基于非极限土压力的基坑开挖引起隧道变形的计算方法

由于基坑开挖引起邻近隧道变形,继而影响地铁在隧道中的安全运行,因此如何准确预测邻近隧道变形是个值得研究的问题。根据非极限土压力计算方法,计算基坑开挖卸荷坑壁上的土压力,利用Mindlin求解公式,获得基坑开挖阶段旁侧隧道上的附加荷载,将隧道结构看作Winkler地基梁上的Euler梁,建立弹性地基梁微分方程,给出隧道水平位移变形的解析方法。基于该方法分析了基坑开挖引起邻近隧道的水平位移。研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,隧道水平位移相应增加;考虑非极限土压力计算得到的隧道水平位移结果与实测值较为接近,误差总体保持在20%以内;相较于传统隧道水平位移求解方法,笔者方法更加符合实际。

立方准晶材料平面轴对称问题研究

为了分析立方准晶材料轴对称问题的应力和变形情况,首先从立方准晶材料的基本方程出发,获得声子场和相位子场的位移平衡方程,通过求解微分方程获得立方准晶材料平面轴对称位移的通解,再利用本构关系,获得立方准晶材料内的应力分布,最后利用通解和界面连续的边界条件,获得准晶材料圆筒置入无限大弹性体内的位移和应力状态,从而获得准晶材料对结构的影响:相同弹性常数情况下,准晶材料的刚度有所降低,抵抗变形能力变弱。

柔性承台下复合地基应力和沉降计算研究

柔性承台下复合地基的受力性状与刚性承台下复合地基有很大差别,常用的复合地基应力和沉降计算理论均基于刚性承台下复合地基,使计算值与实际值相差较大。利用Mindlin解与Boussinesq解联合求解柔性承台下复合地基的附加应力,可以得到与实际较符合的应力分布。利用Vesic小孔扩张理论计算桩体刺入柔性承台的量,并对分层总和法求得的沉降进行修正,可以得到与实测接近的沉降计算值。

软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全。对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法。基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析。隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用。通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析。还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性。

基于Poulos弹性理论的被动桩改进算法

传统的Poulos弹性理论仅适合于均质土中土体侧向位移时桩的性状分析,无法考虑土的层状特性。通过引入层状地基中作用一水平集中力的广义Mindlin解和地面作用有竖向荷载时的应力和位移通解,对Poulos方法进行了改进,使之扩展到多层土中,还用于研究堆载条件下的被动桩变形和受力响应。算例分析表明,改进弹性理论要比Poulos方法更为严密、合理,提高了计算精度,应用范围也更广。

基于单桩静载试验结果的群桩基础沉降计算方法

提出一个利用单桩静载试验结果及弹性理论法确定群桩基础沉降的方法。该法中,基础中各桩在自身所受竖向力作用下产生的沉降按静载试验得到的沉降-荷载关系确定,由他桩引起的沉降则根据试验得到的桩侧摩擦力分布曲线及桩端压力,应用弹性理论法计算。计算中,对基础中各桩赋以不同的竖向力进行试算,从中寻找出能使承台的平衡方程及各桩沉降变形协调条件满足的组合,即为其真实解。按照上述原理,建立相应的计算公式,编制计算程序。最后,对一桥梁工程桩基础的沉降进行计算,并与实测结果进行对比,二者吻合较好,证明了本法的可行性及合理性。

岩体灌浆锚杆的非局部摩擦分析

本文对Oden等提出的非局部摩擦模型进行了修正,得到了修正后的非局部摩擦模型,并应用于岩土工程问题。文中利用Mindlin问题的位移解导出了岩体灌浆锚杆沿杆体表面所受的剪应力的弹性解,对岩体灌浆锚杆进行非局部摩擦分析,在简化的情况下,得到了在修正后的非局部摩擦模型下的岩体灌浆锚杆侧剪应力的积分形式,再用Maple程序求解,将其所得的结果与局部摩擦(库仑摩擦)模型下的侧剪应力进行比较,结果表明是合理有效的。

分层土中单桩荷载分布和沉降计算新方法研究

根据分层总和法的原理,对以Mindlin位移解为基础的弹性理论法进行了推广,建立了一种近似求解分层土体下的单桩荷载分布和沉降计算方法。与现有方法相比,该方法能够取得较满意的结果。同时该方法能够考虑各土层弹模和泊松比的影响,也能够考虑桩端以下不均匀土层及刚性层的影响。最后对一组不均质土体下的单桩进行了计算分析,结果表明:在特定的工况下,不同土层中取用不同泊松比对桩顶沉降的计算影响较大;桩端土层以下存在分层土时,同其它土层相比,软弱土层对桩顶沉降的影响较大。

单桩贯入变形机理初探

竖向力作用下单桩会发生沉降,贯入变形是沉降量的主要组成部分。一直以来,贯入变形无法确切地归为弹性变形或者塑性变形,在理论上这也不便于用弹性解计算桩基础沉降。基于工程桩静载荷试验研究了单桩荷载传递机制,发现在工作荷载作用下,当桩端是平底形且持力层相对较好时,贯入变形呈现小变形特征;桩端阻力和贯入变形为线弹性关系,不存在桩端刺入持力层的情况;从理论层面研究了考虑桩径影响的Mindlin位移解,证明贯入变形是局部弹性压缩变形,不是塑性变形,这为利用弹性解研究工作荷载作用下桩基础沉降提供了积极的支撑。

横向荷载作用下深基坑侧壁的水平位移计算

利用对称性,将1/4无限体受水平集中力p作用的解化为半无限体受水平集中力2p作用,采用半无限空间内水平集中力作用下的Mindlin解,推导出局部均布水平力作用下基坑侧壁的水平位移解析解。与用Boussinesq解简化计算得到的水平位移进行比较,结果表明两种方法所计算的水平位移结果在远离地面部分是接近。但邻近地面部分,采用本文考虑深度影响的Mindlin解计算结果比采用Boussinesq解简化方法的计算结果要大,但其刚度应折减1/3的结果极其接近,从理论上说明土弹簧模型是正确的。

深长摩擦桩的非局部摩擦分析

本文对Oden等提出的非局部摩擦模型进行了修正,并利用Mindlin问题的位移解导出了深长摩擦桩侧阻力的弹性解,对深长摩擦桩进行非局部摩擦分析,将所得的侧阻力与局部摩擦下的侧阻力进征比较,结果表明是合理有效的。

地下通道开挖引起临近地铁隧道回弹位移分析

临近地铁隧道建造地下通道,需预先评价地下通道开挖对地铁运营安全的影响。结合地下通道工程,针对通道B段垂直正交近距上跨地铁区间隧道等条件,采用Boussinesq解和Mindlin解计算通道开挖卸载产生的附加应力,分层总和法计算地铁隧道产生的回弹位移。结果表明,Boussinesq解和Mindlin解两者计算结果相差不大,Boussinesq解更偏于安全;Boussinesq解和Mindlin解两者计算的地铁隧道底部(轨底)回弹位移均小于1 mm,地铁隧道顶部最大回弹位移分别为6.2 mm、5.3 mm,均满足城市轨道交通线路轨道竖向变形、相对变形曲率、隧道结构绝对沉降量等要求,为地下通道施工的超前控制提供了依据。

素土开挖边坡变形计算方法研究

土坡的变形是判断其是否安全的重要监控指标,文章提出了虚拟开挖应力的概念模拟土体开挖状态,通过等于2倍静止土压力的虚拟释放应力还原非弹性半无限体的开挖状态至弹性半无限体状态,建立了基于Mindlin解的素土边坡变形计算方法;利用编制的程序讨论了不同因素对素土边坡变形的影响。结果表明:素土边坡土体的最大侧向变形点约在边坡0.75倍开挖深度位置,其最大竖向变形点为靠近侧壁约为0.3H的位置,随着土体内摩擦角的增加边坡变形呈近似线性减小,随着边坡坡角的增大其侧壁最大侧向变形也逐渐增大。

下沉广场开挖对下卧地铁联络线隧道的影响

随着地铁等地下设施的完善,地铁或地铁联络线上方大面积深基坑开挖问题出现,评价和预测基坑开挖对其下卧地铁隧道的影响成为亟待解决的问题.针对地铁联络线隧道下穿下沉广场等施工条件,结合下沉广场基坑开挖工程,采用Boussinesq解和Mindlin解计算广场开挖卸载产生的附加应力,用分层总和法计算下卧联络线隧道的回弹位移.计算结果表明,Boussinesq解和Mindlin解的计算结果相差不大,Boussinesq解更安全一些,计算地铁联络线隧道顶部、底部中心线处最大回弹位移分别为13.8 mm和3.5 mm,满足轨道竖向变形要求,联络线隧道轨顶面回弹位移计算值与实测值较为吻合,证实了该计算方法的合理性.

当均布垂直荷载作用时半无限弹性体内侧向变位的计算

文献［１］提出了计算地基表面侧向变位的方法，本文则就均布垂直荷载作用的情况下，提出了计算半无限弹性体内侧向变位的方法，可作为文献［１］的补充。

柔性基础复合地基沉降计算

柔性基础下复合地基的沉降计算一直较难确定。利用Mindlin解与Boussinesq解联合求解柔性基础下复合地基的附加应力,并利用Vesic小孔扩张理论计算桩体刺入柔性基础的量,后对分层总和法求得的沉降进行修正,可以得到与实测接近的沉降计算值。

有限元计算中土的变形模量取值探讨

为修正均匀介质的弹性理论计算变形模量的误差,使用ANSYS软件建立两种有限元计算模型,一种模型为完全均质地基模型,即与Boussinesq、Mindlin弹性理论相吻合的计算模型,另一种为荷载作用在刚性压板上的浅、深层平板载荷试验模型。然后根据具体算例进行对比分析,探讨有限元计算中土的变形模量取值。分析结果认为:在有限元或以弹性理论为基础的地基变形计算中,以浅层平板载荷试验计算得出的变形模量值,应再乘以1.079~1.157的系数计算土的变形模量;以深层平板载荷试验计算得出的变形模量值,应再乘以1.389~1.409的系数计算土的变形模量。

基于桩端和桩侧阻力相互作用的超长桩承载力研究

对于超长桩顶部受力承载水平临近极限情况时,会出现桩端位置附近的摩阻力陡增的现象,且不同桩体周围的土体强度和桩—土接触面特性差异,产生该效果的力度也不尽相同。以超长摩擦型单桩承载性能分析为基础,构建了复杂介质环境下超长摩擦型单桩的桩—土受力模型,并将广义弹性原理和优化反分析理论进行结合,以此来计算复杂介质中的超长桩摩擦型单桩的承载机能和测试静载试验的沉降曲线。通过测试得到的桩周和端土力学数据,结合有限单元法对超长桩桩端和桩侧阻力的Mindin解进行修正计算,以此提高抗滑桩的桩端和侧阻力相互作用的计算精度。算例结果表明,考虑桩体附加侧摩阻力修正后的计算结果和测试值吻合程度很高,说明该方法对提高超长桩的桩端和侧阻力相互作用的计算精度、对指导工程施工具有较好的借鉴价值。

预应力锚索锚固段应力分布与锚固段长度研究

基于弹塑性力学理论,将锚索受力视为半空间体在边界受到法向集中力的作用,分析了预应力锚索锚固段的内力结构,结合布西涅斯克(Boussinesq)问题的位移解,推导出了锚固段剪应力与轴力分布函数,并提出了一种锚固长度的计算公式。在此基础上,分析了各种岩土参数变化对锚固段应力分布的影响,对之后锚固工程的设计具有一定的意义。

浅层平板载荷试验变形模量计算公式推导

岩土的变形模量是岩土工程计算分析中的一个重要的力学参数,目前主要通过原位平板载荷试验的结果计算求得。国内相关规范和文献虽然提供了浅层平板载荷试验中变形模量的计算公式,但并未给出其出处,因此有必要对其进行系统的研究。本文基于Boussinesq弹性理论位移解,对浅层平板载荷试验计算变形模量的公式以及刚性承压板的形状系数进行了系统的推导和阐述,并得出以下结论:(1)变形模量的计算公式是在Boussinesq弹性理论竖向位移解的基础上乘了一个刚性承压板形状系数得来;(2)圆形垂直均布荷载作用下,圆心处的表面沉降为荷载圆边界处表面沉降的π/2倍;(3)正方形垂直均布荷载作用下,正方形荷载中心处的表面沉降为角点处表面沉降的2倍,荷载边界中心处的表面沉降约为角点处表面沉降的1.79倍;(4)推导出的圆形刚性承压板形状系数约为0.818,方形刚性承压板形状系数约为0.935,均略大于相关规范提供的数值。本文系统地解答了浅层平板载荷试验中变形模量计算公式的来源问题,对全面了解此类问题有一定指导和借鉴意义。