大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

新型铁路钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构传力机理及应力分析

针对大跨度铁路斜拉桥活载重、索梁锚固区应力幅度变化较大等特点,宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥采用了全新设计的双挑式索梁钢锚箱。作为双挑式索梁钢锚箱的主要受力构件,支承板和承压板分别通过其双侧焊缝与主梁边腹板和风嘴板焊接在一起,形成由主梁风嘴板与边腹板共同承受并传递索力的新型索梁锚固结构。采用仿真分析与模型试验相结合的方法,进行该新型索梁锚固结构传力机理及应力分布的研究。结果表明:采用新型索梁锚固结构后,通过支承板与主梁边腹板和风嘴板间的连接焊缝,以受剪的形式将大约94%的斜拉索索力传递给钢箱主梁;虽然新型索梁锚固结构的各关键受力构件均存在一定程度的应力集中,但与传统的钢锚箱相比,可有效解决偏心弯矩引起支承板焊缝顶端应力集中严重的问题。     

典型膨胀土路堤边坡失稳机理及控制方法研究

膨胀土路基在受到浸泡后承载力降低极易失稳。本文以广西某高速公路膨胀土路堤边坡为工程背景,采用有限差分软件对路堤边坡的失稳模式进行了模拟分析,结合现场地质条件,分析了膨胀土路堤边坡失稳机理。在此基础上,提出了反压墙和抗滑桩两种不同的路堤边坡加固方法,并基于数值模拟结果进行比选研究,确定了以抗滑桩治理路堤边坡失稳的方法。研究结果可为类似膨胀土路堤工程治理提供借鉴。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

拼装式锚杆(索)框架结构力学特征数值模拟与试验研究

为快速治理灾后边坡病害,研发了2种新型拼装式锚杆(索)框架结构。通过数值模拟进行比选,可知横梁为单向变截面矩形梁时,拼装式锚杆(索)框架在应力分布、变形协调及施工难度上优于横梁为单向变截面倒T形梁时。对优选框架在全风化砂岩边坡的力学分布特征进行数值模拟,结果显示,框架在节点处弯矩和剪力最大,锚固点下部土体在集中力作用下发生较大沉陷变形,跨中部位出现挤压变形。现场试验表明,框架在节点处出现破坏。由数值模拟和现场试验结果可知,框架结构可以满足一般锚固工程对反力构件承载能力的要求。     

快速拉格朗日法在锚杆拉拔数值模拟试验方面的运用

为研究主要影响锚杆锚固力的因素、锚杆在拉拔过程中整体失稳的规律等,采用三维显式有限差分法,建立锚杆拉拔数值仿真模型,进行计算机模拟。结果表明:数值模拟计算的结果和现场试验得到的结果基本吻合,表明数值模拟锚杆拉拔过程是可行的;锚杆的拔出过程是逐渐滑移到突然整体失稳的过程;锚杆的锚固效应随着锚固剂与锚杆间的摩擦角、粘结力和浆体有效围压的增加而增强;锚固剂所受的剪切应力分布规律随锚杆拉拔过程而改变,在拉拔初始时,自由端锚固剂处的剪切应力为最大,锚固端处的剪切应力为最小且接近为零,随着锚杆拉拔过程的进行,自由端处锚固剂与锚杆的界面首先达到屈服点,使自由端处锚固剂与锚杆之间产生滑移现象,而后锚固剂所受的剪切应力慢慢呈现均匀分布,并达到最大值(在锚固剂与锚杆的界面上达到屈服),锚杆出现整体失稳;在锚杆的拉拔过程中,锚杆自由端处的变形量最大,从自由端至锚固端,锚杆的变形量逐渐减小;锚固剂的变形规律与锚杆的变形规律相同。     

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固区传力机理

结合南京长江二桥、安庆长江大桥、苏通长江大桥索梁锚固区足尺模型疲劳试验及有限元分析,研究索梁锚固区的传力机理及应力分布。研究表明,由斜拉索传来的巨大压力,通过锚箱底板、承压板与腹板的连接焊缝,以剪力的形式传递到钢箱梁腹板上;锚箱与主梁腹板焊缝处的应力从上到下逐渐增大,在下端达到最大值,承压板上的应力稍小,均满足强度要求;经200万次和400万次(苏通大桥)疲劳加载,均未发现有裂纹发生,应力均无大的变化。验证了设计的正确性和制造工艺的可行性。     

基于改进极限平衡法的非饱和边坡稳定分析

研究目的:极限平衡法是非饱和土边坡稳定分析最为常见的方法之一,但由于降雨入渗时边坡的渗流场是瞬态的,这导致很多工程在使用极限平衡法进行边坡稳定分析时常常使用了错误的有效应力及剪切强度。本文以合福铁路古田北站的非饱和土边坡为研究对象,在改进极限平衡法、室内试验及数值模拟的基础上进行降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响规律研究。研究结论:(1)降雨量、降雨频率、降雨时间与非饱和土边坡的瞬态渗流场、有效应力场及边坡稳定安全系数密切相关;(2)通过计算确定古田北站非饱和土边坡失稳发生在5月份,这与边坡实际失稳的时间吻合;计算确定的边坡滑移位置与边坡实际滑移位置也相同;(3)数值分析结果表明,采用改进的极限平衡法来预测非饱和土边坡的稳定性是有效的,可以作为施工方案的依据。     

压力分散型锚索锚固段受力特性分析

根据Mindlin问题位移解、弹性力学等理论,导出了压力分散型锚索锚固段弹性黏结应力和轴向应力分布表达式。采用岩质边坡工程的参数,对锚固段的应力分布进行计算,总结了岩质条件下锚固段应力分布特点,这对压力分散型锚索理论的进一步研究和设计计算提供了理论依据。     

边坡锚固工程质量问题及其影响

研究目的:通过边坡锚固工程质量的检查与检测分析,研究总结边坡锚固工程主要存在的质量问题及其对边坡锚固工程的影响,为边坡锚固工程结构工作状态和既有锚固工程边坡稳定性评价提供依据.研究结论:边坡锚固工程为隐蔽工程,主要存在锚头、锚筋、外锚结构物和防腐方面的质量问题及预应力损失的问题.其中锚头、锚筋、外锚结构物的问题基本为施工质量问题;防腐问题既有施工质量问题,也有设计考虑不周所造成的问题,但因施工质量不佳或偷工减料而造成的防腐问题占绝大多数;预应力损失问题既有锚固体本身和张拉系统产生的正常损失,也有因施工质量而造成的非正常损失.以上问题中,既有人为因素造成的,也有技术原因造成的.锚头、锚筋、外锚结构物和防腐方面的质量问题对边坡锚固工程构成直接影响,而预应力损失对边坡锚固工程的影响应视具体情况而定.     

锚固结构荷载传递机理离散元模拟研究

研究目的:岩土锚固技术是岩土工程领域的重要分支,被广泛应用于土木、矿山、水电等工程领域,但关于锚固结构荷载传递机理的细观力学研究相对较少。本文依据现场试验,通过建立锚杆拉拔试验颗粒流数值模型,探讨不同荷载作用下轴力、锚固界面剪应力分布特征以及周边岩土体的细观力学特性。研究结论:(1)建立了锚杆张拉试验颗粒流数值模型,通过将计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的合理性与有效性;(2)分析了锚固结构的荷载传递机理,其界面剪应力沿锚杆方向的分布是不均匀的:在弹黏性阶段,锚固界面剪应力以及轴力分布均为单调递减曲线;在弹塑性阶段,界面剪应力峰值点大致位于弹塑性变形区和弹黏性变形区的分界位置,并且随着张拉荷载的逐渐增大,界面剪应力峰值不断增大,峰值点不断向远端推移;(3)无论是在重力作用下还是受到拉拔荷载时,锚孔周边岩土体的强力接触力和弱力接触力基本垂直,在受到拉拔荷载时,周边岩土体的颗粒会发生重排列,导致强力接触力与弱力接触力方向产生强烈偏转;(4)本文研究方法与结论可为类似锚固结构的设计与力学分析提供理论借鉴。     

边坡锚索结构的失效因素与破坏类型

研究目的:通过现场调查、工程质量检查与检测和资料分析,总结研究边坡预应力锚索(杆)结构失效破坏的主控因素和失效破坏类型,为锚索结构安全检测评估和工程加固与实施提供依据。研究结论:通过研究得出,影响边坡预应力锚索结构失效破坏的主控因素有水的影响、不良地质条件的影响、震动与特殊变形的影响和工程质量的影响等,其中工程质量的好坏是影响边坡预应力锚索结构是否失效破坏的最主要因素;边坡预应力锚索结构失效破坏的类型有锚索主体承载力不足型、锚索受荷超限型、反力结构强度不足型、腐蚀性破坏型、灾害性破坏型和综合失效型6种。     

深海吸力式锚桩极限承载力研究

研究目的:深海吸力式基础的极限承载能力是海洋工程结构设计中的一个关键问题。准确求解吸力锚桩的极限承载力,能够为深海海洋结构物的稳定性提供技术保障;同时,研究深海吸力锚桩极限平衡条件下的失稳机理,可以为进一步深入研究极限承载力奠定理论基础。研究结论:结果表明,本文给出的位移加载模式,能够较为准确地求解水平载荷与竖向载荷共同作用情况下吸力式基础的极限承载力;吸力式锚桩的极限承载力及其稳定性,受水平载荷和竖向载荷的比值以及作用点的位置影响较大。本文工作为工程实际和理论分析提供了技术支持和理论指导。     

斜拉桥锚拉板易损细节设计优化

研究目的:郑北大桥索梁锚固结构采用锚拉板结构形式,该区域构造复杂,焊缝交错,部分位置存在明显的应力集中现象,恒载作用下易发生塑性破坏,反复荷载作用下易产生疲劳破坏。通过建立精细化有限元模型,分析锚拉板式索梁锚固结构的易损部位,对局部细节进行设计参数优化,从而改善其恒载和活载下的受力性能。提取疲劳易损部位热点应力,通过热点应力S-N曲线和线性累积损伤理论计算其疲劳寿命,验证参数优化效果。研究结论:(1)在原设计的基础上适当优化锚拉板厚度能有效改善锚拉板式索梁锚固结构恒载下受力性能,防止材料塑性破坏;(2)经热点应力法计算疲劳寿命验证,在原设计的基础上适当优化圆形过渡区半径、锚拉板厚度、锚筒厚度能提升锚拉板的疲劳寿命;(3)本文研究结论可运用于今后的斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构的设计中,以供相关设计人员参考。     

接触网支柱岩石锚杆基础设计

研究目的：针对岩石区段的接触网支柱基础，利用锚杆将基础与基岩连成整体，形成岩石锚杆基础，降低基础造价，简化施工。 研究方法：依据《建筑地基基础设计规范》，充分利用岩石地基自身水平抗力极大，几乎无压缩变形的特点，直接把上部荷载通过支柱传至基岩上，通过锚杆将支柱与岩层连成整体，构成接触网支柱锚杆基础。 研究结果：提出接触网支柱岩石锚杆基础计算方法，基础构造及施工做法。     

Discussion on retaining structure limit state classificationEI北大核心

Research purposes: Retaining structure belongs to the geotechnical engineering structure, the limit state classification of geotechnical engineering is more difficult than the structure projects. Based on the limit state concept at home and abroad, this paper makes a comparison and analysis of the common and difference of geotechnical engineering and structural engineering limit state, teases the retaining structure limit state and focuses on limit state of open-cut foundation and pile foundation, proposes the recommendation of limit state classification of retaining structure. Research conclusions: (1) The generalized limit state can be considered as a function which can achieve the expected requirements, the limit state is not limited to the concept of damage and failure, and its extension has been expanded to the requirements of that the goal of expected design cannot be achieved-a prescribed limit. (2) Retaining structure belongs to the category of geotechnical engineering, its limit state includes structure overall stability limit states and the structural stability limit state which includes the bearing capacity limit state and serviceability limit state and limit state between them, the state needs to be studied further. (3) In general area, the compressive stress limit state of open-cut foundation and lateral pressure limit state of rock foundation anchor pile foundation can be considered as the serviceability limit state. (4) The research conclusion is useful for guiding the design research of retaining structure limit state.     

长大深埋隧道工程地质综合勘察技术应用研究

研究目的:高速铁路、客运专线等长大干线经过的地域广、地形地质条件十分复杂,勘察中仅采用地质调绘、钻探等勘察手段,难以在短时间内查清山区铁路一系列长大、深埋隧道的工程地质、水文地质条件,为线路方案比选、工程设计等提供详细的工程地质资料。通过采用综合勘察技术可解决上述问题。研究结论:实践证明,山区铁路长大、深埋隧道采用综合勘察技术,以遥感结果为指导,大面积地质调绘、水文地质调查等为基础,利用综合物探解译成果、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究,可以缩短工期、减少勘探量,取得显著的技术、经济和社会效益。     

优化铁路支挡工程完善绿色通道设计的研究

研究目的:山区铁路不可避免会出现大量路堑高边坡,开挖工程中为保证高边坡的稳定,会采用悬臂式支挡类结构进行预加固。悬臂式抗滑桩支挡结构的实施必然会造成支挡工程的增大,视野绿化景观的影响。为了优化支挡工程,完善建立铁路的绿色通道的理念,对于悬臂式预加固支挡措施与边坡平台埋入式预加固支挡措施进行各方面比较,分析出更适应于路风景脆弱区的高边坡预加固支挡模式。研究结论:通过对悬臂式支挡与边坡平台埋入式支挡在结构设计、力学分析、工程投资、景观要求等几方面进行对比分析后,得出在路堑顶地形相对平缓的高边坡加固工程中,埋入式预加固桩相比悬臂式预加固桩可以节省工程投资50%、达到完全绿化边坡的效果。     

预应力锚索抗滑桩结构优化

在对各种抗滑桩支挡结构的适用条件进行系统研究的基础上,进行传统锚索抗滑桩的结构优化。研究表明,在桩身弯矩峰值处加设锚索约束,可减小桩身弯矩。运用有限元计算方法进行单锚点预应力锚索抗滑桩的内力计算,按照"削峰填谷"的思路,在桩身弯矩峰值处加设第2个锚点,并在得到的二锚点预应力锚索抗滑桩的桩身弯矩峰值处加设第3个锚点,在此结构形式的基础上,上下移动第2和第3锚点位置,直至桩身弯矩峰值最小,找出最合理的锚点位置。在同等滑坡推力作用条件下,优化后的三锚点抗滑桩比普通抗滑桩节省工程造价33%,比单锚点抗滑桩节省10%。对于厚层大型滑坡,多锚点预应力锚索抗滑桩有着更好的推广和应用价值。     

浅层地下水开采对高速铁路工程的影响及对策

研究目的：研究掌握浅层地下水开采引起的地面沉降特征及其对高速铁路工程的影响,提出针对性的防治对策与工程措施,供高速铁路勘测、设计及施工参考。研究方法：结合华北平原地面沉降情况,建立浅层地下水开采引起地面沉降的固结沉降模型。研制离心场中地基抽水的模拟和测量系统,进行了离心模型试验,测量抽水过程中粉土地基孔隙水压力和沉降的变化及分布规律,并对比分析了对不同型式桥梁的影响。研究结果：对浅层地下水开采引起的地面沉降机理进行初步分析,基于离心模型试验结果探讨了浅层抽水引起地基沉降的过程和特征,评价了地基不均匀沉降对特殊桥梁形式的影响,并提出了针对性的防治措施和对策。研究结论：浅层地下水开采造成的不均匀沉降对高速铁路工程的影响较大,需通过控制线路附近地下水开采、采取适宜的工程结构措施加以防治。