固化软土双层地基室内模型试验数值模拟研究*

利用有限元软件ABAQUS对上覆硬壳层双层地基室内模型试验进行数值模拟.通过分析等效塑性应变分布云图与位移矢量分布图,确定了双层地基的破坏形式为冲剪破坏;硬壳层厚度的增加减缓了下卧软土层变形区的开展,但是地基承载能力增加不明显;加入纤维素的固化剂提高了硬壳层的强度,增加了地基的承载能力.在地基破坏特征和极限承载力方面,数值模拟与模型试验所得结果的吻合程度较高.     

含有腐蚀缺陷海底管线失效压力研究

腐蚀是引起海底管线破坏的一种重要原因.采用非线性有限元方法,对含有腐蚀缺陷的海底管线进行了内压作用下的极限承载力分析.研究了腐蚀长度、深度、宽度、径厚比对海底管线的破坏机理和对失效压力的影响,提出了含有腐蚀缺陷的受内压作用的海底管线失效压力计算公式.与试验结果及各种规范和方法进行了对比,证明该方法是有效的,为腐蚀海底管线的评估提供了依据.     

海底管线抗震设计方法研究

现用海底管线的地震应力计算方法存在着计算应力过大、管线几何参数和埋设深度对计算结果几乎没有影响等问题,研究在考虑了海底管线实际埋设环境的基础上,通过计算发现在设计地震条件下,管土之间的约束实际上已进入了塑性滑移状态.结合理论分析,给出了考虑地震时管线周围约束土壤进入塑性滑移状态后的极限地震应力计算方法,来计算海底埋设管线在地震作用下所产生的最大地震应力.并用该新方法分析了一实际管线工程的地震应力,通过与现用方法计算结果的比较,证明该方法克服了现用设计方法仅考虑管土之间为弹性约束、管线几何尺寸对抗震设计影响很小等问题,有效反映了实际铺设环境对海底管线地震应力的作用.最后通过新的应力计算法,结合工程实例计算,进一步明确了管线几何参数和埋设深度对极限地震应力的影响规律,为准确计算海底管线的地震应力、制定海底管线抗震规范、进行在役海底管线的地震风险评估和寿命预测奠定了基础.     

大圆筒防波堤水平和竖向荷载共同作用下承载力数值模拟

大圆筒防波堤服役过程中受到水平荷载和竖向荷载的复合作用,并且不同的大圆筒结构因为直径及入土深度的不同,对水平荷载和竖向荷载复合作用的承载力也不同。采用Swipe加载模式,基于位移加载控制模式数值模拟了不同入土深度与直径比的薄壁大圆筒结构的承载力。计算结果表明:随着入土深度的增加,水平方向承载力线性增大,竖向承载力先期增速较大,后趋于稳定;当入土深度较小时,大圆筒薄壁结构两侧地基出现塑性贯通区,当入土深度较大时,两侧的塑性贯通区变为一侧出现;地基破坏时的水平和竖向荷载共同作用下承载力包络线呈外凸的椭圆形,随着大圆筒结构入土深度的增加,椭圆的半径增大;归一化的极限承载力变化趋势相同,得到偏于安全的承载力破坏包络线方程。     

层状软粘土地基承载力简化计算方法的研究

在港口与近海工程中,海洋地基大多由层状软粘土构成,并且各土层的强度参数差别非常大。目前,在工程实践中大多采用近似的计算方法或经验公式计算层状粘土地基的极限承载力,如扩散角法、冲剪破坏理论、Brown&Meyerhof的经验公式等。由于层状粘土地基的破坏模式、极限承载力与土层的厚度、土体强度密切相关,上面这些公式无法准确地预测层状粘土地基的极限承载力。文章基于有限元数值计算分析软件ABAQUS,进行了大量的对比计算,揭示了层状软粘土地基的破坏模式、极限承载力与土层的厚度、土体强度等影响因数之间的依赖关系;基于计算结果,给出了临界深度的计算公式;建立了有效、实用的承载力简化计算公式与计算图表,可为相关工程设计提供参考。     

支护水平位移对支护后土体变形的影响

支护结构的位移主要是水平位移,它将导致支护后土体的变形,并将对周围建筑物和地下管线的安全产生影响;本文通过力学理论分析给出了支护水平位移导致的土体水平应变变化规律公式,并根据公式得到了土体变形的影响区域;针对某实例,通过比较发现:力学近似公式得到的土体水平应变变化规律和影响区域,与有限元模拟结果十分接近,说明近似公式是合理的。这为通过支护位移控制周围建筑物及地下管线的位移,提供了依据。     

箱筒型基础承载力研究

软土由于具有含水量高、压缩性大、抗剪强度低等特点,使得在其上修建建筑物时承载力往往得不到满足.对此,可从结构自身出发,充分利用土体与结构物的相互作用,进而达到提高承载力的目的.首先进行了室内试验,通过试验实测沉降曲线与有限元模拟的沉降曲线的对比分析,得出了选用Plaxis中的Hardening-Soi1模型模拟箱筒型结构在软土地基上作用的合理性.然后,分别就该结构处于单层土体和多层土体上的承载力问题进行了研究,并主要探讨了极限承载力随结构形式、结构尺寸、土体参数以及土层厚度变化的规律,从而提出了单层土体上方形结构、圆形结构和条形结构的极限承载力修正公式.最后,利用有限元对天津港防波堤延伸工程中的箱筒型防波堤进行了承载力验算.     

采用ANSYS 5.7的海底管线起吊过程非线性有限元静力分析

海底管线安装过程中经常采用对接起吊法,在这一过程中管线应力状态较复杂,管线的变形属于大位移几何非线性变形,同时还要考虑管线的双层结构.本文采用有限元分析软件ANSYS5.7模拟管线的起吊过程,采用ANSYS5.7提供的点点接触单元(Contact 52),浸没管单元(Pipe59),直管单元(Pipe16)对管线起吊过程进行接触非线性和几何非线性有限元分析,得到了较为满意和直观的结果.计算结果可以给出指定起吊高度情况下的管线内管、外管的应力分布以及管线和海底泥面接触点的位置,进而可以校核起吊过程中管线内、外管的强度和稳定性是否满足要求.为海底管线起吊对接计算提供了一种新的思路和方法.     

隔水板桩与海底管道下方土体渗透破坏的对比分析

隔水板桩和海底管道地基土体的渗透破坏是两个典型的工程失效问题.分别对隔水板桩地基和具有一定嵌入深度的海底管道下方土体渗流场进行有限元模拟分析.结果表明,板桩地基渗流场的最大水力梯度出现在板桩最下部,其值在接近板桩底部的很小范围内显著增大.而海底管道在海流作用下的地基渗流场则呈现不同的变化规律,水力梯度最大值出现在上下游的管道与海床表面接触处.将隔水板桩地基渗流的计算结果与理论解进行了比较分析.参考计算得到的海床地基渗流场最大水力梯度的位置及渗透力方向特点,推导得出了海底管道下方海床发生渗透破坏的临界水力梯度表达式.     

水工挡土墙地基承载力特征值修正

在采用载荷试验或原位试验的经验统计关系等确定地基承载力特征值时,考虑的是对应于基本条件下的值;而在进行地基基础设计时,考虑的是承载力极限状态下的标准组合,即采用荷载设计值。针对这一问题,对水工挡墙在水平力作用下基础土体的破坏模式进行了分析,研究埋深和宽度对地基承载力特征值带来的影响。采用引入基础深度修正系数的方法,使挡土墙地基承载力特征值得以提高。