地理信息系统在土木工程中的应用

地理信息系统(GIS)是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科,由于其能快速、方便管理海量数据的特点,已被广泛应用于资源开发、环境保护、城市规划建设和灾害监测与评估等领域.本文在介绍地理信息系统基本功能的基础上,重点介绍了其在土木工程中的应用,包括施工管理、安全监测和震害预测等方面,以及应用中存在和需要解决的一些问题.

基坑工程设计中的专家系统

介绍了基坑工程及专家系统技术 ,提出用专家系统解决基坑工程中的问题的观点 ,并介绍了一个实例 ,证明了专家系统作为基坑工程设计的计算机辅助手段是争实可行的。

建筑工程专业教学实验室建设与评估的计算机系统开发与应用

本文通过分析建筑工程专业教学实验室存在的主要问题,阐明了该专业教学实验室评估与建设的迫切性;介绍了该专业教学实验室单项评估的计算机系统开发与应用,以及为搞好实验室建设和提高教育质量以及加强大学生综合能力的培养应注意做好的几项工作。

CS板农宅建筑体系在天津农村的应用

目前,我国农村住宅存在墙体材料性能差、能耗大、生产建造过程污染大,建筑物防火、节能、耐久性差和结构整体抗震性能低等问题。针对这些问题,研究了天津市建交委提出的一种新型建筑结构体系——CS板农宅建筑体系。分析发现CS墙板强度高、保温性能好、防火性能优,节能环保,适合作为农宅建筑体系。分析了CS板农宅建筑体系在天津农村推广应用的成功实践,结果表明该建筑体系经济成本和京津冀华北农村地区广泛采用的砖混结构基本持平,整体抗震性能好。推荐在我国广大农村地区对此类建筑体系进行深入地研究、设计、推广和应用。

建筑工程计算机辅助教学系统的研究体会

结合作者正在开发的钢筋砼ＣＡＩ系统，首先论述了计算机辅助教学在建筑工程专业课程教学中应用的必要性和可行性；然后着重探讨了建筑工程专业计算机辅助教学的课件研制与开发，内容涉及到课件开发的指导思想，软硬件环境的选择、课件内容的组织，还有课件的信息交流途径──人机交互功能，屏幕设计准则，菜单编制技术，以及教育理论和心理学在课件开发中的应用等．本文还研究了授课型、测试型、设计型、模似试验型课件之间的有机结合，同时也介绍了有关的开发技巧；接着，论文阐述了ＣＡＩ的组织与实施，比如ＣＡＩ与教学管理部门、教师课堂授课等的关系，课件选择的准则，各教学部门的协调性，以及根据应用课件时的反馈信息对课件进行维护、修改和发展．

“基础工程优化决策计算机咨询系统”的研制与开发

介绍了“基础工程优化决策计算机咨询系统”软件的开发与研制，内容包括系统的构成、功能和相关技术。该软件可为用户对地基处理方法和基础形式进行决策时提供咨询服务，以便快速及时地作出经济合理的决策。

软土地区基坑前排倾斜双排桩支护现场试验及工作机理

基坑倾斜桩支护大幅提高了无支撑支护结构的适用深度,具有造价低、施工便捷、绿色低碳、变形控制好等特点,然而目前研究多集中在单排倾斜桩,对前排倾斜双排桩支护的试验、理论与应用的研究均较少。针对前排倾斜双排桩支护基坑开展了现场试验,同时采用有限元方法分别从前排斜桩、桩顶连梁及桩间土体作用3个方面深入探究了前排倾斜双排桩支护的工作机理,进一步分析了直斜桩长度和排距对前排倾斜双排桩支护结构受力变形性能的影响。结果表明,相比传统竖直双排桩,前排倾斜双排桩支护结构的支护性能显著提升,前排斜桩主要发挥“斜撑”作用,连梁主要起到将直斜桩及冠梁连接成一个空间刚架的作用,桩间土体能够提高桩土摩阻力,进而有效减小前排倾斜双排桩变形。研究成果有助于前排倾斜双排桩的推广和应用。

局部超挖或超载作用下桩锚支护基坑连续垮塌试验研究

超挖或超载导致的基坑垮塌事故时有发生,然而局部超挖超载情况下基坑连续垮塌的全过程演化机理仍缺乏深入研究,限制了对此类基坑事故的针对性预防和控制。依托两起基坑垮塌案例,设计了桩锚支护基坑连续破坏模型试验,研究了局部超挖或超载对单道锚杆支护结构变形、土压力、锚杆轴力、支护桩及冠梁内力等的影响。结果表明,基坑局部超挖后,基坑外产生的土拱效应和冠梁荷载传递效应将导致邻近区域支护桩和锚杆内力大幅上升,此情况下超挖区内锚杆局部失效将进一步加剧这两个效应,引发邻近未失效锚杆连续破坏。支护桩嵌固深度较小时,锚杆失效后桩身弯矩始终减小,最终由于桩顶缺少约束而发生倾覆破坏;相反,当嵌固深度较大时,被动区土体对支护桩约束作用较强,最终支护桩的弯矩绝对值将显著提高,更可能发生弯曲破坏导致基坑垮塌。基坑正常开挖深度越大,超挖及锚杆失效产生的土拱效应越强,触发锚杆连续破坏所需的初始破坏锚杆越少,抗连续破坏能力越弱,应考虑局部加强锚杆,将局部破坏限制在一定范围。基坑顶部超载量过大将导致锚杆自超载范围中心向远端依次失效,进而引发基坑垮塌。锚杆设置高度不同,触发锚杆连续破坏的超载量不同,连续破坏路径和为应对潜在的超载风险需重点验算的构件也可能不同。锚杆设置在腰梁上时,超载情况下,锚杆的荷载传递系数大于支护桩,需优先考虑对锚杆进行局部加强设计;锚杆设置冠梁上时,触发锚杆连续破坏所需的超载量较腰梁工况更大,超载情况下,支护桩的荷载传递系数大于锚杆,应优先对支护桩考虑附加荷载作用进行设计。

真空预压联合碱渣处理疏浚淤泥加固效果及机理

真空预压技术广泛应用于因疏浚形成的大面积淤泥地基,为了改善传统真空预压加固效果,基于绿色低碳和快速环保的加固理念,提出了真空预压联合碱渣处理疏浚淤泥地基方法。通过开展室内真空预压模型试验和微观测试,探讨分析了碱渣联合真空预压法的加固效果及机理。研究结果表明:与常规真空预压法相比,碱渣联合真空预压法处理疏浚淤泥地基的加固效果得到大幅度提升,其中排水量、表层沉降量提升幅度达20%左右,加固后土体的含水率从90%降低34.9%,十字板剪切强度最大提高1.33倍。通过SEM电镜扫描试验及压汞试验,分析加固完成后土体的微观形态及孔径变化,发现碱渣可促进颗粒聚集团聚,使土中细颗粒含量降低。碱渣和黏土矿物之间可发生强烈的水化反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等产物,增大土体胶结作用。本研究为改进真空预压方法的技术发展及碱渣高效利用提供了理论依据。

基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。

交通荷载作用下结构性软土动应力-动应变关系试验研究

通过对天津滨海新区典型结构性软土进行室内循环三轴试验,研究在交通荷载长期作用下,结构性淤泥质粉质黏土的动应变发展情况;考虑不同的振动波型、动应力频率、动应力比以及固结状态对动应力–动应变关系的影响,得到淤泥质粉质黏土的临界动应力比和动应力–动应变关系随加载频率、围压及固结状态而变化的规律。试验结果表明,结构性淤泥质粉质黏土存在一个临界动应力比和一个振动频率门槛值;同时,在半正弦波型条件下动弹性模量和动剪切模量随固结压力值的变化存在一个转折点。

碳纤维布加固修复砖砌体的研究与工程实践

通过 4片碳纤维布加固砖砌体在周期反复荷载作用下受力性能的试验 ,研究了粘贴碳纤维布加固修复砖砌体这种方法的有效性。研究了碳纤维布加固砖砌体的受力特性 ,分析了碳纤维布的用量以及“X”形贴布方式等因素对砖砌体加固效果的影响 ,还提出了碳纤维布加固砖砌体抗剪承载力的简化计算方法。在此基础上 ,进行了碳纤维布加固修复砖砌体的工程实践。

交通荷载作用下结构性软土动本构关系的试验研究

基于大量动三轴试验,针对滨海新区结构性软土,研究了其动应力-应变、动模量和阻尼比变化规律,并对振动波型、加荷频率以及固结应力比等影响因素进行了深入的研究,得出了如下的结论:振动波型对于结构性软土的动应力-应变类型影响不大,但是最大动弹模量Edmax和动剪切模量Gdmax的相差可达2.5倍左右;结构性软土具有明显的频率效应和门槛振动频率;半正弦波型条件下,当围压小于结构屈服压力时,最大动弹模量Ed随固结比的增加而递减,超过某一应变幅值时,最大动弹模量Ed将随着固结比的增加而减小;偏压状态下,低应变条件下固结比越大,阻尼比越大,当应变值超过0.004以后,随应变值的不断增大,固结比越大,阻尼比反而越小。所得出的结论对工程应用具有一定的指导意义。

双基坑大直径双环梁支护体系监测与分析

双基坑大直径双环梁支护体系是一种新型的基坑支护结构形式。通过对天津铜锣湾广场基坑工程中的环梁支撑内力和坑周土体水平位移的现场施工监测和数据结果分析,讨论了基坑开挖过程中环梁结构受力的特点以及对周围环境的影响,得到了基坑周边土体水平位移的变化规律,为考虑施工因素的环梁结构设计提供了依据。

基于FK-FE混合方法的位错点源作用下全过程结构地震反应模拟

基于区域缩减思想,集整基于精确动力刚度矩阵的频率波数域(FK)半解析方法和有限元(FE)数值方法各自优势(FK精确高效模拟一维波速结构地震波传播;FEM具有丰富单元和本构类型,可精细模拟工程结构地震反应),提出了一种从震源到工程结构全过程地震反应模拟的FK-FE混合方法。并将FK代码作为插件二次开发到大型商业有限元软件ABAQUS中,实现了ABAQUS平台下从震源到工程结构的全过程宽频地震反应物理模拟。验证了FK-FE混合方法正确性,进而将其应用于位错点源作用下美国SAC机构设计的9层Benchmark抗弯钢框架结构全过程0 Hz~15 Hz宽频地震反应模拟,重点探讨了地壳层波速结构和近地表场地条件对框架结构地震反应的影响。研究表明:地壳层速度结构和场地类别对该结构的地震反应均有显著影响,地壳层速度结构3(较硬)相比速度结构1(较软),结构最大位移和层间位移角分别减小了22.7%和62.0%;Ⅱ类场地相较于Ⅳ类场地,结构最大位移和层间位移角分别减小了22.3%和44.7%。

地下隧道-土体系地震反应分析的有限元与无限元耦合法

本文采用有限元－ 无限元耦合法进行地下隧道－ 土相互作用分析， 阐述了有限元与无限元耦合模式的基本原理。耦合分析方法具有精度高、省机时的特点。本文运用编制的有限元－ 无限元耦合程序、对均质土层中地下隧道左右两侧有限元区域大小的选取和无限元中节点位置的选取进行了比较研究， 并分析了均质软土中地下隧道结构侧壁顶端的动力位移反应。算例表明，

开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析

基坑开挖对坑内工程桩的影响不可忽视。基于工程试桩实测资料验证的有限元参数,对地面加套管试桩及基坑开挖条件下不同长度单桩进行有限元计算,研究了深厚软土地区在以常规试桩法得到的单桩极限承载力设计的桩基础的承载及变形性状。计算结果表明,基坑开挖条件下坑底工程桩侧阻和端阻异步发挥的现象明显。设计工作荷载下,长度超过40 m的桩的端阻比几乎为0。同时,桩身侧阻呈"R"形分布,长度大于80 m的单桩桩身下部甚至还存在一定的拉力,桩身下部存在较大范围的负摩阻区。考虑开挖条件下侧阻分布特点的沉降计算值要较Geddes假设分布模式下的沉降值更接近于实测结果。

粉煤灰颗粒分布对水泥强度影响的灰色系统研究

采用Ｍａｌｖｅｒｎ激光粒度仪精确测定粉煤灰的粉体颗粒分布；以灰色系统理论研究粉煤灰颗粒分布对水泥强度的影响．研究表明：粉煤灰粉体性能显著影响粉煤灰水泥的强度；粉煤灰中１０—２０μｍ颗粒的质量分数与水泥强度的关联度最大，无论对７ｄ还是２８ｄ抗压强度均有最大的影响．

天津地铁改造中车站箱体位移控制研究

在天津市地铁一号线既有线路改造中,必须解决将原车站进行延伸改造所涉及的开挖与支护问题。由于土质软弱,需采取注浆来减少因深开挖和回填土所引起的车站箱体位移与沉降以及控制地下水渗透。因车站地处交通要道下,附近交通拥挤,使得改造工作难度较大。对控制箱体在开挖过程中的位移、改造完成并回填土后的沉降以及减少开挖改造对交通的影响的方法进行了研究,并给出了一些建议。

局部锚杆失效对桩锚基坑支护体系的影响及其机理研究

桩锚支护基坑中由锚杆失效引起的坍塌事故屡见不鲜。针对此问题,采用有限差分法研究了局部锚杆失效引发的土压力和支护结构内力变化等荷载传递规律,并利用大型模型试验加以定性验证。锚杆失效会导致邻近3~4根锚杆轴力显著增大,导致冠梁最大剪力和弯矩增加,冠梁按照构造配筋很容易发生破坏。随着锚杆失效数量的增加,锚杆最大荷载(轴力)传递系数逐渐增大并趋于定值,破坏范围内支护桩桩身变形和受力模式逐渐由支撑式向悬臂式过渡,最大弯矩先减小后增至定值,此时其荷载(弯矩)传递系数普遍大于锚杆。可见,锚杆失效较少时,破坏沿锚杆传递,失效较多时,破坏发展至支护桩。此外,开挖深度越大,土体强度越低,支护桩及锚杆荷载传递系数越高。