非均质边坡稳定性极限分析上限法

引入变异因子,推导土体黏聚力沿深度线性变化时的边坡极限分析上限法相关公式,研究成层土不同分布情况下的稳定性,并对极限分析法与极限平衡法中的评价指标进行对比。结果表明:对于刚体转动破坏,当坡脚土层黏聚力不变时,随着变异因子的增大,滑面对应的张角增大,但滑面位置变动微小,稳定系数近似线性增加。稳定系数和安全系数随变异因子的改变呈现相同的变化规律,但安全系数的大小与边坡坡高、土体重度和黏聚力有直接关系;考虑土体变形时,变形区内由黏聚力变化引起的损耗率是对数旋转面上的一半;坡脚土层黏聚力保持不变时,极限承载力随着变异因子的增加近似线性增加;当坡脚土层黏聚力大于坡肩时,边坡的稳定系数、安全系数和极限承载力均比土层相反分布时的要大。表明边坡坡脚土层黏聚力过小更容易造成失稳,建议采取"固脚强腰"的防护措施以确保边坡稳定。     

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。     

考虑剪切速率和剪切面积影响土石混合体直剪试验

选取云南虎跳峡龙蟠右岸地区分布的土石混合体,基于室内大型直剪仪对土石混合体进行不同剪切速率下的直剪试验。为消除大型直剪试验过程中实际剪切面积变化对试验结果的影响,建立基于圆形剪切盒剪应力的修正公式,在此基础上得到考虑与不考虑实际剪切面积变化影响的剪应力-剪切位移曲线。经过对比分析,发现相同剪切位移时,修正后剪应力比修正前有不同程度提高,随着剪切位移的增加,其提高程度也随之增大;用修正后的剪应力-剪切位移曲线获取的内摩擦角比用修正前的实验曲线获取的指标值偏大,而用修正后的实验曲线获取的黏聚力比用修正前的实验曲线获取的黏聚力偏小;剪切速率对峰值剪应力的影响随着法向应力的增大而愈加明显;不同剪切速率下内摩擦角有一定的差别,但总体趋势是随剪切速率增加而增大;而不同剪切速率下黏聚力差别较大,总体趋势是随着剪切速率的增加而减小。在此基础上,提出不同剪切速率条件下内摩擦角和黏聚力的计算公式,经过实例验证分析发现理论计算值和试验值误差较小,初步验证了该公式的有效性。     

盾构隧道开挖面支护力上限分析

盾构在掘进的过程中,必须确保隧道开挖面前方土体的稳定。将隧道沿纵向简化成平面应变情况,利用双对数螺旋线破坏模式,基于极限分析上限定理,对隧道开挖面前方土体的主动破坏形式进行研究。将盾构机作用在开挖面上的支护力视为均布荷载,得到支护力的上限解,利用Matlab软件编程求解该上限解的最优解,讨论各参数对破坏模式形状和支护力大小的影响。研究结果表明：破坏模式的形状由内摩擦角φ决定;随着黏聚力c和内摩擦角φ的增大,隧道的支护反力σt减小。     

全风化岩层渣土改良对盾构隧道开挖面稳定性的影响

以佛莞城际铁路工程为依托,对泡沫改良渣土进行室内三轴快剪试验,分析不同泡沫比时渣土应力-应变关系和强度特性。建立基于计算流体动力学的三维流固耦合数值模型,分析泡沫比对开挖面支护压力、地表沉降的影响,以及渗透系数对孔隙水压力的影响。分析结果表明:泡沫比为20%的改良渣土比未改良渣土黏聚力减少9.72 k Pa,内摩擦角减少11.18°;开挖面纵向支护压力随着泡沫比的增大而减小;随着改良渣土渗透系数的增大,孔隙水压力明显减少;泡沫比越大,开挖面上方地表沉降越大。     

上软下硬地层隧道掌子面稳定性及塌方形态

为分析上软下硬地层对新奥法施工隧道稳定性的影响,定义掌子面软弱地层相对厚度系数无量纲参数;应用有限元模拟和强度折减相结合的方法,研究不同相对厚度系数下隧道掌子面的稳定性及其塌方形态。结果表明:软硬地层分界线在掌子面中,软弱地层相对厚度系数越大,稳定性越小;随着软弱地层相对厚度系数的增大,掌子面前方塌方范围扩大,最大位移在掌子面软弱地层中心偏下位置,应力拱的范围在扩大,且传递到掌子面下部的力更大,因此更应注重掌子面下部的加固。黏聚力和内摩擦角对掌子面稳定性的共同影响存在最优路径,沿此路径加固效果最为有效;掌子面稳定性随土体重度、开挖高度和掌子面软弱地层厚度的增大而减小;覆跨比对掌子面稳定性影响存在极值,以此作为确定隧道合理埋深的参考条件之一;地表超载只在浅埋情况下才影响掌子面的稳定性。     

穿越分层地层的盾构隧道开挖面稳定机理研究

基于塑性力学极限分析上限法,通过空间离散技术,建立圆形盾构隧道穿越分层地层时开挖面失稳的三维破坏机构,推导盾构开挖面极限支护压力的计算方法,获得最优上限解。针对单一地层,将极限支护压力计算方法与前人提出的3种多块体模型计算方法进行对比,分析黏聚力、内摩擦角等强度参数差异对极限支护压力的影响,同时验证本文方法的准确性。针对2种地质强度差异较大地层,将此方法和数值模拟计算的极限支护压力进行对比,研究地层差异性对极限支护压力的影响,发现2种方法计算结果吻合度较高。研究表明:极限支护压力随上部软弱地层在开挖断面竖直方向上的厚度占开挖断面总高度的比例增大而增大,并随地层内摩擦角、黏聚力差异的增大而增大。     

卸荷对隧道掌子面渐进失稳坍方影响

通过应力释放模拟卸荷的大小,结合强度折减有限元法分析卸荷对掌子面稳定性、坍方破坏形态与应力路径的影响,并同极限分析的结果作对比。研究结果表明:随着卸荷量增大,掌子面安全系数整体非线性降低,前期降低梯度较后期大,应重视早支护对稳定掌子面围岩的作用。低卸荷量下,掌子面前方无塑性区;随着卸荷的提高,塑性区首先发生在掌子面中心偏下方的小部分范围,并进一步扩展;塑性区形状类似于半个椭球体。掌子面呈现鼓出状态,其中心部位存在一个低应变区;随着卸荷量的增大,掌子面位移增大,并向地表逐渐扩展;掌子面最大位移所在位置逐渐向掌子面中下方转移,此部位是位移控制的重点。地表沉陷范围集中在掌子面上方对应的地表,隧道中线位置最大,向四周逐渐减小。平均应力随着应力释放的增大而减小;偏应力存在极值,呈现先增大后减小。数值模拟和极限分析的结果基本一致,差异与隧道断面形状及破坏模式有关。     

软弱围岩隧道掌子面极限支护压力研究

针对软弱围岩隧道掌子面所需支护力,基于极限平衡理论,建立了掌子面稳定性分析模型,采用水平条分法推导了掌子面极限支护力计算公式,依托计划进行全断面开挖试验的宝兰客专洪亮营黄土隧道,求解了试验段浅埋情况下所需的掌子面支护力,并与数值模型计算结果进行了对比,最后,采用离心模型试验验证了理论分析及数值计算结果。研究结果表明:掌子面所需支护力随着土体黏聚力、内摩擦角的增大近似呈线性和非线性减小关系,随着隧道埋深的增大先增加后趋于稳定,覆跨比1是明显分界点;同时理论分析计算得到的最小支护力较数值计算结果偏小,根据离心模型试验和数值计算结果得出,理论公式计算结果的1.5倍可作为软弱围岩隧道掌子面最小支护力。     

几何参数对边坡稳定可靠度影响规律分析

坡高和坡率是影响边坡稳定可靠度的重要因素.利用积分中值定理推导基于Fellenius法的黏性土简单边坡稳定可靠指标的解析表达式,讨论边坡安全系数和可靠指标随几何和材料参数变化的非协同响应特性;基于Monte-Carlo方法,分析坡高和坡率引起边坡安全系数和可靠指标非协同响应的土体强度条件.研究结果表明:特定几何和材料参数下的边坡安全系数和可靠指标将呈现出相反的演化趋势,与边坡安全系数随土体强度和几何参数的不利变化而降低规律不同,在黏聚力小且变异性大、内摩擦角大且变异性小条件下,边坡可靠指标出现随坡高增加而提高的特殊变化现象;对于黏性土边坡,采取放缓边坡的工程措施,较降低坡高,既能提高边坡安全系数,也能保障边坡的可靠指标提高,降低工程安全风险.     

干湿循环作用下膨胀岩的崩解特性及分形特征

对湖南株洲地区不同初始粒径的膨胀岩样进行室内浸水崩解试验,在干湿循环作用下对其崩解物的粒径分布规律、耐崩解性特征与分形特征进行研究。基于岩石破碎分形理论,推导了考虑不同初始粒径与不同循环次数的膨胀岩崩解分形维数计算公式。试验结果表明:初始粒径的大小对膨胀岩的崩解特性及分形特征存在较大的影响。在粒径较大的粒组中,初始粒径越大,该粒组的百分含量越大,且几乎不随循环次数的增加而发生变化;在粒径较小的粒组中,初始粒径越大,该粒组的百分含量越大,但随循环次数的增加先增加后减小。随着循环次数的增加,耐崩解性指数逐渐减小;初始粒径越大,耐崩解性指数越小。计算结果表明:随着循环次数的增加,分形维数逐渐增大;初始粒径越大,分形维数越大。其结论可为膨胀岩工程提供参考。     

基于非线性M-C准则的 圆形基础下伏土洞抗冲切破坏研究

针对土体材料特点,引入非线性Mohr-Coulomb准则及相关流动法则,构建圆形刚性基础下伏土洞冲切破坏模式。采用极限分析上限法推导出其极限承载力的计算公式,得出参数任意组合条件下圆形刚性基础下伏土洞冲切极限承载力。利用Plaxis 3D软件建模分析,并与理论解进行对比,验证本文方法的有效性。研究结果表明:非线性系数m对极限承载力的影响较大,在其他参数条件一定的情况下,极限承载力与m呈非线性负相关,且趋于稳定。极限承载力随土体初始黏聚力C_0,顶板厚度以及刚性基础宽度的增大而增大,随土体重度、土体抗拉强度的增大而减小。     

自密实混凝土浇筑成型方向对 新老混凝土界面黏结抗剪强度的影响

针对自密实混凝土加固既有混凝土结构时存在不同方位的黏结界面,为研究其对新老混凝土界面剪切强度的影响,设计具有不同混凝土浇筑成型方向的Z型黏结试件进行直剪试验,探究自密实混凝土浇筑成型方向、混凝土强度和界面处理方式等对黏结试件破坏形式和抗剪强度的影响,并探讨不同浇筑成型方向影响下新老混凝土黏结界面抗剪强度计算方法。研究结果表明:混凝土浇筑成型方向对界面抗剪强度影响显著,新混凝土从老混凝土顶面浇筑的效果最好,侧面浇筑次之,底面浇筑最差,差值最大多达到顶面浇筑试件抗剪强度的50%。一定范围内增大新混凝土强度能有效提高黏结界面抗剪强度,底面浇筑时效果尤为明显;当新老混凝土强度相差较大时,继续提高新混凝土强度作用不大。基于本试验结果,建议新老混凝土强度差宜控制在2个标号以内。界面处理方式对其抗剪强度的影响依赖于新老混凝土强度和新混凝土浇筑成型方向。本试验中,II类界面对于强度相同的新老混凝土界面抗剪强度影响不大,但能提高不同强度的新老混凝土界面抗剪强度,尤其是底面浇筑和侧面浇筑的界面。     

超固结土三轴率敏性特性及影响因素分析

为建立超固结土的弹黏塑性本构模型并预测其长期变形,研究土体不同应力历史的时间相依变形特性,采用土体率敏性三轴试验,对预加800k Pa有效应力历史的饱和黏土开展不同加载速率下的三轴剪切试验,并通过改变有效围压(50,100,200和400kPa)、细砂含量(占比0%,10%和20%)和加载速率(0.5625%/min,0.037 5%/min和0.002 5%/min)等方式,深入探讨超固结比、黏性以及应变速率对土体变形特征的影响,引入能通过试验测定的应变率参数ρ来表征黏土率敏性大小。试验结果表明:归一化不排水抗剪强度随超固结比(OCR)单调递增;随着OCR的增大,土体剪胀软化越明显;应变速率与土体的抗剪强度呈半对数线性关系;随着含砂的降低,土体的黏性增大,剪胀软化也越明显;率敏性随超固结比的增大而增强,土体黏性越大率敏性就越显著。     

含水率与粒径对非饱和 砂土动力特性影响的试验研究

利用WF循环单剪试验系统进行3组单一粒径和2组级配含水率为7.2%～16.2%的非饱和重塑砂土在正应力25,50,100,200和300 kPa下的循环剪切试验,对比分析含水率与粒径对非饱和砂土动力特性的影响规律。试验结果表明:单一粒径砂土与级配砂土的动剪模量随着含水率的增大均先增后减,而阻尼比随含水率的增大均较为稳定;较小粒径的单一粒径砂和级配砂动剪模量更大,而阻尼比更小;粒径分组相同的级配砂,其动剪模量大于单一粒径砂,但是其阻尼比较小;5组试样中,粗砂的阻尼比最大,级配中砂的动剪模量最大。     

状态观测器参数对磁浮车辆悬浮稳定性影响的仿真研究

为研究磁浮车辆悬浮控制器的状态观测器参数对悬浮稳定性的影响,解决磁浮车辆悬浮不稳的问题,建立单电磁铁与柔性轨道梁的耦合模型。通过对悬浮系统传递函数的研究,得到速度激励信号频率与悬浮系统对轨道梁的功率输出的关系曲线,并得到状态观测器参数对系统性能的影响规律。由此得出结论,通过绘制"悬浮系统对轨道梁的振动能量输出功率"与"轨道梁主频率"间的关系曲线,即可得到不考虑轨道梁阻尼时,悬浮系统可适应轨道的临界参数。     

竹筋格栅加筋山区挖填路基 受力变形研究

利用我国西部山区的竹材作为挖填路基的加筋材料,对湘西楠竹筋材的抗拉、抗弯强度进行测试,并与传统加筋材料的力学性能进行比对;基于Pasternak模型对挖填路基进行简化,对竹材加筋挖填路基抗弯变形性能展开研究;利用FLAC3D有限差分软件建立加筋挖填路基三维模型,就加竹筋格栅、加土工格栅及不加筋3种工况下的路基顶面差异沉降进行对比分析。研究结果表明:竹材能满足规范对筋材力学性能的要求;竹筋格栅加筋能有效减少路基顶面差异沉降,且其加筋效果优于土工格栅。研究成果可为控制挖填路基填挖结合部差异沉降提供技术支撑,为挖填路基的设计、施工提供参考。     

不锈钢纤维对超高性能混凝土的 性能影响研究

通过抗压强度、抗折强度、弹性模量和荷载挠度曲线试验,研究不锈钢纤维对UHPC力学性能的影响;通过氯盐浸泡干湿循环试验,研究不锈钢纤维和镀铜钢纤维对UHPC耐锈蚀性能的影响。实验结果表明:不锈钢纤维对UHPC的抗压强度、抗折强度和弯曲韧性有显著的改善作用;当不锈钢纤维掺量为2%时,UHPC的抗压强度最高;在满足工作性能的前提下,不锈钢纤维的掺量和长径比越大,UHPC的抗压强度、抗折强度越高,弯曲韧性越好;不锈钢纤维的掺入,可提高UHPC的弹性模量;在氯盐浸泡干湿循环条件下,掺不锈钢纤维的UHPC几乎不会发生锈蚀现象,而掺镀铜钢纤维的UHPC经过1次干湿循环后表面会出现锈渍,并随着干湿循环次数的增加,掺镀铜钢纤维的UHPC表面会发生严重的锈蚀现象。     

基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用

土工格室加筋层设计应考虑其各向异性的力学性能,利用试验方法测得所有各向异性常数较为困难。通过对土工格室加筋层代表体积单元进行多尺度分析和加筋路堤实体建模仿真,得到所需参数。计算结果表明:采用渐进均匀化方法能够计算三维土工格室加筋层的等效弹性常数,并推导出杨氏模量、泊松比和剪切模量;土工格室的铺设方式对加筋层水平方向的杨氏模量、泊松比和剪切模量有显著影响;加筋层水平方向的泊松比分量为负值,表明加筋层在该平面内有负泊松比特性;土工格室在路基中采用45°铺设方式比采用0°铺设方式可减少路基水平方向的变形值,但对竖向沉降几乎没有影响。     

赤石特大桥索塔三分力系数识别与抗风时程分析

介绍风速时程模拟方法,特别针对谐波合成法进行论述。以赤石特大桥为例,采用Fluent软件进行-4°～4°攻角范围内特定截面的三分力系数模拟分析,结果表明,当攻角为1°时,阻力系数最大。根据现场采集的风速样本,针对5号塔进行抗风时程分析,研究结果表明:采用不同的计算标准,动力系数结果并不一致,甚至当以横桥向弯矩为标准,脉动风荷载作用下索塔没有表现出动力放大效应;在桥面脉动风荷载作用、塔顶脉动风荷载作用下,塔顶的最大位移、索塔底部最大应力均在容许范围之内;索塔横桥向刚度远大于顺桥向,抗风分析应以顺桥向为主;采用不同的标准计算动力系数结果不同,进行拟静力分析时建议采用动力系数的最大值。