岩体结构面抗剪强度参数确定方法的现状及思考

全面阐述了现有岩体结构面抗剪强度参数的确定方法并进行综合评述．结合不断发展的试验手段和计算方法，针对不同工程实际需要和条件限制(资金、技术)，提出了确定岩体结构面抗剪强度参数的思路．     

岩体结构面抗剪强度参数确定方法的现状及思考

全面阐述了现有岩体结构面抗剪强度参数的确定方法并进行综合评述.结合不断发展的试验手段和计算方法,针对不同工程实际需要和条件限制(资金、技术),提出了确定岩体结构面抗剪强度参数的思路.     

基于孔内摄像的湘江长沙综合枢纽坝基岩体结构面判译与验证

坝基勘察期间,难以直接观测到坝基岩体中的结构面特征．通过在勘探孔中进行孔内摄像,能观测到孔壁各类裂隙面的特征．基坑开挖后,对揭露的岩体结构面进行编录统计．将两种方法获得的成果进行比较,验证了孔内摄像成果能较好地反映坝基岩体结构面特征．工程实例证明：孔内摄像可用于解决勘察期间坝基岩体结构面勘探这一难题,具有高效、直观、可靠的特点．通过孔内摄像,容易发现基坑中出露少的缓倾不利结构面．使用孔内摄像勘探坝基岩体结构面特征时,应注意“一孔之见”的局限性及岩体结构面在空间上的不均匀性．勘探时,一方面要保证有合适的孔内摄像点数量,另一方面要及时分析孔内摄像成果,判断岩体结构面的变化规律．     

边坡岩体结构面抗剪强度参数确定方法探讨

在中小岩质边坡稳定性分析中,常常根据技术规范提供的实用分类方法和工程经验相结合估算结构面抗剪强度参数.GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》是一种广为应用的实用分类方法,可为边坡岩体结构面提供抗剪强度参数.随着结构面试验研究的深入和该国标的广泛应用,有必要进一步补充与完善这一实用分类方法.为此,在广泛的调研、有针对性的现场试验和室内试验的基础上,对该分类方法提出了修正意见,使其更具科学性与实用性,更好的指导岩质边坡设计.     

边坡岩体结构面抗剪强度参数确定方法探讨

在中小岩质边坡稳定性分析中,常常根据技术规范提供的实用分类方法和工程经验相结合估算结构面抗剪强度参数.GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》是一种广为应用的实用分类方法,可为边坡岩体结构面提供抗剪强度参数.随着结构面试验研究的深入和该国标的广泛应用,有必要进一步补充与完善这一实用分类方法.为此,在广泛的调研、有针对性的现场试验和室内试验的基础上,对该分类方法提出了修正意见,使其更具科学性与实用性,更好的指导岩质边坡设计.     

两种岩体结构面抗剪强度参数取值方法对比分析

结构面抗剪强度参数的合理确定,是对岩质边坡进行有效治理的前提条件。最有效、最准确的确定方法是现场原位试验,当无条件进行现场原位试验时,经验法与反算法是两种最常用的间接确定结构面抗剪强度参数的方法。结合工程实例,应用经验法与反算法分别确定结构面抗剪强度参数,对比两种方法的取值过程,表明两种方法都受人的主观因素的影响,实际工程中宜相结合应用;对比两种方法的计算结果,经验法更适用于新边坡和较稳定边坡防护设计中,反算法更适用于现有危险滑坡治理中。     

龙门起重机空间整体结构计算模型探讨

空间结构计算模型比通常所用的平面计算模型更逼近实际.用空间整体计算模型能更清晰地分析各构件的受力状况,设计出的电动葫芦龙门起重机与实测结果对比后表明,它更符合于实际工作状态.该计算模型也能用于其它类型的起重机设计.     

基于ABAQUS的机场刚性道面结构有限元模型

应用有限元软件ABAQUS对Winkler地基上四边自由单块板在飞机轮载作用下的应力和挠度的收敛性进行了分析, 确定了有限元模型应采用的单元类型、网格密度和平面尺寸。按照贡献面积刚度分配原则, 通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元, 模拟接缝集料嵌锁或传力杆的传荷作用, 建立了板-接缝-基础道面结构体系3D有限元模型, 并对比分析了有限元模型计算的接缝传荷系数与已有回归模型的预估结果。比较结果表明: 在基于ABAQUS的刚性道面有限元模型中, 考虑层间接触时, 各结构层宜采用二次积分单元C3D27或C3D27R, 相应的单元尺寸应不超过板厚的1/2, 模型的平面尺寸需大于4倍相对刚度半径, 接缝传荷作用可采用弹簧单元SPRING2进行模拟, 接缝刚度可按照结点贡献面积进行分配。     

锯齿形结构面剪切流变及非线性本构模型分析

为了对岩体结构面的蠕变和松弛特性进行比较分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,在岩石双轴流变试验机上对同一应力起点的规则齿形结构面进行剪切应蠕变试验和松弛试验.首先分析了的蠕变与松弛特性,其次对参数非线性流变本构模型的建立和求解进行探讨,最后采用参数非线性流变方程对试验曲线进行拟合. 试验结果表明:结构面剪切蠕变曲线和松弛曲线都可以分为瞬时、衰减和稳定3个阶段;基于能量理论分析蠕变和松弛过程,显示蠕变是能量的注入与耗散过程,而松弛主要是能量的耗散过程;建立非线性流变模型时,应采用流变力学模型理论推导其本构方程;积分法与Laplace变换法求解蠕变方程或松弛方程时,相应的初始条件不相同;考虑黏性系数是与时间相关的非定常参数,提出了参数非线性Maxwell模型的蠕变方程和松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想;蠕变方程和松弛方程的拟合参数值不同,表明蠕变与松弛不等价且不能相互置换.      

适应大型飞机的沥青道面结构有限元模型

借助ABAQUS通用有限元软件, 建立了3层道面结构有限元模型, 分析了模型的几何尺寸、边界条件、层间接触条件、单元类型、网格的划分对大型飞机荷载作用下道面结构力学响应的影响, 提出了适应大型飞机的机场沥青道面结构有限元模型参数, 并用实测力学响应数据对模型的有效性进行了验证。研究结果表明: 在大型飞机全起落架荷载作用下, 有限元模型几何尺寸宜为30m×30m×10m, 层间完全连续选用tie连接; 单元类型宜采用C3D8R, 荷载区域的单元大小控制在不大于0.05m×0.05m;模型底部所有位移全部约束, 模型四周约束对应水平方向的位移。实测数据验证结果表明有限元模型有效。     

隧道水平围岩压力计算方法

分析了采用中隔壁法施工时隧道中隔壁的变形特性, 研究了中隔壁变形和水平荷载之间的内在关系, 提出了一种新的隧道水平围岩压力计算方法。采用结构力学分析理论, 建立了中隔壁变形和水平围岩压力之间的关系, 利用中隔壁变形监测数据, 得到水平围岩压力。基于天恒山土质浅埋隧道Ⅴ级围岩, 采用谢家烋法计算的水平围岩压力为88~145 kPa, 采用新算法计算的水平围岩压力为110 kPa。其中, 当围岩摩擦角为45°时, 采用谢家烋法计算的水平围岩压力为115 kPa, 与采用新算法计算的水平围岩压力接近, 两者相差5 kPa, 验证了新算法的可行性。     

岩质岸坡岩样力学参数取值方法比较

针对安川公路典型岸坡岩石试样, 分别在天然状态和饱水状态下对其进行轴压试验, 采用随机模糊法、最小二乘法和蒙特卡罗法对岩石变形参数和抗剪强度参数进行抽样取值, 并计算了相应的边坡稳定性系数。计算结果表明: 采用蒙特卡罗法抽样得到的变形参数均值、均方差与变异系数与最小二乘法基本接近, 其中均值相差仅为0.77%;采用随机模糊法抽样得到的变形参数均值、均方差与变异系数最小, 其均值较最小二乘法降低了8.60%;在抗剪强度参数抽样取值时, 利用随机模糊法得到的抗剪强度参数均值、变异系数与对应的边坡安全系数最小, 蒙特卡罗法次之, 最小二乘法最大, 其中采用随机模糊法抽样取值时边坡安全系数均值为1.243, 蒙特卡罗法取值时为1.521。相比于蒙特卡罗法, 采用随机模糊法确定的隶属度函数考虑了样本参数权重因素的影响, 反映了岸坡岩石抗剪强度参数的不确定性, 计算的岩质边坡安全系数更具有工程指导意义。     

拼接工况下路基的参数反演与沉降特性

应用路基和土基的Duncan-Chang模型, 选用拼接路基顶面的最大沉降量作为目标函数, 研究了路基拼接工况下模型的灵敏度函数和最敏感参数, 使用实体工程中沉降板的检测数据进行了参数反演, 并根据反算参数计算了铺筑路面结构层引起的路基顶面差异沉降。研究结果表明: 拼接工况下, 路基E-B模型对模量指数n最敏感, 模量系数k_E也有较大影响; 土基E-B模型对破坏比R_f最敏感, k_E和n也有较大影响; 埋设在土基顶面和路堤中层的沉降板检测数据可用来反算土基和路基Duncan-Chang模型的最敏感参数; 拼接路基表面的工后沉降计算曲线与类似工程实测沉降曲线具有较高的相似性, 采用反算参数的数值仿真可以描述拼接工况下路基的沉降特征。     

R-UHPC梁的抗剪承载力计算方法

收集了大量的配筋超高性能混凝土(R-UHPC) 梁抗剪承载力的试验数据, 分析了现有抗剪承载力计算方法, 研究了R-UHPC梁的抗剪机理, 考虑了UHPC的抗拉作用, 提出了基于桁架-拱模型的R-UHPC梁抗剪承载力计算方法, 并比较了计算结果与试验结果。比较结果表明: 在现有的计算方法中, 采用基于统计分析方法的承载力计算值与试验值的平均比值为0.92, 比值的标准差为0.23, 比值的相关性系数为0.78, 比值的可靠性系数为0.877, 该方法因回归数据有限, 精度不高; 对于基于一般桁架模型的梁抗剪承载力计算方法, 法国UHPC指南AFGC抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为0.90, 比值的标准差为0.18, 比值的相关性系数为0.80, 比值的可靠性系数为0.891, 计算精度较日本UHPC标准JSCE和瑞士标准SIA较高; 在AFGC指南基础上, 考虑了纵筋影响, 抗剪承载力计算值与试验值平均比值为0.93, 比值的标准差为0.23, 比值的相关性系数为0.75, 比值的可靠性系数为0.858, 与AFGC计算结果相比离散性较大; 采用基于桁架-拱模型的抗剪承载力计算方法的抗剪承载力计算值与试验值平均比值为0.76, 比值的标准差为0.26, 比值的相关性系数为0.62, 比值的可靠性系数为0.768, 因直接套用钢筋(普通) 混凝土梁的抗剪承载力计算方法且不计UHPC的抗拉作用, 计算结果过于保守, 且可靠性最差; 采用提出的抗剪承载力计算方法的计算值与试验值的平均比值为0.94, 比值的标准差为0.21, 比值的相关性系数为0.80, 比值的可靠性系数为0.885, 与现有计算方法相比, 本文提出计算方法精度较高, 离散性小。     

基于刚度等效模型的减重孔板结构快速分析方法

为了能够更有效率地对减重孔板结构进行计算分析, 提出一种快速分析方法; 研究了减重孔板结构模型与平面板结构模型间的一般刚度等效关系, 建立了减重孔板孔径、孔距与相应平面板等效杨氏模量、等效板厚间的关系表达式, 以等效平面板结构模型代替原孔板结构模型进行变形分析; 将局部节点位移施加到相应目标孔位模型上, 计算了目标孔位区域的应力分布; 结合试验与仿真验证了方法的准确性; 通过对某实际减重孔板结构施加不同载荷, 对刚度等效关系的稳定性进行了验证; 通过某车体底架带孔板结构实例, 对方法应用于实际工程中的有效性进行了验证。分析结果表明: 与试验结果相比, 快速分析方法仿真变形最大误差约为3%, 应变的最大误差约为5%;不同载荷下的等效杨氏模量偏差约为2.5%, 等效板厚的偏差约为1.3%;快速分析方法对变形与局部应力的平均计算误差小于6.7%, 计算时间缩短了约50%。可见, 快速分析方法可以替代传统方法对减重孔板结构进行性能分析。     

基于STL模型的船舶静水剪力与弯矩计算方法

为了提高船舶强度计算精度, 提出了一种基于STL模型的船舶静水剪力与弯矩计算方法。在计算总纵强度时, 采用常规算法计算船舶浮态初值, 然后采用迭代算法计算船舶吃水、横倾角与吃水差; 按照船舶肋位切割船舶外壳得到每个肋位的横剖面, 采用格林公式计算每个剖面水下部分的面积, 纵向积分得到浮力曲线; 通过对船舶舱室STL模型的切割, 离线建立每个舱室的质量分布表, 用舱室实际质量分布代替梯形分布来计算船舶质量分布曲线; 最后基于散货船“太行128”和“SPRING COSMOS”, 通过浮力与质量分布曲线计算了5种典型载况下的剪力与弯矩。计算结果表明: 计算值与采用软件NAPA的设计值相比, 剪力与弯矩的平均误差约为1%, 最大误差为2.6%, 计算误差较小, 因此, 船舶静水剪力与弯矩计算方法精度较高; 采用浮态迭代算法只需计算出船舶任意浮态下的排水体积与浮心坐标, 程序实现简单、稳定与可靠; 静水剪力与弯矩计算方法适用于船舶任意浮态, 通过直接切割船舶外壳计算船舶浮力曲线, 弥补了常规方法只能计算船舶纵向强度的不足; 通过建立舱室的质量分布表与采用舱室的实际质量分布代替传统的梯形分布, 减少了计算量, 提高了计算精度。     

循环荷载下岩石应变率双因素模型实验研究

在单轴压缩、恒幅和变幅下,分别对花岗岩、白砂岩和大理岩进行循环荷载疲劳试验,建立了一种测定岩石疲劳应变率双因素实验模型.实验结果表明,变幅应力是影响岩石疲劳变形特性的主要因素;变幅与恒幅应力相比,变幅应力的基础疲劳寿命和临界强度分别降低了15.8%~18.0%和21.6%~25.8%,临界应变率增加了17.3%~21.3%.尽管岩石的试验数据离散性很大,但该模型对于测定岩石的疲劳应变率和疲劳寿命具有良好的适应性;与传统方法相比,它更准确、更符合实际;该模型对岩石疲劳变形规律的研究和岩石基础工程长期稳定性监测具有实用价值.     

严寒条件下地铁车站基坑受力与变形特性

以呼和浩特地铁1号线为依托,基于自主研发的冻融循环试验装置,针对基坑土体的温度分布、表面土体冻胀量、地下连续墙受力与变形特性进行室内试验,采用数值仿真分析了不同风速、含水率及温度下基坑的受力与变形特性。研究结果表明：基坑周围土体在从5 ℃到-30 ℃的降温过程中呈现双向冻结特征,靠近地下连续墙一定范围内土体最大冻结深度可达18.2 m(即基坑底面向下1.09 m);基坑土体及地下连续墙的最大变形随着冻融循环次数的增加而增大,并在6个冻融循环周期内趋于稳定,末次冻融周期地表隆起量最大可达首次冻结时的3.85倍;水平冻胀力沿地下连续墙大致呈抛物线型分布,最大冻胀力出现在地下连续墙的中部,在-30 ℃时可达775.8 kPa;风速对基坑土体热交换有显著影响,在风速为0~0.4 m·s^-1时风速和基坑水平土压力线性相关,风速为0.4~2.5 m·s^-1时土压力波动增长,风速大于2.5 m·s^-1后土压力基本稳定;在风速为0~0.4 m·s^-1时风速和地表变形线性相关,风速为0.4~2.5 m·s^-1时变形阶梯式增长,风速大于2.5 m·s^-1后变形基本稳定;当含水率从13.3%提升至33.3%时最大水平土压力增加44.2%;在不同的恒定负温下,环境温度越低最大水平冻胀力的位置越靠近基坑底部,-30 ℃时最大水平冻胀力可达0.95 MPa,地表最大变形可达56.6 mm。     

采用横向预应力的装配式空心板桥受力性能与设计计算方法

为了提高铰缝结合面的开裂荷载和破坏荷载,解决空心板桥横桥向受力问题,研究了采用横向预应力的装配式空心板桥的受力性能,采用局部模型试验的方法分析了铰缝结合面受力机理,采用足尺模型试验的方法研究了空心板桥整体受力性能,并基于铰缝结合面受力机理,确定了横向预应力的上、下限,进而提出了横向预应力设计计算公式。试验结果表明：采用横向预应力结合面的法向和切向黏结强度分别为1.40~1.45和0.50~0.62 MPa,较未采用横向预应力分别提高了8.1%~12.5%和12.4%~38.3%,而且提高横向预应力可以提高结合面的法向和切向黏结强度;采用横向预应力的空心板桥足尺试验模型的破坏模式表现为空心板的开裂破坏,试验过程中未出现铰缝开裂现象;横向预应力的施加可以提高空心板之间的横桥向联系,避免结构由于铰缝结合面损伤而丧失横向传递荷载的能力并导致结构破坏,提高空心板桥的极限荷载;提出的横向预应力设计计算公式可以较好地计算空心板桥横向预应力的设计值。     

装配式空心板桥改进型铰缝结合面受力性能

为了改进装配式空心板桥横向受力性能,设计了在铰缝结合面上利用连续钢板代替间断钢筋和改进铰缝结构与填充材料的2种铰缝改进措施,采用局部模型试验计算了铰缝结合面的法向和切向强度,提出了采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面抗弯、抗剪承载能力计算公式。研究结果表明：局部模型试验值与公式计算值的误差不超过10%,表明所提出的抗弯、抗剪承载能力计算公式可以准确地计算采用连续钢板的铰缝结合面承载能力;未采用结合面钢筋的深铰缝,结合面法向强度为1.29 MPa,为弱侧混凝土轴心抗拉强度的39%,结合面切向强度为0.45 MPa,为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.5%;采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面法向强度较未采用结合面钢筋的铰缝分别提高了98%和73%,结合面切向强度分别提高了71%和78%;普通混凝土浅铰缝结合面法向强度为1.30 MPa,为弱侧混凝土轴心抗拉强度的40%,结合面切向强度为0.33 MPa,为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.1%;采用UHPC填充深、浅铰缝的结合面法向强度较普通混凝土填充深、浅铰缝分别提高了13%和21%,结合面切向强度分别提高了64%和94%。