海上风电单柱复合筒型基础复合加载条件下的承载特性

为研究新型海上风电单柱复合筒型基础在二维复合加载条件下的承载特性,利用有限元模型计算,首先得到模型在一维荷载空间下的极限承载力,随后通过施加不同的竖向荷载,得到在V-H、V-M、V-H-M荷载空间下的承载能力包络图,并分析不同二维荷载工况下的单柱复合筒型基础各位置处的土压力分布情况以及筒体底部等效塑性应变区的变化情况。结果表明:对于单柱复合筒型基础,在一定范围内,竖向荷载(0~0.15倍竖向极限承载力)的存在能够增大结构的水平及弯矩承载力;在V-H与V-M荷载空间中,基础各位置处的土压力变化、土体等效塑性应变变化具有一定的相似性,可互相对映参考;基础所承受的最大土压力位置与基础受力倾倒方向一致;随着竖向荷载的增加,结构达到极限承载力时,基础底部土体等效塑性应变区的范围与深度相应扩大。

基于D-P条件等效的黏性土隧道开挖地层力学行为有限元分析

基于三轴试验应力-应变结果,获取了依托工程黏性土强度参数。通过德鲁克-普拉格条件(D-P条件)等效,实现了摩尔-库伦(M-C)黏性土材料的D-P准则模拟方法。采用“间隙约束法”模拟衬砌支护时机对地层力学行为的影响。通过数值计算讨论了黏性土盾构隧道地层参数以及施工特性对地层力学行为及支护反力的影响。研究发现:黏聚力、内摩擦角以及开挖洞径对围岩塑性区半径及支护反力的影响基本呈线性关系,随黏聚力和内摩擦角的增大,塑性区半径和支护反力明显减小,内摩擦角的影响显著于黏聚力。开挖洞径由6 m增大到14 m,塑性区半径增大约210%,支护反力增大约230%。土侧压力系数将显著影响开挖后塑性区形状、范围以及支护反力的分布。随着支护时间的延后,塑性区逐渐增大,支护反力逐渐减小,当释放的位移超过总位移的40%时,两者增减幅度均有明显降低。就依托工程而言,当将地层含水率控制在8%~15%间,当地层收敛约为总位移的20%时,可充分发挥地层自承能力从而降低支护反力。

考虑块石块度及分布的人工土石混合边坡稳定性分析

为研究人工土石混合边坡中块石块度及空间分布对边坡稳定性的影响,用Python语言编写脚本生成不同块石块度、块石间距、块石轮廓等参数构成土石混合边坡模型,实现土石混合边坡块石块度及分布的随机生成。将模型导入Abaqus软件中生成土石混合边坡的数值计算模型,对土石混合边坡的稳定性进行计算,得到了块石的不同块度大小及不同空间分布对土石混合边坡稳定性的影响规律。研究表明:在含石量相同、块石块度范围为10~50 cm的条件下,随着块石块度增加,土石混合边坡的安全系数提升,塑性破坏带变宽、变长,边坡稳定性增加;当块度为10~20 cm与30~40 cm的块石分层分布在土石边坡中且块度大的块石邻近边坡下部时,安全系数较高,土石混合边坡的塑性破坏带分布面积广,边坡稳定性提升。研究结果可为人工土石混合边坡施工提供参考。

土石混合体地层桩承式隧道施工力学模拟分析

为提高土石混合体区隧道施工的安全性,以某隧道工程为依托,采用软件FLAC 3D建立土石混合体地层中的隧道模型,模拟隧道施工过程,得到土石混合体地层中预注浆桩承式隧道的变形破坏特征、隧道支护结构变形和受力规律。结果表明:隧道围岩变形可分为迅速变形、缓慢变形和变形稳定3个阶段,围岩塑性区从注浆区拱腰内侧向外侧发展,直至整个注浆区都发展为塑性区,发生剪切破坏;预注浆隧道的安全系数为1.7;二次衬砌能有效减小地表沉降,二次衬砌整体变形特征为沉降;桩基上部产生微弱弯曲。

泡沫轻质土在桥台背回填中的应用分析

为解决桥头“跳车”的问题,文中以某桥台背回填为背景,采用数值模拟方法分析了桥台背回填泡沫轻质土后的路面沉降及应力变化规律。分析结果表明采用泡沫轻质土回填桥台背有效地减小了台背回填段的路面沉降和差异沉降,使得最大沉降差的路面位置向填方路基范围内移动,位移变形能量释放大对应的路面位置其最大剪应力相对较小,加强路基填土、泡沫轻质土及桥台之间的过渡设计有利于进一步协调优化各区段的受力和变形情况。

EN-1离子土壤固化剂对滑坡滑带土扰动样的改性机理研究

采用原子吸收和红外光谱技术分析了EN-1离子土壤固化剂(ISS)的主要作用成分,以黄土坡滑坡滑带土扰动样为研究对象,分别对原土及经ISS处理后的土样进行了一系列物理化学试验。试验结果表明:当ISS配比(ISS与水体积比)为1∶150时,处理后土样的阳离子交换容量、可交换阳离子含量、塑性指数及比表面积降至最低。结合物理化学试验结果,分析了ISS与土体的作用机理。该作用机理为通过润湿、离子吸附、联结包裹等复杂的表面物化反应,降低土体的水敏性,提高土体的水稳定性。由于黏性土的力学性质与黏土矿物的水敏性及水稳定性关系紧密,通过ISS改善黏性土的水敏性及水稳定性为滑带土的改性和滑坡的治理提供了新思路。

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。

浆固碎石桩成桩注浆影响范围现场试验研究

浆固碎石桩作为一种新型桩基技术,不仅具有一般刚性桩的桩体置换作用,而且能改善桩周土的力学性质,从而可有效地提高复合地基的承载力及减小沉降变形。通过现场进行成桩前后的桩周土性质研究,验证了注浆对桩周土性质的改善作用,得出成桩时注浆影响范围及分布规律。针对黏性土中浆固碎石桩浆液挤密作用,按平面轴对称问题分析了塑性区边界条件及内部单元体的平衡条件,提出浆固碎石桩浆液影响范围的计算公式。理论公式计算结果与原位测试结果较为符合,从而验证了计算方法的合理性,这对浆固碎石桩的注浆加固具有一定的指导意义。

斜拉荷载作用下输电塔双层地基承载特性有限元分析

为了解上覆软土层的输电塔双层地基中上拔力和水平力共同作用下桩基的受力情况,采用ABAQUS有限元方法对斜拉荷载作用下扩底桩—双层土体地基体系进行数值模拟,通过改变上覆软土层厚度和强度等进一步分析铁塔地基的破坏性状。结果表明,软土层越厚,桩基承载力越低,且荷载倾角在荷载临界角两侧时对桩基承载力下降幅度影响不同;随着软土层强度的增加,桩基承载力提高;双层地基土体的破裂面亦随着软土性质的改变而发生变化。

K_0固结饱和土柱孔扩张问题弹塑性分析

采用K0固结各向异性土体本构模型,将柱孔扩张后周围土体分为弹性区和塑性区,根据柱孔扩张理论和边界条件,推导出K0固结状态下饱和天然土体柱孔扩张问题弹塑性区的应力、塑性区半径以及超孔隙水压力的理论解答。同时,通过算例与修正剑桥模型解答进行对比分析,结果表明,土的不同初始固结状态对柱孔扩张后孔周围的应力和超孔隙水压力产生很大影响,采用考虑K0固结诱发各向异性土体本构模型所得到的应力和超孔隙水压力解答大于修正剑桥模型的解答,但塑性区影响半径却明显小于后者。

非线性地基上圆形刚性基础的分析

为了评价土的各种非线性本构模型在分析基础与地基相互作用问题中的适用性，作者用有限元法编制了计算机程序，并用该程序分别对受竖向中心荷载作用的三个圆形刚性基础进行了计算和分析．地基模型分别采用不同的非线性弹性和弹塑性模型。计算结果表明，在浅基础分析中采用上述模型能较好地反映土的非线性或非弹性性质。在饱和不排水地基中采用ＤｕｎＱｍ—Ｃｈａｎｇ模型的计算结果较接近实测值，而Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型和Ｄｒｕｃｋｅｒ—Ｐｒａｇｅｒ模型的计算值则偏小。剑桥模型和修正剑桥模型能在一定程度上反映饱和排水粘土地基的变形性状。

地震作用下边坡平台对边坡的动力响应及失稳破坏影响分析

利用有限元分析软件建立数值计算模型,采用基线校正的10 s水平加速度时程作为地震输入条件,对在不同平台个数、平台宽度以及平台分布等多种工况下边坡模型的动力响应及稳定性进行数值模拟分析。结合各工况地震过程中坡面质点PGD放大系数、动剪应力峰值与震后最大剪应变、塑性区范围以及稳定性评价指标,对地震作用下边坡动力响应特性和失稳破坏进行了定性的评价研究。计算结果表明：以本文40 m高的边坡为例,设单个平台时,于15 m和20 m高程处设置平台对边坡动力稳定性更有利;设2个平台时,10-20 m的平台组合相对于其它组合对边坡动力稳定性更有利;对于多级边坡,随着平台宽度的增加,边坡整体破坏趋势逐渐分解为各级边坡局部破坏趋势,可以较大幅度地减小最下方坡脚的应力集中,进而提高边坡的动力稳定性;此外,平台内侧属于上级边坡的坡脚处,易产生剪应力集中区,属于薄弱部位,应加强各级坡脚的支护。

柔性基础下碎石桩加筋复合地基沉降分析方法

碎石桩加筋复合地基是一种新型的软土地基处理方法。在深入研究柔性基础下碎石桩加筋复合地基变形力学机理的基础上,首先,依据碎石桩与桩周土相对滑移量的不同,将碎石桩加筋复合地基加固区区分为加筋区、非加筋塑性区和非加筋弹性区,从而建立出柔性基础下碎石桩加筋复合地基沉降分析模型;然后,根据碎石桩加筋复合地基不同分区的变形力学机理,分别建立出相应的压缩变形分析方法,从而建立出了柔性基础下碎石桩加筋复合地基沉降分析新方法,该方法不仅能反映柔性基础下碎石桩加筋复合地基桩土滑移的特征,而且能反映非加筋弹性区碎石桩侧向鼓胀对沉降分析的影响;最后,通过工程实例计算以及与现有相关沉降分析方法的比较分析,表明了该方法的可行性与合理性。

土体力学参数随隧道施工动态变化对地层扰动影响的研究

文章基于土的三相体系,并依据隧道施工对土体扰动区域的划分,推导得出土体孔隙比与体应变的关系;运用有限元法计算不同区域的体应变,参考土体力学参数与孔隙比的关系,计算扰动土体力学参数在隧道开挖前后的变化,进而研究考虑土体力学参数变化与否对地层扰动的影响差异。计算实例分析表明:相对于假设隧道开挖过程中土体力学参数恒定的情况,在考虑土体力学参数改变情况下地表最大沉降增大8.1%,塑性区域范围面积增大55.6%。

输电塔角钢斜插式基础抗倾覆稳定性数值模拟分析

为了解不同深宽比的输电塔角钢斜插式基础在上拔力与水平力组合荷载作用下的位移趋势及土体塑性区扩展的过程,以及深宽比对基础抗倾覆稳定性的影响,采用数值模拟方法进行计算。结果表明,对角钢插入式基础整体倾覆过程进行数值模拟分析时,可将基础周围土体出现部分塑性屈服时作为失稳的临界时刻。上拔力与水平力组合荷载作用下土体塑性区皆出现在基础底板的一角,地基破裂面具有不对称性,可采用置换基础底板角点土体的地基改良方法来提高桩土体系抗倾覆承载力。适当增加基础深宽比,提高基础嵌固程度是提高基础稳定性的有效措施。

暴雨情形下含裂隙土质边坡的瞬态稳定性

以山西省安太堡露天煤矿某地质剖面为例,采用Slide软件对暴雨情形下含裂隙土质边坡的稳定性进行分析,确定边坡潜在滑动面的位置,合理布置促使边坡发生推移式滑坡和牵引式滑坡的裂隙,应用MIDAS/GTS软件模拟分析降雨条件下的坡体应变规律和边坡稳定情况。结果表明:随着降雨入渗,边坡塑性区自坡脚向上部不断发展,直至形成贯通的塑性区;在持续降雨1.5 d时,边坡的稳定性最差,存在表层滑动可能;所提出的边坡裂隙布置方式更能反映含裂隙土质边坡在暴雨情形下的实际情况。

竖井施工对软土地基的扰动效应研究

为了分析竖井施工扰动对竖井排水效果的影响,基于圆柱形孔扩张理论,并考虑土体自重应力的影响,采用Mohr-Coulomb屈服准则,得到了弹塑性交界处土体位移、塑性区半径以及最终挤土应力等理论计算公式.对塑性区沿深度的变化规律作了仔细分析,分析表明塑性区呈上大下小的漏斗形,半径大小与埋深、土体参数等密切相关.在塑性区分析的基础上,进一步指出传统竖井固结理论认为涂抹区与深度无关的假设跟实际不符,对不同竖井的涂抹区范围取值不加区别也不甚合理,所建议的涂抹区范围对于袋装砂井来说偏小,宜根据土质、竖井类型等来选择涂抹区范围.

软土坝基塑流规律的研究

本文对在不同坝坡、不同水位、不同软土地基厚度下的坝基塑流问题进行初步的研究,从而探讨软土地基塑性区域的发源、扩展和交汇等规律。

预应力土钉支护结构变形与破坏的数值分析

研发的SnEpFem土钉有限元分析系统,具有以下新的特点:钉土接触单元采用了比Goodman单元更为合理的Desai单元;面层单元采用了弹性地基梁模型;对土体单元考虑了追踪破坏情况。用此系统分析了预应力施加位置及水平,对坡面水平位移、坡顶沉降及其范围、坑底隆起、张拉和塑性区的作用机制的研究表明:(1)预应力土钉布置在边坡中上部且施加较大的预应力对控制坡面水平位移、张拉区和塑性区比较有利;(2)预应力位置及大小对坡顶沉降值、沉降范围,坑底最大隆起值和隆起位置影响很小,基本可以忽略;(3)预应力施加位置及水平,对坡体内应力状态分布、拉张区、塑性区的影响较大。基于以上分析,总结了预应力土钉工作机理。对一工程实例进行了位移对比分析,证实了SnDpFem系统的可靠性。

考虑应变软化特性的缩孔解析解

针对工程上涉及的大量缩孔现象,从土的基本工程性质出发,考虑土的应变软化特性和不相适应流动法则,推导了建立在弹性-软化-塑性模型基础上的柱形孔和球形孔收缩的弹性区、软化区和塑性区的解析解,给出了卸载压力与塑性区半径和软化区半径之间的关系。研究了反映软化特性的参数对计算结果的影响,并与理想弹塑性材料进行比较,克服了在弹塑性交界处p/p_0与r/r_0出现突然转折的缺点。