均质化模型在水泥土搅拌桩复合地基中的应用

对柔性桩复合地基桩土进行均质化处理,将柔性桩基础简化为横观各向同性体,建立等效处理后的本构关系,给出均质化后横观各向同性体5个参数,并建立了两种有限元模型。实例分析表明:将桩土均质化模型及参数求解应用于水泥土搅拌桩复合地基是合理可行的。