放缓坡度对抗滑桩抗震性能的贡献研究

放缓坡度是提高斜坡稳定性的重要措施,抗滑桩作为滑坡治理的常见手段,桩后斜坡坡度将直接影响抗滑桩的抗震性能。本研究以近似均质花岗岩为斜坡介质建立抗滑桩支挡有限元模型,对比研究分析了桩后坡度17°、32°和60°条件下抗滑桩的地震荷载响应规律。分析表明,放缓坡度不仅影响了斜坡的地震动响应,对提高抗滑桩的抗震性能具有明显的贡献,对抗震区抗滑桩设计在经济和技术上均具有一定指导意义。     

叉桩扭角对高桩码头抗震性能影响分析

以高桩码头双轴对称桩基码头结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用振型分解反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行了地震动力响应分析,对比分析了叉桩扭角变化对结构响应的影响,讨论了纵向斜桩对结构抗震性能的影响。计算结果表明:横向水平地震作用下,除桩轴力外,其结构的响应随着叉桩扭角的增大而增大;纵向水平地震作用下,桩轴力随扭角的增大而增大,其他结构响应则随扭角的增大而减小;纵向水平地震作用下结构的动力响应较大,增加纵向斜桩能更好的抵抗纵向水平地震荷载,但增加纵向斜桩其最大桩轴力响应将较无纵向斜桩时增加较多。     

坡率对土质边坡稳定性影响分析

采用有限差分软件建立某一土质边坡的数值模型,分析不同坡率和分级放坡条件下边坡的稳定性。研究表明:坡率越小,边坡的安全系数越大,坡面水平位移越小;随着高度降低,坡面水平位移增大。总坡率相同的条件下,采用分级放坡,可提高边坡整体的稳定性。锚固后边坡的安全系数增大,坡面水平位移减小;随着坡率减小,坡体内部锚杆轴力增加,坡面处锚杆轴力降低。平台增加了边坡的安全性,减小了锚杆的轴力值。     

不同风向和风速下跨长江航道输电塔桩基三维变形特性研究

为了满足长江南岸的用电需求，跨长江输电塔的建设规模不断扩大。依托江苏凤城至梅里385 m高的大跨越工程，开展精细化三维有限元数值模拟，系统研究了风速、风向角、土层参数和桩径对大跨越塔桩基变形特性的影响。发现风荷载作用下，大跨越塔所受的最大拉力和压力均位于塔脚位置。45°、60°风向对跨越塔桩基影响最大，45°、60°风向引起的桩基水平位移和沉降比0°、90°风向工况大13.0%和26.9%。上部土层压缩模量增加一倍后，风荷载引起的桩基最大水平位移降幅高达28.9%,而黏聚力增加一倍后桩基最大水平位移降幅不到3%。随着跨越塔桩基直径的增加，风荷载引起的桩基水平位移不断降低；但是桩径从1.4 m增至2.0 m后，桩基最大水平位移降幅不足10%。相比于采取大直径桩，上部软土层加固能更好地限制风荷载引起的桩基位移。研究成果为跨长江输电塔桩基设计提供一定的指导。     

陡岩河岸高桩墩式码头群桩基础竖向承载能力

采用ABAQUS有限元软件模拟斜坡嵌岩群桩(四边形四桩)竖向承载工况、模拟施工过程,考虑材料和桩岩接触非线性影响建立斜坡-嵌岩群桩系统三维模型,通过改变斜坡坡度、桩嵌岩深度等参数分析斜坡嵌岩群桩(四边形四桩)的竖向承载能力。研究表明,不同坡度和嵌岩深度条件下嵌岩群桩(四边形四桩)竖向承载能力,是群桩径向膨胀与桩前岩体缺失效应、桩后岩体增强效应、承台刚度综合作用的体现。群桩效应系数随着坡度的增加(0°≤R≤45°)逐渐增大,坡度较大时(30°≤R≤45°)嵌岩桩群桩(四边形四桩)的承台顶面、各桩桩顶不均匀沉降较明显。     

基于ABAQUS的高桩梁板式码头地震动力响应分析

为研究高桩码头地震作用下的动力响应,对码头动力计算方法进行了综述,选取有限元方法,利用ABAQUS有限元软件,结合某高桩码头实例,建立了三维有限元模型,进行地震动力响应分析。分析表明,响应谱分析前三阶为主要振型,地震响应前两阶表现为平动和扭转的耦合振型,第三阶为平动振型。高桩码头最不利地震方向角为纵向,码头结构会产生较大的位移和内力,并对比分析了设防烈度分别为6°、7°和8°在最不利地震方向角时的基桩桩顶位移和内力。     

坡度对波浪统计特征的影响

为了明确坡度对不同波浪统计特征的影响,利用数值模型对波浪在不同坡度斜坡上的传播进行模拟,分析波浪的非线性参数和波高分布等,比较不同坡度下波浪的传播特性。结果表明,在相同条件下,随着波浪在斜坡地形上传播,波高会随着水深的变浅逐渐增大;坡度对于波浪的波高分布具有较大影响,当坡度较大时,波浪传播至斜坡较浅水深时的波高分布接近瑞利分布,当坡度逐渐减小时,相同波高的发生概率逐渐减小;而Ursell参数则不会随着坡度的变化有明显的变化。     

水下爆炸冲击对船舶艉轴架轴承响应特性的影响分析

应用Ansys/LS-dyna有限元软件,建立了水下爆炸冲击作用下的船舶艉轴架轴承仿真模型,研究水下爆炸冲击对船舶艉轴架轴承响应特性的影响,计算得到在不同的炸药当量和爆点位置下船舶艉轴架轴承的位移、应力和速度等响应特性。结果表明:随着炸药当量的增加,艉轴架轴承的位移、应力和速度等响应峰值也会线性增加;当爆心在横向远离艉轴架轴承时,轴承的位移响应峰值先增大后减小;当爆心在纵向时远离轴承时,轴承的位移、应力和速度等响应峰值则基本呈现线性下降趋势。     

小流向角下的30万吨级油船水流力试验

现行的《港口工程荷载规范》没有体现出小流向角对船舶水流力的影响,而船舶水流力的变化与流向角及流速密切相关。为精细化研究小流向角及流速对系泊船舶的作用力影响规律,基于物理模型试验,研究流速为1. 0、1. 5、2. 0 m/s,流向角θ为0°～15°的条件时30万吨级油船的船舶水流力的变化规律。结果表明,纵向力和横向力均随着流速的增大而增大;当流向角θ为0°～15°时,纵向水流力与使用规范公式的计算结果吻合较好,横向水流力的试验结果约为计算值的2倍。     

船舶系泊动力分析数值模拟计算研究

利用动力分析方法的数学模型SHIP-MOORINGS对船舶系泊过程中的运动、波浪载荷及橡胶护舷的碰撞力进行了数值模拟计算。试验中,系泊船舶运动量、系缆力和撞击力随着波高的增大而增大,随着波浪周期的增大一般也增大,其变化关系还与船舶本身的自摇周期有关。当45°斜浪和90°横浪作用时,横移<1.0 m(PIANC,1995)的要求最容易超标,为该浪向作用下船舶作业标准的主要控制指标;当0°顺浪作用时,升沉<1.0 m的要求最容易超标,为顺浪作用下船舶作业标准的主要控制指标。在45°斜向浪作用时,沿船长方向布置的护舷所受碰撞力分布不均衡,艏、艉处的碰撞力较大,而在90°横浪和0°顺浪作用时,作业和系泊条件略好,因此控制浪向为艏来45°斜浪作用。其中,10 000DWT的船型由于吨位相对较小,风浪流作用下,运动量较大,其中横摇、横移表现最为明显。对于各泊位所选择的护舷型号,计算表明,系缆力控制工况下,护舷所受到的最大撞击力均小于其设计反力,护舷型号选择合理。     

浮体带漂角拖航阻力数值预报

采用RANS法预报浮体在不同漂角下的拖航阻力。结合模型试验,分别从网格因素和湍流模型因素2个方面提高数值预报的精度,得到各漂角下的最优数值预报方案。基于最优数值预报结果,进一步研究浮体周围的流场随漂角的变化。结果表明:合适的网格划分方案能在很大程度上节省计算成本。当漂角不大于60°时,湍流模型采用Standard k-ε湍流模型所得结果与试验值的吻合度最高;当漂角大于60°时,湍流模型建议采用SST k-ω湍流模型。Standard k-ε湍流模型的预报精度随漂角的增大而下降;SST k-ω湍流模型在漂角为45°和60°时模拟误差很大,但当漂角从45°减小或从60°增大时,其预报精度都在提升。30°、45°、60°和90°漂角对应的最优解与试验值相比,平均误差分别为2.58%、3.35%、6.64%和7.09%,满足一般工程问题的精度要求。     

波流联合作用下通载浮桥动力特性研究

为了研究波流环境中浮桥通载时的动力特性,探讨通载速度及波流联合作用对浮桥动力响应的影响,本文采用势流理论对浮桥所处流场的速度势进行分析,采用莫力森公式计算浮桥受到的水阻力,同时考虑多轴移动荷载的影响,建立系泊浮桥的时域运动方程;并对不同工况下浮桥的运动响应及系泊力进行了计算,在计算中考虑了瞬时湿表面变化对浮桥浮力及水阻力的非线性影响,通过计算得到了不同行驶速度、不同波况下浮桥各桥节的运动响应及系泊力时程曲线.结果表明:车辆行驶速度对浮桥桥节垂荡、纵摇响应及系泊力均具有明显影响,桥节垂荡、纵摇及上游系泊缆张力峰值随行驶速度增大而增大;通载浮桥中部桥节的系泊缆张力最大值小于两侧桥节系泊力最大值;波浪作用下桥节的运动响应及系泊力与车辆荷载引起的运动响应及系泊力具有一定程度的叠加效应,特别是垂荡响应的叠加效应更为明显;当波高较大时系泊力将由波浪作用控制.     

考虑桩土非线性作用的近海风机高桩平台地震响应分析

分别建立全斜桩承台与全直桩承台三维有限元模型,研究了地震荷载作用下桩基的动力响应。考虑了地震引起的水体惯性力对动力响应的影响,并通过引入p-y曲线修正系数考虑了桩基倾斜对桩轴垂向桩土作用的影响。结果表明,在单桩的情况下,地震动水压力对桩基的弯矩与位移存在明显的放大效应;不同单桩的位移反应峰值发生在同一时刻,倾斜方向与峰值时刻地震加速度方向一致的桩承载性能最优。对于带承台的群桩,地震动水压力的放大效应没有单桩时明显,各个方位斜桩以及直桩之间弯矩与位移差异较小;直桩的位移峰值大于斜桩,而斜桩弯矩均较直桩在泥面以下处有一定的减小,但在承台交界面处较直桩更大。     

强震作用下动孔隙水压力对砂质边坡动力响应的影响

基于砂质边坡的弹塑性有限元模型和室内振动台试验研究了动孔隙水压力对边坡动力响应的影响规律。研究结果表明,坡脚位置的动孔隙水压力增大趋势明显,为滑坡最易剪切滑出的位置,在实际工程中应作为重点防护位置;动孔隙水压力随着平均有效应力的增加呈现总体减小的趋势;动孔压的存在使边坡在受较大动应力作用时破坏加速;由平均主应力增量引起的孔压与土的非线性变形特性无关。无地下水时,砂质边坡的坡顶首先发生拉裂破坏,表现出明显的鞭梢效应;有地下水时边坡的破坏首先出现在坡脚。地震作用下室内试验测得的动孔隙水压力整体上小于数值模拟值,但最大误差均控制在15%以内,验证了数值模拟结果的准确性。     

单锚式钢板桩结构锚固位置影响分析

单锚式钢板桩结构锚固位置的变化对结构的体系性能有着显著影响,但目前设计及研究中对这一问题重视不够。首先采用自由支承法确定单锚式钢板桩结构体系设计方案;然后基于上述设计方案的有限元模型,同时考虑桩身及土体变形特性,研究锚固点位置对板桩弯矩、锚杆轴力及结构位移的影响规律。结果表明,锚固点位于钢板桩顶部以下0.25~0.3倍开挖深度时,钢板桩的最大水平位移和桩后土体的最大沉降达到最小值;随着锚固点位置由桩顶向下移动,锚杆的轴力逐渐增加,而板桩的最大弯矩逐渐减小。同时,与有限元结果相比,采用自由支承法所得到的结构体系的板桩弯矩偏大,有利于板桩的安全性,而锚杆的轴力偏小,可能导致锚杆的失效。     

水平荷载作用下高桩码头叉桩扭角布置研究

以湛江某高桩码头标准结构段桩基布置为例,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,考虑4种水平荷载作用控制工况,对不同叉桩扭角布置方案码头桩基内力进行计算分析,讨论水平地震荷载及船舶荷载对叉桩扭角布置的影响.计算结果表明:结构横向水平位移与桩弯矩随扭角的增大而增大,结构纵向水平位移和桩弯矩随扭角的增大而减小;在纵向水平地震荷载组合工况下,码头结构位移及桩弯矩最大;综合考虑纵横向刚度的影响,本码头结构段叉桩扭角选用20°较为合理.     

软弱夹层边坡抗滑稳定分析与抗滑桩桩位选择

结合某枢纽二线船闸深基坑边坡工程,建立概化模型,通过强度折减法分析软弱夹层边坡稳定性,并与规范比较得出边坡须进行加固处理。在对夹层边坡进行抗滑支护时,研究桩位对边坡稳定性的影响,并对不同桩位的抗滑桩内力分布规律进行分析。结果表明：抗滑桩从坡底沿着坡面向坡顶方向布置时,边坡安全系数呈现先增大后减小的变化规律,边坡塑性区塑性应变呈现先减小后增大的变化规律,抗滑桩剪力作用方向反转临界点和弯矩最大值均位于软弱夹层带附近;当抗滑桩位于边坡中部时,边坡安全系数最大,塑性区塑性应变最小,抗滑桩剪力与弯矩达到最大,抗滑效果最佳。     

基于ABAQUS的板桩码头地震动力响应研究*

基于ABAQUS软件的隐式模块和有限元-无限元方法对单锚板桩码头进行了地震动响应研究。研究发现,在相同地震波不同加速度峰值情况下,峰值加速度对板桩码头的板桩弯矩、剪力和拉杆拉力有重要影响,与静力分析时的情况相比较,地震加速度峰值每增大0.1g,板桩最大弯矩相应增大约40%,拉杆拉力增大约10%~50%,但拉杆拉力增幅在后期逐渐趋于稳定;地震作用下,拉杆最大拉力与板桩墙最大剪力(单宽)基本相等;地震加速度峰值对板桩墙底与锚碇之间塑性区开展范围也有一定的影响。结果表明,与静载相比,地震对板桩码头的影响不容忽视。研究结果可为板桩码头考虑地震影响的设计提供参考。     

基于Rankine源法的小水线面双体科考船耐波性预报

采用基于三维时域Rankine源方法的水动力分析软件Wasim,对某小水线面双体科考船在不同航速、不同海况与不同浪向下的耐波性进行了计算与分析,重点对不同工况下小水线面双体船横摇、纵摇和垂荡性能进行了研究.研究表明:无航速时,横摇有义单幅值极大值出现在90°浪向,纵摇极大值出现在0°与180°浪向;较高航速时,横摇响应最大单幅值出现在60°与90°浪向,纵摇在30°,150°和180°浪向时明显较大;波浪对连接桥的砰击会显著影响SWATH船的运动响应,使垂荡运动幅值显著增大;随航速的提高,顺浪航行下纵摇运动幅值逐渐减小.     

自升式钻井平台动态响应研究

综合考虑风浪流等环境载荷、桩靴与土壤之间的相互作用行为及静水压力和波浪动压力所引起的浮力效应的影响,运用有限元软件模拟了自升式钻井平台的动态响应过程,获得了0°环境载荷作用下自升式钻井平台的船体位移、桩腿危险处应力、桩靴载荷的变化规律。研究结果表明:自升式钻井平台的动态响应周期约为38s,是波浪周期的2.8倍,且在环境载荷作用角度为30°时,船体位移峰值最大,而位移均值在45°时最大。