非饱和土固结一维半解析解

本文将非饱和土中孔隙水、孔隙气体作为单一孔隙流体.考虑孔隙流体的压缩性.建立了以孔隙流体孔压消散的非饱和土固结方程.给出了一维情况下的半解析解.通过饱和与非饱和土样的分析比较.揭示了非饱和土固结的规律性.论证了所建立的固结方程能正确描述非饱和土固结过程.     

桩-土-承台相互作用的有限元简化模型

针对低桩承台结构计算中往往只考虑桩土作用,忽视承台与土相互作用的问题,通过工程实例,建立考虑桩-土-承台相互作用的低桩承台有限元简化模型,分析桩间土的承载作用对承台和桩内力的影响。结果表明:在简化模型中考虑桩间土的承载作用后,承台弯矩和桩基轴力可减少35%～40%;桩身弯矩和剪力主要受水平力和土体m值影响;桩基轴力随地基土基床系数的增大而逐渐减小,但减幅逐渐趋缓。     

基于土-水特征曲线试验的非饱和土强度预测

港口地基土多为非饱和土,不同基质吸力下的土体强度特性各异,难以准确预测。以福建某港口地基工程非饱和粉质黏土为研究对象,开展土-水特征曲线(SWCC)试验、饱和及非饱和三轴压缩试验。依据土水特征曲线中AB段近线性特征,假设体积含水量与基质吸力对数值lg(u_a-u_w)线性相关,以A、B点数据作为已知条件,建立lg(u_a-u_w)与相对饱和度S_e的联系,基于Vanapalli强度预测模型,构建新的非饱和土强度预测模型,并给出参数求解方法。引用相关文献中非饱和有机质粉土和膨胀土试验数据,利用新建预测模型对3种非饱和土的强度进行预测,并与传统预测方法进行对比。结果表明,新建预测模型的强度辨识效果较好,对非饱和粉质黏土、有机质黏土和膨胀土的强度预测具有一定的可行性和适用性。     

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。     

考虑跨肩管土作用的悬跨管道涡激振动特性研究

海底悬跨管道涡激振动是一个复杂的流场-管道结构-跨肩土体耦合问题,其发生机理和振动特性十分复杂,特别是两端跨肩处管土作用对涡激振动的影响有待深入讨论。为此,文章引入了P-y曲线描绘跨肩处管土耦合作用,提出了基于管道位移和速度的新非线性土体弹簧模型,根据能量平衡原理计算土体阻尼,采用尾流振子模型模拟悬跨管段流固耦合作用,建立了考虑流—固—土多场耦合作用的海底悬跨管道涡激振动预报模型,并重点研究了考虑跨肩管土作用时,悬跨管道涡激振动的诸多特性。     

粘性土变形-渗流耦合特性研究进展

对于土工建筑物,其土体通常同时承受应力变形和渗流作用,应力场和渗流场的相互作用、相互影响,则会产生变形-渗流耦合作用,这种耦合作用通常是导致土方工程失事的主要原因,因此,对于土体变形-渗流耦合作用的研究具有重要的工程实际意义,本文从粘性土渗透性、接触变形渗流特性、变形-渗流耦合数值模拟三个方面对已有研究成果进行综述,在此基础上分析目前研究中存在的问题并提出展望。     

考虑不同管土作用模型的海底多跨管道动力特性

当前,海底多跨管道涡激振动分析多将管土段简化为固支或简支边界.针对此问题,采用3种更为复杂的土体模型,研究对比不同管土作用对多跨管道涡激振动特性的影响.采用尾流振子模型模拟流-固耦合作用,构建考虑流-固-土多场耦合的悬跨管道涡激振动预报模型,分析不同土体模型下的管道动力学规律.研究结果表明:不同的管土模型会对管道振动产生不同程度的影响,且管土非线性作用会明显制约管道的振动特征,使最大位移幅值和局部应变等发生改变.     

结构-波浪-海床耦合系统动力有限元分析

基于MSC．Marc软件平台，建立了结构-波浪-海床耦合系统的有限元计算模型，并通过二次开发，成功地将土动力学中广泛用于计算土体在动荷载作用下响应的等效线性算法引入软件中。对模型进行了动力计算，考察了此类结构在动力荷载下的响应。     

非饱和土入渗的数值模拟

针对受降雨影响显著的非饱和残积土土质边坡,运用饱和-非饱和土壤水分运动的理论和二维非稳态渗流有限元模型,模拟雨水入渗引起的暂态渗流场,建立非饱和土边坡雨水入渗过程的计算模型.对降雨条件下,饱和-非饱和暂态渗流场二维问题进行数值求解.分析降雨强度、降雨持时和土壤渗透系数等重要参数对非饱和土边坡渗流场分布、发展的影响,并做出实例分析.     

动水压力作用下堤防边坡流固耦合渗流特性研究

将堤防边坡土体简化为由固体土骨架和水组成的饱和介质,考虑动水压力引起的土骨架体积应变,引入堤防边坡土体孔隙率和渗透率的动态变化表达式,运用饱和土力学和流体力学理论构建了动水压力作用下堤防边坡的流固耦合渗流方程。选取某堤防边坡工程实例,借助COMSOL软件进行了数值模拟。研究结果表明:动水压力会引起固体土骨架的压缩变形,土的孔隙率提高,流水的渗流路径较远,在堤防边坡设计和研究时应充分考虑孔隙水渗流压力引起的体积变形;堤防边坡的沉降主要发生在临水边坡一侧,渗流作用引起的边坡沉降较小。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

207国道襄阳改建段膨胀土路基处治方案研究

为了确定膨胀土性质及解决膨胀土路基处理的设计方案，对207国道襄阳市北段改建工程沿线膨胀土进行取样试验及土体改良试验分析。结果表明，沿线土体具有弱-中等膨胀性，通过土体改良试验，分别采用包边，加设土工格栅及掺灰改良3种不同的设计方案对膨胀土路基进行处理，通过分析比较，最终确定了膨胀土路基处理措施。     

高桩码头-岸坡相互作用有限元数值模拟

高桩码头-岸坡体系的相互作用机理一直是困扰工程界的难题。基于某突堤的现场勘察资料和土体参数,建立了高桩码头与岸坡相互作用的二维平面应变问题和三维空间问题的弹塑性有限元模型,采用与M ohr-Co lum n准则匹配的D rucker-P rager准则作为土的屈服准则,分析了桩基-岸坡体系的变形机理,同时,针对二维和三维情况各种工况组合进行了对比分析,并结合土体参数和现场测斜资料,分析了高桩码头-岸坡体系的变形规律,并指出了影响桩、梁和岸坡体系变形的主要因素,并建议了合理的治理方案。     

二代稳性衡准纯稳性丧失直接评估方法研究(二)

针对国际海事组织(IMO)正在制定的船舶第二代完整稳性衡准中的纯稳性丧失直接评估衡准,本文提出了纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动耦合的标准数学模型,进行了纯稳性丧失直接评估.该方法首先基于MMG操纵性标准方法,构建纵荡-横荡-横摇-首摇4自由度运动方程,同时考虑了舵控制方程,其次在纵荡、横荡、横摇、首摇方程右边考虑时域波浪力/力矩,且横摇方程右边进一步考虑了粘性横摇阻尼力矩和波浪中复原力臂变化.最后采用ONR内倾船进行了尾斜浪中纯稳性丧失直接数值计算,为纯稳性丧失直接稳性评估衡准的应用奠定了基础.     

不连续速度边界下土压力的严密解法

基于上下限原理的推论，分析不连续速度边界下土体中不连续应力场和不连续速度场。根据应力不连续线和速度不连续的性质，在考虑有重土，土体和墙体摩擦情况下，通过数值计算，解三类边值问题，求得不连续速度边界下挡土墙墙后土体中的静力场。同时对对应的机动场进行分析，找出了满足速度边界条件的静力场，解得不连续速度边界下挡土墙土压力的严密解。计算结果表明：当不考虑土重、土与墙体之间的摩擦时，结果与前人成果一致。     

基于滑移线法挡土墙土压力问题的讨论

传统的土压力理论根据墙后土体极限平衡所得，没有考虑极限状态下土体的速度边界，为上限解或下限解．文中基于滑移线法，利用上下限定理，对墙后土体的静力场和速度场进行了计算，分别求得考虑和不考虑墙土摩擦时，土体中的应力场、速度场和土压力分布．计算结果表明：考虑墙土摩擦时，极限状态对应的速度边界条件为挡土墙转动加平动状态；不考虑墙土摩擦时，土压力和朗肯土压力一致，对应挡土墙平动状态．     

不连续速度边界下土压力的严密解法

基于上下限原理的推论,分析不连续速度边界下土体中不连续应力场和不连续速度场。根据应力不连续线和速度不连续的性质,在考虑有重土,土体和墙体摩擦情况下,通过数值计算,解三类边值问题,求得不连续速度边界下挡土墙墙后土体中的静力场。同时对对应的机动场进行分析,找出了满足速度边界条件的静力场,解得不连续速度边界下挡土墙土压力的严密解。计算结果表明:当不考虑土重、土与墙体之间的摩擦时,结果与前人成果一致。     

考虑流-固耦合的水电站引水隧洞开挖数值模拟

水电站引水隧洞开挖过程中流-固耦合效应对隧洞开挖的影响不容忽视。依托邵阳某水电站引水隧道工程,基于渗流-应力双向耦合理论,建立了流-固耦合作用下的引水隧洞开挖数学模型,并借助多场耦合软件COMSOL对引水隧洞开挖过程中进行了仿真分析,得到了流-固耦合作用下引水隧道开挖过程中地层应力场、渗流场以及位移场的变化规律。计算结果表明:引水隧洞开挖后,四周围岩孔隙水压力均产生了一定的下降,地下水从围岩四周向隧洞内渗透,最终形成漏斗状;地下水在压力差作用下向隧洞内渗透,渗水部位大部分集中在隧洞顶部和边墙位置;渗流场的改变会导致地表产生一定的沉降,不利于开挖区域周边建筑的安全,实际施工时应避免地层孔隙水压力变化较大。实际施工过程应考虑流-固耦合的影响,并采取一定的施工措施确保引水隧洞施工安全。研究成果可为类似工程提供设计和施工经验。     

基于非饱和土有限元强度折减法的降雨入渗条件下高边坡施工稳定性分析

根据质量守恒定律推导了非饱和土渗流分析控制方程,采用全隐式向后差分格式求解此类有限元问题;将非饱和土有限元强度折减法应用于某高边坡工程的施工稳定性分析,得到了该边坡在各施工阶段下受到降雨入渗作用影响后的稳定安全系数及其失稳滑动面,并通过与不考虑降雨作用时的情况进行对比得出有益的结论;最后,针对该边坡的施工稳定性分析结果提出了加固建议。     

水下细长体结构“流-刚-弹耦合”特性及方法

为对水下细长体的流固耦合特性进行分析,本文建立细长体结构的平面运动学方程。为捕捉结构的振动特性,采用双渐进法给出与之相应的流体动力学方程,形成以"流-刚-弹耦合"为特点的方程组。在时域中推进编程求解耦合方程组,得到结构的刚体运动轨迹、弹性振动情况。并与传统有限元方法进行对比,验证本文方法的正确性及合理性。以此为理论依据,对潜艇结构的"流-刚-弹耦合"特性进行分析。研究表明:水下细长结构在水动压力的作用下,流体、刚体运动、弹性振动存在着耦合现象。本文将刚体运动与弹性振动分别求出,直观体现了"流-刚-弹耦合"这一现象。